Сатурнианские загадки

В наши же дни, благодаря "Кассини", стали открываться многие тайны системы Сатурна. И стали возникать новые загадки. Одним из первых интересных открытий стала зависимость размера составляющих кольца частиц от расстояния до планеты.

В моем школьном учебнике по астрономии Воронцова-Вельяминова 1987 года издания в таблице тел Солнечной системы на пересечении граф "Сатурн" и "Число известных спутников" значится "не менее 17". В свое время это "не менее" сулило будущее, полное интересных открытий, которые последовали в 90-х. Теперь в той же клетке следует начертать "33". Впрочем, пока "Кассини" в строю, с исправлениями лучше повременить, ведь даже по прошествии шести месяцев с момента прибытия аппарата к Сатурну уже можно говорить о некоторых промежуточных итогах и достижениях (см. "КТ" #572).

Самый важный эксперимент был связан с зондом "Гюйгенс". Этот скромный по размерам аппарат (2,7 м в диаметре, вес 319 кг, фото 1), если сравнивать с шеститонным "Кассини", 14 января совершил успешную посадку на Титан и сумел собрать много интересных данных (см. "КТ" #575). "Кассини" доставил меньшого брата к Сатурну и за три недели до покорения Титана попрощался с ним. Пути аппаратов разошлись, но в нужный день и час "Кассини" оказался поблизости от Титана, чтобы помочь донести голос зонда до Земли (здесь, правда, не обошлось без человеческих ошибок; см. стр. 13).

"Гюйгенс" сконструирован так, чтобы никакие космические напасти не помешали бы ему выполнить свою задачу. Вся научная аппаратура спрятана внутри надежного панциря. Ни 2,5 часа спуска в атмосфере Титана, ни посадка на скорости около 5 м/с не вывели из строя электронику зонда. Более того, разработчики учли и возможность посадки в жидкую среду. "Гюйгенс" был способен продержаться на поверхности инопланетного озера или моря в течение всего того срока, пока "Кассини", выполнявший роль ретранслятора, мог бы принимать сигнал от аппарата. Уверенно чувствовать себя в атмосфере Титана "Гюйгенсу" помогали два парашюта, каждый из которых раскрывался в свое время. Кстати, атмосфера Титана оказалась больше по размерам, чем предполагалось: метан и оксид углерода были обнаружены на высоте более 700 км. Без помех прошел интересный эксперимент со спектрометром "Гюйгенса": чтобы осветить темную поверхность спутника, за несколько сотен метров до посадки была включена специальная лампа, и с помощью отраженного света зонд собрал необходимую информацию с большого участка Титана.

Изучив снимки и спектрограммы, ученые пришли к выводу, что многие геологические процессы на спутнике Сатурна очень похожи на земные, только роль воды играет метан (возможно, с примесями других веществ). И хотя русла и впадины, увиденные "Гюйгенсом", кажутся сухими, косвенные доказательства существования жидкой фазы метана, по мнению исследователей, налицо. К примеру, грунт в месте посадки аппарата напоминает рыхлый песок, что, вероятно, является следствием вымывания цементирующего песчинки вещества жидким метаном, выпадающим в виде дождя или просачивающимся сквозь толщу пород. Изотопный состав атмосферного аргона позволяет предположить наличие на Титане вулканической активности, причем роль силикатной лавы там играет водно-аммиачная смесь.

Ученые из ЕSA и здесь проводят аналогии с нашей планетой, но больше всего их интересуют химические реакции, которые могут проходить с простейшими органическими веществами в атмосфере Титана под действием солнечного света. У исследователей, по крайней мере на словах, есть надежда воочию увидеть первые шаги, которые миллиарды лет назад совершала Земля на пути к зарождению жизни. Правда, нельзя забывать о совершенно разных температурных режимах там и на нашей планете, вызванных чрезвычайной удаленностью Титана от Солнца.

По той же самой причине не стоит в ближайшие десятилетия даже задумываться о колонизации Титана или других спутников Сатурна, нам бы Луну как-нибудь освоить. В настоящее время можно рассчитывать на путешествие к Сатурну лишь опосредованно, как это сделали 616 400 землян. Их имена записаны на компакт-диске, находящемся на борту "Кассини". Записаться в "CD-космонавты" можно было в 90-е годы прошлого века всем желающим, через Интернет.

