Разведка далеких планет

Наземные наблюдения еще до начала космической эры показали, что Титан имеет плотную атмосферу; по сути, это единственная планета — спутник с полноценной атмосферой. Пролетая в 1981 г. через систему Сатурна, «Вояджер-2» обнаружил, что основной компонент атмосферы Титана — азот (N₂); в ней присутствуют также метан (СН₄) и другие углеводороды. Данные космического телескопа «Хаббл» и наземных телескопов позволили в 1995 г. заподозрить существование на поверхности Титана значительных площадей, покрытых жидким метаном. Но подтвердилось существование этих углеводородных озер лишь после того, как к интенсивным исследованиям приступил первый искусственный спутник Сатурна — «Кассини», с борта которого 14 января 2005 г. на поверхность Титана опустился зонд «Гюйгенс». Экспедиция «Кассини-Гюйгенс», организованная NASA, ESA (Европейским космическим агентством) и ASI (Итальянским космическим агентством), началась 15 октября 1997 г., но лишь в середине 2004 г. аппарат прибыл в систему Сатурна и приступил к работе (см. с. 16 цветной вкладки).

Рис. 8.11. Межпланетный зонд «Кассини» во время испытаний в Космическом центре.

Титан без малого вдвое массивнее Луны и наполовину больше нее. Поэтому на его поверхности сила тяжести почти лунная: она в 7 раз меньше земной (на Луне — в 6 раз). Вторая космическая скорость на поверхности Титана — 2,6 км/с, на Луне — 2,4 км/с, однако взлетать с Титана будет намного сложнее, чем с Луны: помешает плотная атмосфера. Состав атмосферы Титана известен теперь детально: у поверхности 95 % азота и около 5 % метана, а в стратосфере 98,4 % азота и 1,4 % метана. Давление у поверхности в 1,45 раза выше нормального атмосферного давления на Земле. Но если вспомнить, что сила тяжести там в 7 раз меньше, чем у нас, то ясно, что масса газового столба над единицей поверхности Титана в 10 раз больше, чем на Земле. Поскольку размер Титана в 2,5 раза меньше земного, площадь его поверхности меньше земной примерно в 6 раз, а значит, полная масса атмосферы Титана в 1,5 раза больше массы земной атмосферы! Вероятно, поэтому на поверхности Титана очень мало метеоритных кратеров: мелкие метеориты тормозятся и разрушаются в атмосфере, а следы падения крупных быстро уничтожаются дождями и ветром.

Рис. 8.13. Поверхность Титана, сфотографированная зондом «Кассини» 26 октября 2004 г. с расстояний от 300 тыс. до 650 тыс. км. Это мозаика из 9 лучших снимков, наиболее четко демонстрирующих детали поверхности, не закрытые в момент съемки облаками и туманом. Наилучшее разрешение в центре диска (координаты —15° ю. ш. и 156° з. д.) — 2 км/пиксел. Внизу отчетливо видны яркие облака вблизи южного полюса. Правее центра — светлая область Ксанаду, левее и выше центра — темная область Шангрила.

Рис. 8.14. Мозаика из фотографий поверхности Титана, полученных «Гюйгенсом» при спуске на парашюте. Вверху — светлая гористая местность, пронизанная руслом реки с притоками. В нижней части — более темная плоская низменность, куда впадает «река». В момент съемки русло было сухим. Вероятно, в периоды редких, но мощных дождей его заполняют потоки метана.

Мощная и чрезвычайно протяженная атмосфера Титана облегчила посадку на него космического аппарата. Отделившись от «Кассини», зонд «Гюйгенс» три недели двигался в сторону Титана в дремлющем состоянии, а затем стал готовиться к спуску. Посадка «Гюйгенса» на Титан — уникальная операция; вот ее основные этапы (часы:минуты по среднеевропейскому времени):

06:51 — включается электропитание приборов.

11:13 — начало входа в атмосферу на высоте 1270 км со скоростью 6 км/с. Торможение осуществляется лобовым теплозащитным экраном.

11:17 — высота 180 км, скорость 400 м/с, раскрыт вытяжной парашют диаметром 3 м. Через 2,5 секунды он вытягивает основной парашют диаметром 8,3 м.

11:18 — высота 160 км. Сброшен лобовой экран. Начали исследовать атмосферу газовый хроматограф и масс — спектрометр. Производится сбор и испарение аэрозолей. Камера передает панораму облаков.

11:32 — высота 125 км. Сброшен основной парашют и раскрыт тормозной диаметром 3 м, чтобы ускорить падение и успеть приземлиться до полной разрядки батарей (заряд 1,8 кВт×ч). Расстояние до «Кассини» 60 тыс. км.

11:49 — высота 60 км. Включен радар — альтиметр; до этого работой управлял таймер. Камера начинает снимать панораму поверхности. Измеряется скорость ветра (по доплер — эффекту передатчика), температура и давление воздуха, электрическое поле (проверяется наличие молний). На высоте нескольких сотен метров от поверхности включена белая лампа для спектрального анализа поверхности. Сонар и радар измеряют неровности грунта. Спуск «Гюйгенса» в атмосфере Титана занял около 2,5 часа.