Посадка гюйгенса на титан
Титан — единственный спутник в Солнечной системе, у которого есть своя атмосфера. Что интересно, она массивнее земной (примерно на 20%), а из-за меньшего тяготения простирается гораздо дальше (почти до высоты 600 км). Давление у поверхности почти на 60% больше земного.
На Титане, как и на Земле, есть смены времен года, но только разные сезоны длятся по 7,5 лет (поскольку Сатурн делает один оборот вокруг Солнца примерно за 30 лет). В полушарии, где наступает лето, все водоемы со временем высыхают, а метан переносится атмосферными течениями в зимнее полушарие, где выпадает в виде осадков, образуя новые водоемы.
Острые пики и отвесные склоны горного хребта в правой части фото указывают на то, что он достаточно молодой. Атмосфера Титана обеспечивает высокие темпы эрозии и за продолжительное время ветры и метановые дожди должны заметно сглаживать любые неровности. Значит, этот хребет образовался недавно по геологическим меркам, а на Титане есть тектоническая активность.
На Титане побывал космический корабль с Земли, добывший много полезной информации. Героем стал аппарат Гюйгенс, который до последнего передавал сигналы. Что же ему удалось узнать?
Удивительный метановый мир
Атмосфера Титана, запечатленная с использованием синих, зеленых и красных спектральных фильтров
Из-за наличия жидкости на поверхности Титан воспринимается в качестве потенциальной колонии или места для поиска жизни. Атмосфера невероятно плотная и закрывает поверхность от обзора, как на Венере. Состоит из азота и метана, а вот свободного кислорода практически не найти.
Разведка чужого мира
Отображение полярных морей Титана (слева) и радарный снимок моря Кракена (справа), запечатленные Кассини
В декабре 2014 года аппарат отделился от Кассини и направился к Титану. Важно понимать, что эта миссия стала действительно прорывной. Ведь Гюйгенс сумел выполнить первую удачную посадку на объекте во внешней Солнечной системе!
Система посадки
Художественная интерпретация спуска зонда Гюйгенс
Чтобы замедлиться при входе, использовали сопротивление атмосферы Титана и систему парашютов. В течение полета от Земли к Сатурну зонд вообще не функционировал. Его включали лишь периодически, чтобы проверить работоспособность. Ожидалось, что на поверхности Титана он сумеет проработать около 30 минут.
На спуск аппарат потратил 2 часа 27 минут 50 секунд. Радиосвязь включили на раннем этапе, поэтому исследователи могли прослушивать спуск и посадку около 3 часов. Инженеры были приятно удивлены возможностями Гюйгенса, сумевшего подавать сигналы 72 минуты с момента спуска за видимый горизонт.
Сигналы шли на Землю не напрямую, а транслировались Кассини. Последние волны удалось поймать с помощью австралийского радиотелескопа. Аппарат успел прислать около 350 фотографий из запланированных 700 (произошел сбой, и часть данных потеряли). В итоге, сигналы перестали поступать, и мы простились с зондом, навсегда оставшимся на Титане.
Что нашел Гюйгенс на Титане
На плакате отображен составной вид формирователя изображений при спуске/радиального спектрометра, полученный, когда зонд Гюйгенс устанавливался на поверхности Титана. Размеры объектов, расположенных рядом с центром, приравниваются к параметрам человеческой стопы. Фото получено 14 января 2005 года.
Впервые нам удалось посмотреть на далекий спутник с его собственной поверхности. На месте посадки (зонд сделал 12-сантиметровую вмятину) удалось рассмотреть следы гальки водяного льда, разбросанной по оранжевому поверхностному слою. Большая часть была покрыта слабой метановой дымкой.
На первых фотографиях просматривались дренажные каналы, моря и окутанная туманом береговая линия. Округленные камешки намекали на контакт с жидкостями, а по размеру достигали 15 см. Анализ атмосферы навел на мысли о погоде на Титане, где внезапные наводнения и ливни меняются на десятилетия или века засухи. Зонд зафиксировал мощные западные ветры, достигающие скорости 430 км/ч.
На этом плакате отображена сплюснутая проекция вида с формирователя изображений при спуске/спектрального радиометра на зонде ЕКА Гюйгенс на четырех разных высотах. Фото получены 14 января 2005 года. Зонд Гюйгенс прибыл к спутнику Сатурна Титану с помощью космического корабля Кассини, управляемого Лабораторией реактивного движения (Пасадена). В НАСА установили на зонде два прибора: формирователь изображений при спуске /спектральный радиометр и масс-спектрометр газовой хроматографии. Миссия Кассини-Гюйгенс считается общим проектом НАСА, ЕКА и Итальянского космического агентства. За управление миссией отвечают представители Лаборатории реактивного движения. Команда спектрального радиометра управляет с Университета Аризоны (Тусон).
Обнаружились и находки, которые сильно удивили исследователей. Например, на Титане нашли второй слой ионосферы, расположенный ниже основного (на уровне 60 км). Отыскали также безопасную локацию в атмосфере, где вообще нет ветров, а обстановка максимально спокойная. Этот Рай расположен на высоте 80 км.
Постскриптум
Отображение полярных морей Титана (слева) и радарный снимок моря Кракена (справа), запечатленные Кассини
У Гюйгенса не было цели доказывать существование жизни или искать организмы. Однако его наблюдения показали, что среда Титана сильно напоминает ту, что присутствовала на раннем этапе развитие Земли. А как же жидкая вода?
Зонд Гюйгенс был разработан ЕКА для изучения атмосферы крупнейшего спутника Сатурна Титана. Аппарат назван в честь голландского астронома XVII века Христиана Гюйгенса. Зонд отправился на Сатурн на борту космического аппарата Кассини. Гюйгенс был первым космическим аппаратом, приземлившимся во внешней солнечной системе на космический объект.