В наши же дни, благодаря "Кассини", стали открываться многие тайны системы Сатурна. И стали возникать новые загадки. Одним из первых интересных открытий стала зависимость размера составляющих кольца частиц от расстояния до планеты. Как известно, кольца состоят из самых разных по размерам, преимущественно ледяных частиц. Исследования в видимом и тепловом диапазонах длин волн показали, что чем ближе к облачному покрову Сатурна, тем реже встречаются в кольцах крупные частицы. Пока этому факту нет объяснений.

Вообще, кольца всегда были в центре внимания астрономов, изучающих Сатурн, и не только в силу своей уникальности. Это великолепное явление в Солнечной системе не раз проклиналось в обсерваториях всего мира: яркий свет колец мешает изучению близких к планете областей, все объекты, находящиеся там, просто нельзя разглядеть. Оттого так и ценятся редкие (примерно раз в пятнадцать лет) мгновения, когда кольца поворачиваются к Земле ребром и дают шанс найти новые спутники. Поэтому грех не воспользоваться посланным аппаратом, чтобы попробовать вблизи отыскать то, что неуловимо издали.

Большая группа ученых внимательно изучает все снимки "Кассини" на предмет обнаружения неизвестных лун. На сегодняшний момент на тысячах фотографий найдено три новых спутника. Один из них (S/2004 S3) попался на снимке фрагмента кольца F, но съемка проводилась с очень большого расстояния, так что достоверной информации об этом объекте нет. Два других открыл чуть раньше при помощи инструментов "Кассини" Себастьен Шарноз (Sebastien Charnoz) из Парижского университета. Обнаруженные им спутники S/2004 S1 и S/2004 S2 невелики (3,2 и 4 км в диаметре), их орбиты расположены между орбитами Мимаса и Энцелада. Если учесть, что до прибытия "Кассини" на место был известен 31 спутник, то вот вам и 33. А может, и 34.

Не менее пристальное внимание и к "старичкам". Информация о большинстве спутников Сатурна довольно скудна, ныне же новые данные поступают регулярно. Только в этом году "Кассини" тринадцать раз сблизится с разными спутниками Сатурна. Особое отношение - к тому же Титану. Правда, его снимки, получаемые из космоса, пока неразборчивы. Метановые облака не дают детально разглядеть поверхность, а данные радиолокационных исследований интерпретировать непросто. Тут очень кстати может оказаться успех "Гюйгенса", ведь благодаря его снимкам, сделанным вблизи и на самой поверхности, можно будет лучше понять, что зафиксировала фототехника "Кассини". На снимках последнего, по признанию ученых, пока трудно прочесть что-то конкретное (фото 2). Видимые темные и светлые участки поверхности даже нельзя с уверенностью отнести к впадинам или возвышенностям. Возможно, отличить ледяную твердь от метанового озера удастся в дальнейшем: "Кассини" предстоит еще более сорока раз сблизиться с Титаном.

Несравнимые с прежними по качеству снимки других спутников Сатурна немало поспособствуют пониманию прошлого и настоящего каждого из них. Покамест "Кассини" сближался с тремя лунами, и первой была Феба, чьи снимки астрономы получили 11 июня. На фото 3 можно видеть (особенно на склонах кратеров), что темная поверхность спутника кое-где содержит светлые ледяные участки. Это позволяет предположить, что Феба - ледяное тело, покрытое тонким слоем метеоритной пыли, осевшей за многие миллионы лет. Лед же появился на поверхности вследствие падения метеоритов, когда вещество из глубин выбрасывалось наружу. По выраженности видимых ледяных выбросов можно судить о древности кратера. Относительно молодые образования еще не "замело" темными частицами из космоса.

Подтверждением этой гипотезы может служить очень низкая плотность Фебы (около 0,7 г/см3). Подобных ледяных тел предостаточно за орбитой Нептуна (в так называемом поясе Койпера); есть основания полагать, что Феба - пленница Сатурна, родившаяся на задворках Солнечной системы и имевшая неосторожность пролетать вблизи планеты.

