Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее - Игорь Лисов

Чтобы понять загадочное явление, 25 октября отсняли специальный десятичасовой «мультфильм» поведения одного из «концов» системы колец с интервалом между кадрами 288 секунд. Побочным результатом этой съемки стало открытие еще двух малых спутников. В первый раз они попали на снимки камеры ISS в середине октября и были обнаружены Стюартом Эндрю Коллинзом из JPL и Дэвидом Карлсоном из Дрексельского университета при просмотре на телеэкране, однако именно «мультфильм» дал возможность точно определить орбиты спутников 1980 S26 и 1980 S27. Они лежали по обе стороны кольца F: у первого – снаружи, на расстоянии 142 000 км от планеты, у второго – внутри, на отметке 139 500 км. Возникло предположение, что они, собственно, и формируют кольцо F, не давая частицам уходить ни внутрь, ни наружу. За это S26 и S27 метко назвали «пастухами», которые «управляют непослушным стадом».

При открытии S26 и S27 считали 13-м и 14-м спутниками Сатурна, но позднее они получили номера XV и XVI и имена Пандора и Прометей. Исходя из видимого блеска, размеры спутников оценили в 250–300 км. Впрочем, в публикации Брэда Смита с соавторами сразу после пролета они «усохли» до 200 и 220 км соответственно, а позднейшие исследования заставили уменьшить их размеры еще вдвое.

Тем временем навигационная группа готовила данные для первого близкого пролета Титана. 10 октября в 19:09 UTC была проведена коррекция TCM-A8 с включением двигателей на 806 секунд и приращением скорости 1,78 м/с, которая должна была свести на нет вероятность прямого попадания в крупнейший спутник Сатурна и обеспечить прохождение в 4600 км над его поверхностью.

Последующие навигационные измерения выявили необходимость сместить точку прицеливания на 650 км ближе к Титану. Коррекция TCM-A9 была выполнена 7 ноября около 06:00 UTC включением двигателей приблизительно на 705 секунд с выдачей импульса 1,49 м/с в боковом направлении. Она оказалась не совсем точной (расчетное приращение скорости составляло 1,52 м/с), но руководители полета решили удовлетвориться достигнутым.

24 октября в полдень по Гринвичу на расстоянии 23 млн км началась дальняя фаза подлета. Разрешение узкоугольной камеры достигло 500 км на линию телевизионной картинки. С учетом возможной погрешности ориентации планета уже не умещалась в кадре. Пришла пора делать цветные мозаики 2 × 2, перемежая их съемками ультрафиолетовым и инфракрасным приборами. ИК-радиометр IRIS дал первую оценку температуре на уровне давления 0,1 атм – примерно 145 К, немного выше, чем измерил «Пионер-11».

Полночь со 2 на 3 ноября, когда до Сатурна оставалось 14 млн км, стала началом второй фазы подлета – видеосистема перешла к мозаикам размером 3 × 3, 3 × 5 и больше и к обзорной съемке широкоугольной камерой. Аппарат подходил к планете и ее кольцам со стороны Солнца и немного с севера («сверху»), кольца были освещены и прекрасно видны. «Вояджер-1» вел также съемки Титана раз в шесть часов, и Ричарду Террайлу даже удалось за счет увеличения контраста при обработке разглядеть вблизи экватора спутника какую-то деталь в форме буквы Y.

6 ноября с расстояния 8 млн км проводилась съемка области вокруг колец с целью поиска новых спутников. И уже на следующий день объявили, что Ричард Террайл нашел еще одну «малютку» диаметром около 100 км на орбите в 800 км от внешнего края кольца A. Спутник временно обозначили как 1980 S28, и какое-то время он считался 15-м; позднее ему дали номер XVII и имя Атлант, вместо которого чаще используется неточная транслитерация Атлас.

6 ноября снимки «Вояджера» принесли новое поразительное открытие. На них удалось увидеть, что колец у Сатурна не пять и даже не семь – три «старых» кольца A, B и C разделились на 95 отдельных узеньких колечек, и еще пять были видны внутри 3500-километрового деления Кассини!

