КА «Кассини» успешно продолжает научные наблюдения Сатурна в рамках завершающего этапа своей миссии – Великого финала. Во время близких пролетов над планетой-гигантом космический аппарат получил уникальную информацию о ее магнитном и гравитационном полях, составе колец и гигантском урагане на северном полюсе.
Во время Великого финала «Кассини» еженедельно пролетает на очень близком расстоянии от Сатурна – ближе внутреннего края кольца D. Такие тесные сближения позволяют получить уникальную научную информацию.
О магнитном поле
В частности, исследователи обнаружили, что ось магнитного диполя Сатурна очень точно сонаправлена с осью вращения планеты. Отклонение составляет менее 0.06°, возможно, его вообще нет! Это затрудняет точное определение истинной продолжительности суток на Сатурне и ставит серьезные проблемы перед теоретиками. Дело в том, что теоретические модели генерации магнитного поля требуют хотя бы небольшого наклона, чтобы поддерживать токи, текущие в слое жидкого металлического водорода в недрах планеты. Без такого наклона токи должны постепенно исчезать, а магнитное поле – затухать. Любой наклон магнитного поля должен вызывать суточные колебания в недрах планеты, измеряя которые, можно точно определить период ее вращения. Однако до сих пор подобных колебаний у Сатурна обнаружить не удалось, а значит, не удалось и определить точную продолжительность сатурнианских суток.
Возможно, полная сонаправленность оси магнитного диполя Сатурна и оси его вращения кажущаяся. Мишель Дорти (Michele Dougherty), руководительница команды магнитометра «Кассини», полагает, что глубокие атмосферные течения могут вносить искажения в структуру магнитного поля и маскировать «истинное» поле, формирующееся в слое металлического водорода. Дальнейшие измерения, в том числе во время заключительного «нырка» станции в атмосферу Сатурна 15 сентября, помогут прояснить этот вопрос.
Быстрое вращение Сатурна вытягивает конвективные ячейки в его атмосфере в длинные облачные ленты, придавая планете характерный полосатый вид. Соседние широтные течения имеют разную скорость и направление. Вдоль границы этих течений возникает турбулентность, приводящая к волнообразному изгибанию границы и появлению вихрей. Над плотными облаками лежит слой тонкой надоблачной дымки (на снимке ее слой выглядит тонкой синей полосой над лимбом Сатурна).
Изображение в искусственных цветах, представленное ниже, было получено совмещением двух снимков в ИК-лучах, которые «Кассини» сделал 18 мая 2017 года. В качестве красного канала цветного изображения был использован снимок в лучах с длиной волны 727 нм, в качестве синего канала – снимок в лучах с длиной волны 750 нм, а в зеленый канал поместили среднее от первых двух каналов. В момент съемки расстояние до Сатурна составило 1.2 млн. км, разрешение изображения – 7 км на пиксель.
КА «Кассини» сделал серию снимков южной околополярной области Сатурна, где сейчас царит полярная ночь, для наблюдений полярных сияний – призрачных занавесей из танцующего света, вызванных вторжением энергичных заряженных частиц в атмосферу планеты. Из отдельных кадров, сделанных на протяжении 70 минут, был собран 5-секундный видеоролик.
Темная область в верхней части изображения – ночной лимб Сатурна. Полярное сияние выглядит на его фоне светлым дымом, движущимся слева направо. Фоновые звезды выглядят короткими белыми штрихами, летящими в одном направлении – из левого нижнего угла кадра примерно в сторону верхнего правого угла. То, что все они размазаны в короткие отрезки, вызвано движением «Кассини» вокруг Сатурна – камера станции отслеживала конкретное место на диске планеты и медленно поворачивалась во время экспозиции. Интересно, что некоторые звезды, скрываясь за лимбом Сатурна, «виляют» право – это вызвано рефракцией света в плотных слоях атмосферы.
Случайные короткие вспышки и длинные штрихи, пересекающие наблюдаемую область – результат воздействия космических лучей и частиц из магнитосферы Сатурна на матрицу детектора.
Основной целью съемки полярных сияний было наблюдение сезонных изменений яркости этих сияний и их дальнейшее сравнение с результатами одновременных наблюдений, проведенных инфракрасным и ультрафиолетовым спектрографами.
Кадры, из которых был составлен видеоролик, были получены в видимых лучах узкоугольной камерой КА «Кассини» 20 июля 2017 года. Расстояние до Сатурна во время съемки – 1 млн. км, разрешение 1.4 км на пиксель. Область, попавшая в кадр, расположена на 74° южной широты.
Во время Великого финала очень важными являются гравиметрические измерения. Первые же замеры гравитационного поля Сатурна, проведенные во время пролетов между внутренним краем кольца D и верхушками облаков планеты-гиганта, показали расхождения с предсказаниями общепринятых моделей недр Сатурна. Это означает, что впереди нас ждут новые – и притом неожиданные – открытия.
О составе колец и экзосферы Сатурна
«Кассини» изучал не только недра Сатурна, но и его верхнюю атмосферу, а также кольца. Когда станция пролетала в зазоре между кольцами и планетой, анализатор космической пыли (CDA) собрал несколько наноразмерных частиц, а масс-спектрометр ионов и нейтральных атомов (INMS) определил состав экзосферы Сатурна.
Во время первого пролета через зазор космический аппарат был ориентирован главной антенной вперед по ходу движения, чтобы уберечь чувствительную аппаратуру от возможных повреждений космической пылью. Однако оказалось, что крупных пылинок (даже микрометровых размеров) в зазоре нет. 29 июня 2017 года, во время третьего пролета из четырех ближайших к внутреннему краю кольца D, операторы миссии позволили анализатору космической пыли «выглядывать» из-за антенны, и тот поймал несколько очень мелких частиц. Элементный анализ этих частиц продолжается, и команда миссии надеется получить важную информацию о составе колец.
Во время пяти последних сближений, а особенно во время последнего «нырка» масс-спектрометр ионов и нейтральных атомов будет изучать атмосферу Сатурна на разных высотах. Самые важные сведения команда прибора надеется получить 15 сентября. INMS будет работать до конца, передавая информацию в режиме реального времени до тех пор, пока набегающий поток атмосферных газов не закрутит и не разрушит «Кассини».
После равноденствия и по мере приближения к летнему солнцестоянию Солнце поднимается все выше над северной стороной колец. Солнечный свет проникает в кольца все глубже и нагревает их все сильнее. Сейчас, во время солнцестояния, «Кассини» фиксирует максимальную температуру колец за все время миссии. Проникновение солнечного света в кольца поможет понять, как слипаются частицы и не отличается ли состав частиц вблизи центральной плоскости кольца от состава частиц наружных слоев.
В кольцах Сатурна есть множество маленьких "пропеллеров". Впервые «Кассини» наблюдал пропеллеры в кольце A еще в 2004 году, когда только прибыл в систему Сатурна и пролетел в зазор между кольцами. Однако первые снимки были низкого разрешения, и интерпретировать обнаруженные на них особенности оказалось непросто. Однако позже станция обнаружила в кольце A более крупные пропеллеры, например, Эрхарт (Earhart) и Блерио (Bleriot), и природа этих необычных образований стала проясняться.
Пропеллеры – небольшие сгущения в кольцах, выглядящие на изображении ниже как яркие двойные штрихи. Сгущения образуются под влиянием небольших спутничков, внедренных в кольца и искривляющих своим гравитационным полем траектории частиц колец. Ученые используют эти снимки, чтобы вывести распределение по размерам этих спутничков, что, в свою очередь, поможет понять их происхождение и эволюцию.
На снимке ниже представлена часть кольца А Сатурна. Снимок был сделан узкоугольной камерой КА «Кассини» 19 апреля 2017 года, когда космический аппарат находился на расстоянии 129 тыс. км от центра Сатурна (т.е. на высоте примерно 69 тыс. км над верхушками его облаков). Разрешение снимка – 385 метров на пиксель.