Не менее интересна геологическая история третьего по величине спутника Сатурна - Япета, повидавшего наш аппарат под самый Новый год. Споры о особенностях его рельефа сейчас в самом разгаре. Очень необычная деталь поверхности спутника видна на фото 4 - горный хребет, географически почти совпадающий с экватором. На этой фотографии Япет напоминает грецкий орех. Ширина гряды - около 20 км, а длина видимой части - 1300 км. Максимальная высота пиков примерно 13 км. Происхождение хребта неясно. То ли это складчатые горы, образованные из-за подвижек участков поверхности, то ли горная цепь маркирует трещину, через которую на поверхность было выброшено вещество из недр спутника. Правда, диаметр Япета всего 1436 км, так что не очень понятно, как могла в таком маленьком небесном теле произойти дифференциация вещества и образоваться жидкая магма (да и плотность спутника маловата). Кроме того, на Япете были обнаружены впечатляющие оползни: на фото 5 видна обвалившаяся стенка (15-километровой высоты!) древнего ударного кратера поперечником 600 км. Часть булыжников докатилась до середины более позднего кратера размером поменьше (его диаметр - 120 км).

А что же сам Сатурн? Неясностей в его строении и в жизни бурной атмосферы только прибавилось. "Кассини" определил период вращения планеты с точностью до 36 секунд: 10 часов 45 минут и 45 секунд. Сутки на Сатурне оказались больше на целых шесть минут по сравнению с данными "Вояджеров" в начале восьмидесятых годов! Ошибка в один процент выглядит очень неправдоподобно. Измерение скорости вращения планеты и сейчас, и тогда проводилось улавливанием периодических радиосигналов, генерируемых магнитным полем Сатурна. В тех случаях, когда измеряется скорость вращения тел, не имеющих твердой поверхности, звезд или планет-гигантов, этот способ незаменим. Отработан он уже давно, поэтому сейчас винят во всем не метод, а непостоянство процессов в ядре планеты, генерирующих магнитное поле и радиоимпульсы. К тому же, по предположению ученых, магнитное поле Сатурна схоже по поведению с солнечным, и скорость его вращения меняется с удалением от экватора к полюсам. По одной из свежих гипотез, часть магнитного поля, порождающая периодические радиосигналы, за двадцать с лишним лет сместилась в более высокие широты.

Есть и другие загадки. Если "Вояджеры" изо дня в день регистрировали примерно равное число атмосферных разрядов, то "Кассини" порой за день не "слышит" ни одного. Есть предположения, что на грозы в атмосфере Сатурна влияют… кольца! В те дни, когда мимо планеты пролетали "Вояджеры", положение Сатурна на орбите было таково, что кольца бросали тень вдоль узкой приэкваториальной полосы. Таким образом, нагретые участки атмосферы вблизи экватора соседствовали с холодными, укрытыми тенью, что и порождало огромное число бурь и гроз. Сейчас же тенью закрыта большая часть северного полушария, которое прогревается заметно хуже экватора, а следовательно, и разница температур не так велика. Эта догадка, однако, требует дальнейших наблюдений. Заметим, что, как и в случае с изменившейся скоростью вращения, по имеющимся гипотезам, некоторые процессы переместились ближе к полюсам. Как знать, нет ли здесь более глубокой связи?

И уж вовсе неожиданно проявил себя "Кассини" в исследованиях последствий падения на Юпитер в июле 1994 года кометы Шумейкера-Леви-9. Оказалось, что несмотря на гигантскую разницу в размерах и массе между кометой и газовым гигантом, в атмосфере Юпитера до сих пор идут химические процессы, запущенные крохотной "бомбочкой" десяток лет назад. Их протекание указывает на то, что разные вещества, привнесенные кометой, распределяются в атмосфере неравномерно, позволяя говорить о большей, чем считалось ранее, сложности газовых потоков на Юпитере.

По мнению разработчиков проекта "Кассини", за весь срок службы этот космический аппарат должен будет отослать на Землю около 300 Гбайт научной информации. Также известно, что две с половиной сотни ученых чуть ли не по битам будут все эти данные перебирать и анализировать. Одних цветных фотографий ожидается более трехсот тысяч. Запланировано, что за четыре года "Кассини" совершит 75 витков вокруг Сатурна, в течение которых множество раз сблизится с разными спутниками планеты, с нею самой и ее кольцами. А школьные учебники, скорее всего, снова устареют.

- Из журнала "Компьютерра"