Задачи по исследованию Титана
Проект Кассини-Гюйгенса был совместным проектом НАСА и ЕКА (а также Итальянского космического агентства ASI). НАСА поставляло основной космический аппарат – Кассини, а ЕКА – спускаемый аппарат Гюйгенс.
Основными научными целями миссии были разнообразные исследования Сатурна, его спутников и ближайшего окружения. Гюйгенс был разработан для исследования атмосферы Титана, включая химические свойства, ветер, температуру и профили давления от примерно 170 км до поверхности спутника. Зонд не был рассчитан на то, чтобы выжить после посадки, хотя ученые не исключали такой возможности.
Характеристики зонда Гюйгенс
Зонд Гюйгенса был весом 318 кг, который спустился на Титан и вспомогательного оборудования зонда (PSE), которое осталось прикрепленным к космическому аппарату Кассини. Тепловой экран Гюйгенса был 2,7 м в диаметре. После выброса щита диаметр зонда составлял 1,3 м. PSE включал в себя электронику, необходимую для отслеживания зонда, восстановления данных, собранных во время его спуска, а также для обработки и доставки данных на Кассини. С аппарата данные передавались на Землю.
Зонд оставался бездействующим на протяжении всего 6-летнего межпланетного путешествия, за исключением полугодовых проверок работоспособности аппарата. Эти проверки следовали за заранее запрограммированными последовательностями сценариев спуска настолько точно, насколько это было возможно. Все результаты были переданы на Землю для изучения экспертами системы и полезной нагрузки.
Перед отделением зонда от орбитального аппарата 25 декабря 2004 года была проведена заключительная проверка работоспособности. Был поставлен таймер для включения систем зонда (за 15 минут до столкновения с атмосферой Титана), затем зонд отделился от орбитального аппарата и через 22 дня направился к Титану без каких-либо активных систем, кроме таймера пробуждения.
Посадка зонда Гюйгенс на Титан
На Рождество 2004 года в 02:00 по Гринвичу спускаемый аппарат Гюйгенс, отделился от Кассини и начал свой 22-дневный полет к Титану. Он вошел в атмосферу Титана в 09:05:56 по Гринвичу 14 января 2005 года и в течение 4 минут развернул свой основной парашют диаметром 8,5 метра.
Минутой позже Гюйгенс начал передавать огромное количество информации обратно на Кассини в течение более чем 2 часов, прежде чем ударился о поверхность Титана со скоростью 4,54 м/с. Координаты посадки составляли 192,32º западной долготы и 10,25º южной широты, примерно в 7 км от намеченной точки.
Проблема в программе связи ограничила количество изображений, которые Гюйгенс передавал Кассини, примерно с 700 до 376. Тем не менее, к восторгу планетологов на Земле, он продолжал свои передачи еще в течение 3 часов и 10 минут, в течение которых он передавал снимки своего окружения.
Гюйгенс, похоже, приземлился на поверхность, напоминающую песок из ледяных зерен. На снимках поверхности была видна плоская равнина, усеянная галькой, а также следы жидкости, действовавшей на поверхность в недавнем прошлом. Последующие данные подтвердили существование озер жидких углеводородов в полярных областях Титана.
В апреле 2016 года ЕКА объявило, что одно из трех больших морей Титана вблизи северного полюса, известное как Лигела Маре, заполнено чистым жидким метаном, а морское дно покрыто илом из богатого органическими веществами материала.
Аппарат приземлился в темной области “моря”. Фотографии с поверхности сухого озерного ландшафта свидетельствуют о том, что, хотя в последнее время на поверхности появились свидетельства воздействия жидкости, углеводородных озер и/или морей на месте посадки Гюйгенса в настоящее время, возможно, не существует. Однако, дальнейшие данные миссии Кассини определенно подтвердили существование постоянных озер жидких углеводородов в полярных областях Титана.
Температура в месте посадки составляла -179,3 °C, а давление – 1467,6 мбар, что означало обилие метана 5±1% и относительную влажность метана 50% вблизи поверхности. Поэтому наземные туманы, вызванные метаном в окрестностях посадочной площадки, маловероятны. Погода Титана может характеризоваться проливными ливнями, вызывающими внезапные наводнения, а последующая засуха может длиться десятилетиями или столетиями.
Гюйгенс обнаружил, что яркость поверхности Титана (в момент посадки) примерно в 1000 раз тусклее, чем полное солнечное освещение на Земле. Это означает, что уровень освещенности Титана будет таким как на Земле через 10 минут после захода Солнца. Цвет неба на Титане в основном оранжевый. Солнце будет видно как маленькое яркое пятно, в 1/10 размера солнечного диска, видимого с Земли.
Спуск
Задачи экспедиции
Оснащение аппарата
Связь с Землей
Первые результаты
С помощью снимков рельефа ученые выяснили, что на поверхности есть следы действия жидкости, что означает наличие рек на поверхности. Но когда аппарат спустился на темные участки, отображавшиеся на снимках, они оказались твердыми. Однако на предполагаемом берегу была обнаружена 15-сантиметровая галька округлой формы. Грунт на спутнике напоминает по консистенции песок или плотный снег. Зонд зафиксировал выделение метана.
Удивление ученых
Некоторые вещи на поверхности Титана удивили даже научное сообщество. Желтоватая метановая дымка не прошла даже при полном спуске, хотя ученые предполагали, что ниже 60 км атмосфера будет чистой. На снимках это хорошо заметно. Зато на высоте 80 км – полный штиль. Ниже дуют ветры, выше ощущается турбулентность. Плюс ко всему у спутника оказался второй нижний слой ионосферы, обладающий неплохой электропроводностью.
Читайте также: