К сорокалетию рандеву «Вояджера-1» с Сатурном
40 лет назад «Вояджер-1» пролетел на расстоянии 124 тысячи километров от облаков Сатурна. За время сближения он сделал ряд наиболее детальных на тот момент снимков колец и атмосферы гиганта, а также его спутников. Спустя два десятка лет к окольцованному гиганту прибыла межпланетная станция «Кассини», которая долгие годы занималась его детальным изучением. Редакция N + 1 предлагает вам сравнить снимки системы Сатурна во времена «Вояджера-1» — и эпоху «Кассини».
Сатурн был одной из главных целей «Вояджера-1», который отправился в космос в начале сентября 1977 года. На тот момент конфигурация внешних планет Солнечной системы была крайне удачной, и аппарат смог использовать пролеты мимо них для того, чтобы набрать скорость. До Юпитера зонд добрался 5 марта 1979 года, а встреча с Сатурном произошла 12 ноября 1980 года.
Первоначальный срок службы «Вояджера-1» составлял пять лет. Однако его полет продолжается вот уже 44-й год, аппарат поддерживает связь с Землей по сей день. В 2012 году зонд покинул гелиосферу и вышел в межзвездную среду, которую теперь исследует вместе с «Вояджером-2». Сейчас «Вояджер-1» находится на расстоянии почти 152 астрономических единиц от Земли — это самый удаленный от нашей планеты рукотворный объект.
На первый взгляд может показаться, что фотографии, переданные на Землю «Вояджером-1», обладают малой научной ценностью, однако это не так. Тогда, в далеком 1980 году это были наиболее четкие изображения миров, о которых у ученых были лишь смутные представления, и именно благодаря им, а также данным бортовых приборов, планетологи смогли сделать немало открытий.
Первые близкие снимки Титана сделал «Пионер-11», который был первым космическим аппаратом, посетившим систему Сатурна за год до «Вояджера-1», однако они дали ученым мало новых данных. Удалось лишь уточнить его массу и выяснить, что спутник слишком холоден для поддержания жизни. Так что для «Вояджера-1» изучение Титана было ключевой задачей. Зонд смог определить физические параметры спутника, а также исследовать его плотную, непрозрачную атмосферу, найдя в ней слои дымки и определив ее состав — тот оказался богат азотом и содержал углеводороды. Через четверть века «Кассини» при помощи обширного арсенала научных приборов заглянул под эту дымку и рассмотрел поверхность Титана. Выяснилось, что она во многом похожа на земную, только в роли воды на Титане выступают жидкие метан и этан.
На поверхности этого спутника Сатурна «Вояджер-1» увидел огромный кратер диаметром 139 километров. Кратер нарекли «Гершелем» в честь астронома, который открыл Мимас. Размер Гершеля — почти треть от диаметра самого спутника, что говорит о чудовищном столкновении с другим телом в прошлом, которое серьезно повлияло на эволюцию Мимаса. В дальнейшем «Кассини» прислал ряд прекрасных четких фотографий неровной поверхности спутника и рассмотрел Гершель в деталях.
Янус, как и Диона, Рея, Эпиметей и Тефия, был спутником Сатурна, чей рельеф поверхности, а также физические свойства планетологам помогли изучить снимки, присланные «Вояджером-1». Янус оказался пористым ледяным телом размером 200 на 190 на 150 километров. В дальнейшем оказалось, что имя, данное спутнику, прекрасно описывает его орбитальную «двуличность» — раз в четыре года Янус меняется орбитами с Эпиметием.
Этот ледяной спутник Сатурна впервые попал на снимки «Вояджера-1» в виде плохо различимого пятна. Тем не менее, зонд смог определить, что поверхность спутника лишена крупных кратеров и относительно гладкая, а кольцо Е может состоять из вещества Энцелада. Первые качественные фотографии поверхности Энцелада прислал на Землю «Вояджер-2» в 1981 году, а всемирная слава к спутнику пришла через много лет, когда станция «Кассини» обнаружила водяные гейзеры, бьющие из разломов на южном полюсе. С тех пор Энцелад стал для астробиологов одним из самых интересных мест в Солнечной системе.
На снимках колец Сатурна, сделанных «Вояджером-1», исследователи заметили необычные структуры, названные «спицами», которые регистрировались впоследствии и станцией «Кассини». Это радиальные структуры отличаются длительной устойчивостью, и ни одна из теорий их формирования пока не стала общепринятой. Предполагается, что они состоят из мелких, электростатически заряженных частиц пыли и могут быть сезонным явлением. Кроме того, «Вояджер-1» продемонстрировал ученым, что кольца Сатурна состоят из сотен узеньких колечек.
Благодаря последовательностям снимков, которые делал «Вояджер-1», чтобы понять природу спиц, были открыты малые спутники Сатурна Прометей и Пандора. Они находятся по обе стороны от тонкого кольца F. Зонд смог определить, что они содержат много водяного льда, а также заметил искажения формы кольца F. Планетологи пришли к выводу, что эти спутники могут влиять на форму кольца, не давая частицам покидать его. Затем «Вояджер-1» нашел у внешней части кольца А еще один малый спутник, названный Атласом. Через много лет данные «Кассини» подтвердили, что все три спутника действительно являются «пастухами» своих колец: они поддерживают их форму за счет своего гравитационного поля. Заодно станция помогла ученым узнать, почему Атлас внешне похож на пельмень.
Несмотря на то, что наблюдаемых деталей в атмосфере Сатурна оказалось меньше, чем на Юпитере, «Вояджер-1» все же смог разглядеть вихри и струйные течения в атмосфере окольцованного гиганта, а также широтные пояса. Зонд обнаружил, что около 7 процентов объема верхних слоев атмосферы Сатурна составляет гелий (по сравнению с 11 процентами в атмосфере Юпитера), что противоречило ожиданиям ученых. Более низкое содержание гелия говорило о возможном механизме его перераспределения в атмосфере и оседании в ее более глубоких слоях. Кроме того, в атмосфере Сатурна были найдены метан, этан, фосфин (да-да, тот самый потенциальный биомаркер Венеры!), а также аммиак и ряд углеводородов. «Вояджер-1» также зарегистрировал полярные сияния на Сатурне. Северное полушарие планеты оказалось темнее южного, а на северном полюсе планеты можно было заметить то, что было отдаленно похоже на вихрь. В дальнейшем «Вояджер-2» подтвердил, что это шторм необычной шестиугольной формы, а «Кассини» рассмотрел его в рекордных деталях.
В заключение хотелось бы немного оживить старые снимки и показать прекрасную анимацию вращения Сатурна и движения его спутников, составленную из кадров, полученных «Вояджером-1».
Александр Войтюк