Майже три десятиліття тому, 15 жовтня 1997 року, із Землі стартував космічний апарат, що згодом першим вийшов на орбіту Сатурна. За 13 років роботи біля планети з його допомогою знайшли океан під кригою Енцелада і метанові моря на Титані. Знамениті кільця, як з’ясувалося, можуть бути набагато молодшими, ніж думали раніше. Сам апарат свідомо спрямували в атмосферу Сатурна у 2017 році, але науковці досі роблять відкриття на основі його даних і припускають, які світи можуть бути придатними для життя.
Останній сигнал Cassini
Команда американської космічної агенції NASA 15 вересня 2017 року свідомо знищила апарат Cassini, який досі справно передавав на Землю наукові дані. За 13 років на орбіті Сатурна з його допомогою зібрали відомості про кільця, супутники та саму планету. Наостанок інженери спрямували апарат просто в атмосферу газового гіганта.
Під час останнього наближення Cassini увійшов у верхні шари атмосфери. Результати вимірювань надходили доти, доки маленькі двигуни орієнтації ще втримували антену в напрямку Землі, бо без цього зв’язок обірвався б. Невдовзі апарат згорів і розпався високо над хмарами, як метеор.
Пального на борту майже не залишилося, тож скоро ним стало б неможливо керувати. Утім, некерований апарат можна було просто лишити на орбіті. Чому від цього відмовилися, стає зрозуміло з того, що вдалося знайти біля супутників Сатурна.
Океан під кригою Енцелада
Розгадку варто шукати біля Енцелада, невеликого крижаного супутника Сатурна. Діаметр Енцелада становить 504 км, тобто він трохи більший за відстань від Києва до Львова по прямій. Біля південного полюса на знімках з борту Cassini помітили тріщини, з яких у космос б’ють струмені водяної пари й дрібного льоду. Над поверхнею вони утворюють шлейф, втричі вищий за діаметр самого Енцелада.
Частина цієї речовини не повертається назад, а розходиться вздовж орбіти й живить найширше кільце Сатурна — кільце E. Але найцікавіше виявилося під поверхнею самого Енцелада. За даними апарата, під його крижаною корою є рідка вода. Вона утворює не окремі озера, а суцільний океан під усією поверхнею, і на його дні, найімовірніше, діють гарячі джерела.
У 2008 році Cassini пролетів просто крізь шлейф на висоті лише 21 км над поверхнею, зі швидкістю близько 18 км/с відносно Енцелада. Шлейф складається з речовини, яка щойно вирвалася з океану, тож, пролітаючи крізь нього, можна було дослідити океанську воду, не сідаючи на сам супутник. Крижинки влучали в аналізатор космічного пилу на такій швидкості, що одразу перетворювалися на пару, а значна частина молекул при цьому отримувала електричний заряд. Заряджені молекули можна розсортувати за масою. Знаючи масу, визначають, що це за речовина, і так дізнаються, з чого складався лід.
Нові висновки з цих даних отримали аж 2025 року. У крижинках зі шлейфу знайшли органічні сполуки, яких там раніше не бачили, а результати опублікували в журналі Nature Astronomy. Органічні сполуки на Енцеладі виявляли й раніше, але в речовині кільця E, яка роками зазнавала впливу радіації й могла зазнати хімічних змін. «Цим новим органічним сполукам було лише кілька хвилин. Вони містилися в льоді, що прийшов просто з океану під поверхнею Енцелада», — Так пояснив різницю Нозаїр Хаваджа з Вільного університету Берліна, який очолював дослідження.
Магазин від Universe Space Tech
Комплект журналов Луна, Солнце и Юпитер & Сатурн
До товару
За оцінкою NASA, на Енцеладі є фактично всі складники, потрібні для життя. Самого життя чи його ознак там поки не виявили.
Кільця, які можуть зникнути
Кільця Сатурна помітив ще Галілео Галілей у 1610 році, але зблизька і впродовж багатьох років їх уперше вивчали за допомогою Cassini. Майже повністю вони складаються з водяного льоду. Його шматки мають розмір від дрібніших за піщинку до брил розміром у кілька кілометрів, а товщина кілець здебільшого близько 10 м, приблизно як висота триповерхового будинку.
Ця система виявилася зовсім не застиглою. Одні супутники Сатурна притягують частинки з кілець, інші поповнюють їх новою речовиною, як Енцелад поповнює кільце E. У 2006 році в кільцях помітили візерунки, схожі на пропелер літака, завдовжки до кількох тисяч кілометрів. Посередині кожного з них рухається грудка льоду близько кілометра завбільшки. Вона значно більша за звичайні частинки кілець, але замала, щоб вважатися повноцінним супутником. Своїм тяжінням така грудка розштовхує сусідні частинки й підкидає їх на сотні метрів угору й униз. Ті, що ближче до Сатурна, обганяють її, а дальші відстають, тому збурення розходиться вперед і назад, як хвилі від човна. Звідси й форма пропелера, хоча сам візерунок не обертається.
Ще більше деталей вдалося роздивитися 11 серпня 2009 року, під час рівнодення на Сатурні. Так називають момент, коли Сонце світить точно в площині кілець, і трапляється він раз на 15 років. Кожна нерівність того дня відкидала довгу тінь, як дерево ввечері. Виявилося, що окремі скупчення льоду здіймаються над кільцями на понад 3 км, тобто вищі за Говерлу.
Під час рівнодення спостерігали й «спиці», темні смуги, довші за діаметр Землі. Окремі сягають понад 16 000 км, тоді як діаметр нашої планети близько 12 700. «Спиці» з’являються й зникають за кілька годин. Найімовірніше, це дрібні крижинки, які підіймає над кільцями електростатичний заряд, так само як наелектризована кулька підіймає волосся.