Когда в 2004 году КА «Кассини» прибыл в систему Сатурна, в южном полушарии планеты и ее спутников заканчивалось лето, а в северном – зима. Первоначально миссия была рассчитана на 4 года. В 2008 году ее продлили на 2 года, первая продленная миссия была названа «Равноденствие». В 2010 году миссию «Кассини» продлили еще на 7 лет и назвали «Солнцестояние». Долгая и плодотворная работа космического аппарата позволила охватить полную смену сезонов в северном и южном полушариях Сатурна и его спутников.
24 мая 2017 года в системе Сатурна наступило солнцестояние – самый длинный день в северном полушарии и самая длинная ночь – в южном. Следующее солнцестояние произойдет только через 14.73 лет (в феврале 2032 года).
«Система Сатурна переживает драматические переходы от зимы к лету, и благодаря «Кассини» у нас было место в первом ряду», – сказала Линда Спилкер (Linda Spilker) из команды «Кассини».
Во время миссии «Солнцестояние» космический аппарат наблюдал зарождение, развитие и угасание гигантского шторма, опоясавшего планету. Также исследователи пронаблюдали, как постепенно бледнеет и исчезает голубоватый оттенок северной околополярной области Сатурна по мере того, как ее начинают освещать солнечные лучи и формируется весенняя надоблачная дымка. Протяженная надоблачная дымка – одна из причин того, что рисунок облаков Сатурна выглядит более мягким и сглаженным, чем рисунок облаков Юпитера.
Данные «Кассини» показали, что некоторые вещества, образующие дымку (этан, пропан, ацетилен), реагируют на изменение освещенности по мере смены сезонов гораздо быстрее, чем другие примеси. Сюрпризом оказалось то, что изменения не происходят постепенно во всем полушарии. Как оказалось, изменения происходят внезапно и лишь на определенных широтах полосатой атмосферы Сатурна, а потом захватывают и другие области.
«В конечном итоге изменяется все полушарие, но это происходит путем скачкообразных изменений в конкретных широтных атмосферных течениях в разное время», – сказал Роберт Уэст (Robert West) из команды «Кассини».
На снимках видно, как изменилась окраска северной околополярной области с июня 2013 года по апрель 2017. Кликните на картинке, чтобы увидеть анимацию.
Во время пролетов между кольцом D и верхушками облаков Сатурна удалось получить сведения о тонкой структуре колец и эффектные снимки колец и атмосферы планеты.
На этом изображении в искусственных цветах можно видеть освещенный солнцем лимб Сатурна с тонкой дымкой и величественную арку колец.
Мозаика, собранная из отдельных кадров видеоролика, представлена ниже.
Первый снимок мозаики был сделан над северным полюсом Сатурна с высоты 72.4 тыс. км, последний – над точкой, лежащей на 18° северной широты с высоты 8374 км. Разрешение отдельных снимков меняется от 8.7 км на пиксель до 1 км на пиксель. Изгиб траектории, вдоль которой получались снимки ближе к концу видео (на изображении – в нижнем правом углу), обусловлен разворотом космического аппарата главной антенной вперед.
Первые еще «сырые» снимки, полученные во время сближения. На снимках можно видеть облака в атмосфере Сатурна, в том числе «глаз урагана» – стену облаков вокруг северного полярного вихря.
В течение 4 минут широкоугольная камера космического аппарата сделала 21 кадр, из которых был собран короткий видеоролик. Размеры каждого кадра составили 512х512 пикселей – меньший размер изображений позволяет получать больше снимков в единицу времени.
Во время съемки камера «Кассини» смотрела назад, под малым углом к плоскости колец, из-за этого они выглядят сильно сжатыми. В начале ролика мы видим освещенную сторону колец, на последних кадрах – не освещенную (подсвеченную рассеянным солнечным светом).
Космический аппарат «Кассини», во время своего первого «нырка» записал и отправил на Землю «звуки Сатурна». Данные были получены 26 апреля 2017 года при помощи установленного на аппарате инструмента RPWS (Radio and Plasma Wave Science), который зафиксировал плазменные волны, производимые заряженными частицами внутреннего сатурианского кольца D.
https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/pia21446
https://kosmos-x.net.ru/news/apparat_kassini_uslyshal_zvuki_saturna/2017-05-02-4640
