 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
САТУРН ИССЛЕДУЮТ АВТОМАТИЧЕСКИЕ МЕЖПЛАНЕТНЫЕ СТАНЦИИБорислав Славолюбов
"Пионер-11"
"Вояджер-1"
"Вояджер-2"Первым космическим аппаратом с Земли, достигнувшим Сатурна, была американская автоматическая межпланетная станция "Пионер-11", запущенная 6 апреля 1973 года. В декабре 1974 года она пролетела мимо Юпитера, совершила гравитационный маневр в его поле тяготения и легла на курс движения к Сатурну. Интересно, что траектория ее полета от Юпитера к Сатурну была наклонена на 15,6њ к плоскости эклиптики (это было самое большое наклонение в то время). Станция вновь пересекла эклиптику лишь во время пролета Сатурна. Интересно и то, что после пролета Юпитера станция сначала приближалась к Солнцу, затем начала удаляться и вторично пересекла орбиту Юпитера 10 июня 1977 года.
Первоначально планировалось, что станция пролетит 1-3 сентября 1979 года между внутренним кольцом D Сатурна и планетой на расстоянии всего несколько тысяч километров от облачного слоя, а затем пройдет в 10-20 тыс. км от поверхности Титана. 20 ноября 1975 г. "Пионер-11" начал поляриметрические исследования Сатурна с помощью фотополяриметра. Расстояние до Сатурна в это время составляло более чем 1300 млн. км. 18 декабря 1975 г. была проведена первая коррекция траектории, необходимая для успешного пролета мимо Сатурна, 25-26 мая 1976 года была сделана вторая коррекция. Сатурн во время этих операций находился соответственно в 460 и 525 млн. км от станции.
В 1976 году на "Пионере-11" функционировали все научные приборы за исключением анализатора плазмы и комплекта оптических телескопов "Сизиф", служащего для наблюдения метеорных тел и астероидов.
В 1977 году была, наконец, выбрана траектория пролета Сатурна. Вариантов было два: внутренняя и внешняя. Внутренняя траектория (между кольцами и планетой) предусматривала пересечение плоскости колец на расстоянии от центра Сатурна, равном 1,15 радиуса планеты, и минимальное расстояние при пролете 1,06 радиусов Сатурна; внешняя траектория (с внешней стороны колец) - соответственно, 2,8 и 1,28 радиусов Сатурна. Внутренняя траектория позволила бы получить больше научной информации, однако вероятность столкновения с частицами колец, способными вывести станцию из строя, была на четыре порядка выше, чем при полете по внешней траектории. Наблюдения с Земли в это время показывали, что область наибольшей плотности вещества колец простирается до 2,2 радиусов Сатурна, однако слабо видимое вещество было зарегистрировано вплоть до расстояния 3,5 радиусов Сатурна. В итоге была выбрана внешняя траектория. При выборе в основном руководствовались стремлением разведать ту часть плоскости колец, через которую впоследствии предстояло пройти АМС "Вояджер-2", если бы его решили направить к Урану. В сравнении с Пионером-11 "Вояджер-2" был очень дорогостоящей станцией, и ученые хотели по возможности избежать риска. Инженеры подчеркивали, что даже при пролете по внешней траектории "Пионер-11" пройдет ближе к Сатурну, чем обе АМС "Вояджер", что позволит получить уникальную научную информацию.
В мае 1978 г. на "Пионере" удалось починить анализатор плазмы, который вышел из строя еще в декабре 1974 г. при пролете мимо Юпитера. 8 августа 1978 г. была успешно проведена коррекция траектории "Пионера-11", необходимая для пролета Сатурна по внешней траектории. 1 сентября 1979 г. станция совершила успешный пролет мимо Сатурна.Основные результаты пролета:
Приборы на "Пионере-11" показали, что Сатурн имеет магнитное поле, магнитосферу и радиационные пояса. Фронт ударной волны магнитосферы станция первый раз пересекла на расстоянии 24,5 радиусов Сатурна. Позже солнечный ветер прижал магнитосферу ближе к планете, и станция вторично пересекла фронт ударной волны. Во время удаления от планеты по этой же причине станция трижды пересекала фронт ударной волны (последний раз на расстоянии ~ 100 радиусов Сатурна от планеты). Напряженность магнитного поля Сатурна на уровне верхней границы облачного покрова оказалась равной 0,2 Гаусс. Магнитное поле Сатурна представляет собой простой диполь, подобно магнитным полям Меркурия, Земли, Марса и Юпитера, но, в отличие от перечисленных планет, ось магнитного диполя Сатурна практически совпадает с осью вращения планеты с точностью до 0,1њ, а центр диполя смещен менее чем на 0,04 радиусов Сатурна к северу от геометрического центра планеты.
Магнитное поле Сатурна вращается вместе с планетой. Поскольку Сатурн вращается быстрее, чем движутся по орбите его спутники, перед спутниками, находящимися в пределах магнитосферы планеты, должен быть магнитный "шлейф". Таковой был обнаружен у Титана. Интенсивность излучения в радиационных поясах Сатурна оказалась в 50-1000 раз ниже, чем в радиационных поясах Юпитера, и была сравнима с интенсивностью излучения в радиационных поясах Земли, хотя последние занимают в 10 раз меньшую область.
Как и предсказывали некоторые ученые, в пределах системы колец Сатурна заряженные частицы оказались полностью выметены. Это явление получило название "гильотинный эффект". Объясняют его тем, что высокоэнергетические частицы, колеблющиеся от одного полюса планеты к другому, встречают на своем пути вещество колец и поглощаются этим веществом.
