Топ-100 Посадка на Титан

Зонд Гюйгенс

Цели, поставленные перед зондом

Макет зонда «Гюйгенс»Крупнейший спутник Сатурна, Титан, давно привлекает внимание людей, ведь это единственная, кроме Земли, планета Солнечной системы, на поверхности которой существует  жидкость (хотя это и не вода, а жидкие углеводороды, в основном метан и этан), и единственным спутником, имеющим плотную атмосферу. Титан был открыт в 1655 году  голландским астрономом Христианом Гюйгенсом¸ его имя носит зонд Европейского космического агентства, исследовавший эту далекую планету.

Зонд «Гюйгенс» и АМС «Кассини» отправились в далекое путешествие к Сатурну 15 октября 1997 года. 25 декабря 2004 года исследовательский зонд расстыковался с носителем, 14 января 2005 года аппарат «Гюйгенс» успешно приземлился на поверхности Титана в области Ксанаду, совершив первую (и пока единственную) мягкую посадку во внешней Солнечной системе. Аппарат приземлился на твердую поверхность, хотя его конструкция предусматривала и посадку на поверхность моря.

Перед  зондом «Гюйгенс» стояли пять основных задач:

  • Определение физических характеристик атмосферы Титана (плотности, давления, температуры и пр.) в зависимости от высоты;
  • измерение процентного соотношения компонентов атмосферы;
  • исследование химических и фотохимических процессов в атмосфере, их влияния на молекулы органических веществ, а также процессов формирования и состава аэрозолей;
  • изучение метеорологии далекой планеты, в том числе, физики облаков, грозовых разрядов и общей циркуляции атмосферы;
  • исследование физического состояния, топографии и состава поверхности Титана.

Приборы, установленные на зонде «Гюйгенс»

Научные эксперименты «Гюйгенс» проводил с помощью шести приборов:

  • инструмент, определяющий структуру атмосферы (Huygens Atmospheric Structure Instrument, HASI) - выполнял измерения физических и электрических характеристик атмосферы Титана;
  • доплеровского измерителя скорости и сноса (Doppler Wind Experiment, DWE), этот инструмент изучал направление и силу ветров на Титане;
  • формирователя изображений при спуске/спектрального радиометра (Descent Imager/Spectral Radiometer, DISR). Прибор отвечал за видеотрансляцию спуска и исследовал уровень освещённости;
  • газового хроматографа/масс-спектрометра (Gas Chromatograph/Mass Spectrometer, GC/MS). Прибор идентифицировал и измерял химический состав атмосферы далекой планеты;
  • коллектора аэрозолей и пиролизера (Aerosol Collector and Pyrolyser, ACP), анализировавшего атмосферные аэрозольные частицы;
  • набора инструментов для изучения поверхности (Surface-Science Package, SSP), определявшего свойства поверхности.

Посадка на Титан

Поверхность Титана с высоты 16,2 кмПоскольку Титан имеет плотную атмосферу, зонд спускался на парашютах, на что ушло 2 часа 27 минут 50 секунд. При столкновении с поверхностью планеты «Гюйгенс» имел скорость  4,4 м/с, что привело к кратковременным перегрузкам, в 15 раз превосходящим ускорение свободного падения на Земле. Это не прошло бесследно, в результате столкновения из строя вышел один из сенсоров, но через несколько минут он вернулся к работе.

Зонд не передавал данные сразу на Землю, полученная информация отправлялась АМС «Кассини», осуществлявшей ее дальнейшую передачу. Отправлено было более 500 мегабайт данных, в их числе около 350 фотографий. В планах миссии была передача 700 снимков, но сбой в программе (вероятно, результат ошибки при разработке) привел к потере половины изображений, переданных аппаратом «Гюйгенс».

Сигналы зонда принимались АМС «Кассини» на протяжении спуска в течение 147 минут 13 секунд, с поверхности Титана ещё 72 минуты 13 секунд до ухода орбитального аппарата из зоны досягаемости радиосигнала. Еще некоторое время сигналы «Гюйгенса»  получал австралийский радиотелескоп, хотя они были слишком слабы чтобы использовать их как канал передачи информации.

Результаты работы зонда

Поверхность Титана в месте посадки зонда «Гюйгенс»При спуске зонда скорость ветра на высоте от девяти до шестнадцати километров составляла примерно 26 км/ч, звук ветра был записан при помощи внешнего микрофона.

На высоте 18 - 19 км приборами аппарата «Гюйгенс». была обнаружена плотная метановая дымка (скопления облаков), атмосферное давление там составило примерно 380 миллиметров ртутного столба. На начальном этапе спуска температура атмосферы составила −202 °C, а на поверхности планеты оказалось немного «теплей»: −179 °C.

Интерпретация данных, полученных зондом, сделанная ученым из Кёльнского университета Тоцуо Токано, предполагает, что верхнюю часть облаков составляет метановый лед, а нижнюю жидкий метан и азот.

Фотографии Титана, сделанные при спуске зонда «Гюйгенс», ошеломляют. Поверхность Титана имеет сложный рельеф, на ней четко видны русла рек, озера и даже моря! Самый крупный «водоем», море Кракена, по площади превосходит Каспийское море.  Зонд опустился на темный участок, предполагалось, что это жидкость, однако это оказалась твердая поверхность. На фотографиях с места приземления видны камни размером до 15 сантиметров, имеющие следы действия жидкости.

Свойства грунта были изучены с помощью пенетрометра и первоначально грунт был интерпретирован как тонкая корка однородной консистенции с мягкой основой. Позже результаты, полученные зондом, были переосмыслены, видимо, сначала он ударился о гальку, а уже затем вошел в грунт, по консистенции похожий на влажный песок или плотный снег.

При этом из грунта выделялся метан (его выбросы были зарегистрированы приборами зонда). 

Неожиданные открытия

Одной из первых неожиданностей стало существование на Титане второго, нижнего, слоя ионосферы, лежащего между 40 и 140 км (максимум электропроводности на высоте 60 км).

Жёлтая метановая дымка, которая так мешает наблюдать поверхность Титана, присутствует в атмосфере на всех высотах, хотя первоначально ожидалось, что ниже 60 км атмосфера будет практически прозрачной.

Полной неожиданностью для учёных оказалось то, что на высоте около 80 км в атмосфере Титана царит практически мёртвый штиль — сюда не проникают ни ветры, дующие ниже 60 км, ни турбулентные движения, наблюдаемые вдвое выше. Причины такого странного замирания движений пока не удаётся объяснить. Основу атмосферы Титана, как и на Земле, составляет азот. Второй по значимости газ - метан (CH4) — занимает место, в чём-то подобное водяному пару в земной атмосфере. А в нижних слоях атмосферы могут даже образовываться метановые облака.