Найнесподіванішим виявився результат останніх місяців роботи. Під час фінальних пірнань між планетою і найближчим до неї кільцем апарат пролетів крізь потік речовини, яка падає з кілець на Сатурн. Це явище отримало назву «кільцевий дощ».
Тоді ж визначили масу кілець. Апарат пролітав між планетою і кільцями, їхнє тяжіння ледь помітно змінювало його швидкість. Ці зміни відстежували на Землі за радіосигналом апарата, а з них розрахували, яка в кілець маса. Разом із даними про кількість пилу в кільцях це дало підстави оцінити їхній вік.
За однією з оцінок, кільцям не більше кількох сотень мільйонів років, тож вони могли утворитися, коли на Землі вже жили динозаври. Автори тих самих розрахунків вважають, що кільця так швидко втрачають речовину, яка падає на планету, що за схожий проміжок часу можуть майже зникнути. Інші дослідники доводять, що кільця лише на вигляд молоді, а насправді можуть бути ровесниками Сонячної системи.
Метанові моря Титана
Зонд Huygens, збудований Європейською космічною агенцією ESA, долетів до Сатурна закріпленим на борту Cassini. Після відокремлення Huygens 14 січня 2005 року на парашутах опустився на Титан, найбільший супутник планети. Спуск крізь щільну туманну атмосферу тривав дві з половиною години. Місцем посадки виявилася рівнина серед округлих крижаних каменів, волога від рідкого метану. Далі від Землі жоден апарат досі не сідав.
На Титані так холодно, що вода там тверда, як камінь, і з неї складаються ті округлі брили. Роль рідини натомість виконують речовини з вуглецю й водню, насамперед метан, який на Землі знають як основну складову природного газу.
За роки прольотів біля Титана знайшли хмари, дощі, ріки, озера й моря, дюни та гори, а можливо, і вулкани. Метанові ріки течуть до метанового моря так само, як земні до океану. Атмосфера супутника щільна й багата на азот, як і наша. Тому науковці припускають, що Титан нагадує Землю задовго до появи життя. Окремо там вивчали хімічні реакції з органічними молекулами, схожі на ті, що на нашій планеті, ймовірно, передували першим живим організмам.
Тепер зрозуміло, чому апарат не залишили на орбіті Сатурна. Пального лишалося обмаль, тож згодом некерований Cassini міг упасти на один із цих супутників і занести туди біологічне забруднення із Землі. Якщо колись у підлідному океані Енцелада чи на поверхні Титана знайдуть ознаки життя, дослідники мають бути певні, що його не привезли з нашої планети. Тому у вересні 2017 року апарат згорів в атмосфері Сатурна, де такого ризику немає.
Двадцять років від старту до фіналу
Шлях до цих відкриттів почався 15 жовтня 1997 року на мисі Канаверал. Місію спільно підготували NASA, ESA та Італійська космічна агенція, а назву вона отримала на честь астронома XVII століття Джованні Доменіко Кассіні, який відкрив чотири супутники Сатурна.
Дорога тривала майже сім років. Щоб набрати потрібну швидкість, маршрут проклали двічі повз Венеру, потім повз Землю та Юпітер. Біля кожної планети відбувався гравітаційний маневр, тобто апарат розганявся під впливом її тяжіння, майже не витрачаючи пального. І вже 1 липня 2004 року він вийшов на орбіту Сатурна.
Електрику виробляли три радіоізотопні генератори. Плутоній у них поступово розпадається сам по собі й виділяє тепло, а спеціальні елементи перетворюють його на струм. У ядерному реакторі все інакше, бо там ядра розщеплюються в ланцюговій реакції, яку доводиться постійно контролювати, а в генераторі такої реакції немає. Загалом апарат ніс 33 кг плутонію, найбільшу кількість радіоактивної речовини, яку будь-коли запускали в космос. Через це перед стартом відбулися протести, а NASA запевняла, що капсули з плутонієм витримають будь-яку аварію.
Місія завершилася дев’ять років тому, але зібрані під час неї дані досі дають нові результати, як-от знахідка органічних сполук на Енцеладі у 2025 році. За оцінкою NASA, відкриття на основі цих даних з’являтимуться ще десятиліттями.
Місія завершилася дев’ять років тому, а її дані досі вивчають. За роки роботи біля Сатурна на Землю надійшло стільки вимірювань і знімків, що на їхній основі вже написали сотні наукових статей. Дослідники раз у раз повертаються до старих записів і знаходять у них те, що раніше лишалося непоміченим. Так сталося з органічними сполуками на Енцеладі, які виявили у 2025 році в даних, зібраних ще 2008-го. За оцінкою NASA, нові відкриття на основі архіву місії з’являтимуться ще десятиліттями.
Чи наблизилися хімічні процеси на Титані до тих, з яких на Землі колись почалося життя, планують з’ясувати за допомогою апарата NASA Dragonfly. Колись зонд Huygens дослідив лише одне місце. Новий апарат буде восьмигвинтовим дроном розміром з автомобіль, який перелітатиме між десятками ділянок поверхні. Літати там простіше, ніж на Землі, бо атмосфера Титана вчетверо щільніша за земну. Енергію, як і на Cassini, даватиме радіоізотопний генератор. У космос дрон виведе ракета Falcon Heavy компанії SpaceX у липні 2028 року, а далі приблизно за шість років він має долетіти до Титана. У кожному новому місці за його допомогою вивчатимуть склад речовини на поверхні.