Снимок Сатурна и его колец, полученный "Пионером-11" 30 августа 1979 года с расстояния 2577 млн. км
Снимок Сатурна, полученный "Пионером-11" 31 августа 1979 года.Станция "Пионер-11" зарегистрировала наблюдаемые с Земли кольца Сатурна А, В и С, но не обнаружила ожидаемые некоторыми учеными кольца D и Е. Станция открыла два новых кольца, получивших обозначения F и G. Кольцо F лежит на расстоянии около 80 тыс. км от Сатурна и имеет ширину менее 500 км при толщине всего 3 км. От кольца А оно отделено щелью шириной ~3000 км, которую назвали "деление Пионера". Кольцо G находится на значительно большем удалении от Сатурна: внешний край кольца лежит на расстоянии 965 тыс.км от планеты. Также "Пионер-11" зарегистрировал наблюдаемое с Земли деление Кассини между кольцами А и В и подтвердил существование предсказанного французскими учеными деления между кольцами В и С. Это деление получило временное название "французское деление". По полосам отраженного света определено, что количество вещества в делении Кассини примерно равно количеству вещества в кольце С.
Согласно предварительным данным, частицы в кольцах состоят в основном изо льда, а не из тяжелых материалов, таких, как, например, железо. С помощью инфракрасного радиометра была определена температура освещенной Солнцем стороны колец: 70-75 К. Выяснилось, что кольца Сатурна не представляют угрозы для космических аппаратов (до этого пролета вероятность того, что станция пройдет неповрежденной через плоскость колец, оценивали всего в 50%). Детекторы метеорных частиц при пролете около планеты зарегистрировали всего 5 столкновений с мелкими частицами вне плоскости колец.
Толщина колец оказалась равной 1,5 км, средний размер частиц в кольцах около 50 м. Было зарегистрировано шесть эпизодов поглощения заряженных частиц, что, по мнению ученых, может свидетельствовать о существовании шести неизвестных спутников планеты. Спутник Янус, о наблюдениях которого сообщал Дольфюс в 1966 г., приборами станции обнаружен не был."Пионер-11" получил 15-20 снимков Сатурна с лучшим разрешением, чем могли обеспечить самые совершенные наземные телескопы. Снимки показали, что верхняя часть облачного покрова Сатурна более спокойна, чем у Юпитера, и имеет меньше четко выраженных деталей. Число поясов и зон в атмосфере Сатурна оказалось больше, чем в атмосфере Юпитера, и они более узкие. Удалось получить фотометрические и поляриметрические данные о планете в широком диапазоне фазовых углов, которые недоступны для наземных наблюдателей. Температура экваториальной зоны Сатурна оказалась ниже, чем температура прилегающих к ней районов, по-видимому, из-за того, что в экваториальной зоне облака расположены выше. Эти данные позволили предположить перепады температур и высот между зонами и поясами. Характеристики гравитационного поля Сатурна, определенные по возмущениям траектории станции, показали, что полярное сжатие планеты составляет около 10%.
Ультрафиолетовый фотометр на АМС "Пионер-11" обнаружил во всей системе Сатурна слабое свечение атомов водорода. При пересечении станцией плоскости колец оно усиливалось, что указывает на связь водородного облака с кольцами. Усиление свечения наблюдалось также в высоких широтах обоих полушарий планеты по сравнению с экваториальным районом. Это может указывать на авроральную активность или на свечение лимба.2 сентября 1979 года "Пионер-11" сблизился с Титаном на минимальное расстояние 356 тысячи километров.
Снимок Титана, полученный "Пионером-11" 3 сентября 1979 года с расстояния 3,6 млн. кмУльтрафиолетовый фотометр станции обнаружил вокруг Титана водородное облако. На основании этого был сделан вывод о том, что, возможно, метановая атмосфера спутника медленно разлагается на водород и более сложные углеводородные соединения, причем водород ускользает в космос, а аэрозоли на основе углерода выпадают на поверхность Титана. По измерениям температура верхней части облачного покрова Титана составила 75 К.
Под действием силы тяготения Сатурна АМС "Пионер-11" изменила направление полета и стала почти по прямой удаляться от Солнца. Официально работа со станцией была завершена 30 сентября 1995 года из-за ухода Земли из зоны приема радиосигнала со станции в связи с невозможностью развернуть "Пионер-11" для связи с Землей. Последний сигнал со станции был принят 24 ноября 1995 года.
В ноябре 1980 года (максимальное сближение с планетой произошло 12 ноября) через систему Сатурна пролетела американская автоматическая межпланетная станция "Вояджер-1" и провела подробные исследования Сатурна, его колец и спутников.
Расчетная мощность радиоизотопных батарей "Вояджера 1" в окрестностях Сатурна составила 384 ватт. Телевизионная камера, которая была установлена на станции, позволила получать снимки Сатурна и Титана с разрешением 2 и 0,5 км в пикселе, соответственно. Для получения цветных изображений было предусмотрено 8 различных фильтров, в том числе и два фильтра для фотографирования Титана, поглощающие свет в линиях излучения метана. Помимо исследований при помощи перечисленных приборов, было предусмотрено радиозондирование Сатурна и их спутников с использованием штатной радиотехнической системы аппаратов "Вояджер". Это позволило получить информацию о размерах планеты и ее атмосфере, составе колец Сатурна и размерах частиц, составляющих кольца. Точные измерения траектории станции позволили определить с большей точностью гравитационное поле и массу планеты, ее положение в космическом пространстве и характеристики орбитального движения.Таблица, показывающая время максимального сближения "Вояджера-1" с небесными телами системы Сатурна и минимальное расстояние при сближении.
"Вояджер-1" зарегистрировал ударную волну в магнитосфере на расстоянии 26,2 радиусов Сатурна от планеты. Магнитопаузу станция пересекла несколько раз, последний раз на расстоянии 22,9 радиусов Сатурна. Таким об