Но на этом сюрпризы не кончились. 8 ноября в делении Кассини было выявлено уже до 20 колец и колечек различной ширины, от 800 км и до совсем узких, а в кольце F, найденном «Пионером» год назад, наблюдались два ярких участка длиною по 1000 км.

В этот день неожиданный урон работе «Вояджера» нанесла погода на Земле. Утром 8 ноября информацию должен был принимать мадридский комплекс дальней связи, но… над ним разразилась мощная гроза, и радиосигналы X-диапазона, преодолев полтора миллиарда километров, не могли прорваться через последние 15 000 м пути! Пять часов данных было потеряно; к счастью, эти наблюдения еще можно было повторить.

На фотографиях 10 ноября изумленные ученые увидели два эксцентричных колечка переменной ширины от 25 до 80 км: одно в делении Кассини, второе в одной из «щелей» в пределах кольца C. И наконец, кадры, снятые утром 12 ноября, повергли специалистов по небесной механике в шок. Тонкое кольцо F оказалось состоящим из трех «ниточек», одна из которых, шириной 35 км, вращалась отдельно, а остальные две перевивались между собой как минимум восемь раз с шагом 7000 км, образуя гигантскую «косичку». Рядом с ними наблюдались уплотнения неизвестной природы длиной порядка 100 км. Брэдфорд Смит ошеломленно отметил, что в странном мире колец Сатурна удивительное становится обычным, очевидно, кольца все делают правильно – вот только мы не понимаем правил.

Ученые, конечно, догадывались, как красив Сатурн вблизи, но лишь с приходом «Вояджера» эту красоту удалось запечатлеть. На фоне общей коричнево-желтой окраски постепенно выделялись светлые зоны, темные пояса и турбулентные области. Горизонтальных полос было больше, чем на Юпитере, – в общей сложности 24 в одном лишь южном полушарии – и они простирались до более высоких широт. К красному пятну в южной умеренной зоне добавились два коричневых овальных пятна примерно на 42° с.ш., но их так и осталось очень мало. Северная полярная область оказалась значительно темнее южной – очевидно, это был сезонный эффект. В северном полушарии планеты была ранняя весна.

Вся центральная зона атмосферы Сатурна между 40° северной и южной широты оказалась охваченной сильным течением с запада на восток. У экватора скорость этого течения достигала 450–500 м/с, то есть двух третей скорости звука при 100 К, и была вчетверо больше, чем на Юпитере. Именно благодаря ему экваториальные районы Сатурна давали видимый период обращения на 25–30 минут меньше, чем полярные. Встречные джеты (струи) были отмечены на 38° и 55° с.ш., попутные – на 50° и 60° с.ш.

Экваториальное течение охватывало как светлые зоны, так и темные пояса, в то время как на Юпитере к ним были привязаны направления ветров. Это было очень странно и ставило под сомнение принятую для Юпитера модель подъема вещества в зонах и опускания в поясах. Складывалось впечатление, что Сатурн похож на Солнце больше, чем Юпитер, вот только подпитывающие течение маломасштабные вихри не были видны.

В преимущественно водородной атмосфере Сатурна было найдено лишь 6 % гелия (если считать по массе – то 11 % против 19 % у Юпитера). До пролета ученые ожидали увидеть примерно 10 % гелия, что соответствует его доле в составе Солнца и Юпитера, 89 % водорода и 1 % железосиликатных компонентов, происходящих из ядра планеты. Чтобы объяснить «недостачу», Эндрю Ингерсолл из Калифорнийского технологического института предположил, что вчетверо более тяжелый гелий «тонет» в водороде в виде мелких капель, а достигнув теплого ядра, поднимается кверху и питает экваториальное струйное течение. Этот процесс перераспределения вещества сопровождается выделением энергии: Сатурн излучает в 2,2 раза больше, чем получает от Солнца. Кроме уже известных малых составляющих атмосферы – метана, этана и фосфина, – в ходе ИК-наблюдений были найдены аммиак, пропан, ацетилен и метилацетилен. Последние, вероятно, образовались в результате фотодиссоциации метана и реакций радикалов между собой.