Сатурн – властелинът на пръстените

Със своите прочути пръстени, Сатурн е най-отдалечената планета, ясно видима с просто око. Но как пръстените са попаднали там и кога са се образували? За да проучат планетата в детайли, учените трябвало да се приближат. Така на 15 октомври 1997 г. бил изстрелян космическият кораб „Касини-Хюйгенс".

Полетът с „Касини-Хюйгенс" е един от най-амбициозните, случили се някога. На летателното средство са били необходими седем години, за да достигне Сатурн.

Самата мисия се състои от две отделни сонди. Първата е огромната сонда Касини, предназначена да събира информация за всички аспекти на системата на Сатурн, от многобройните й пръстени до нейните 33 луни. Втората е сондата Хюйгенс, по-малък кораб с форма на уок, прикрепен отстрани на Касини. Неговата задача е да се потопи в атмосферата на Титан, най-голямата и мистериозна луна на Сатурн.

Проектът е съвместно начинание на НАСА, Европейската космическа агенция (ESA) и Италианската космическа агенция. Той струва 3,27 милиарда долара и включва над 17 държави. Вдъхновен е от друга успешна мисия - изстрелването на двете сонди Voyager Deep Space. Те напуснаха Земята през 1977 г. и пристигнаха съответно на Сатурн през 1980 г. и 1981 г. Сондите изпращат обратно революционни данни, променяйки мнението на учените за системата на Сатурн.

Те разкриват, че пръстените на Сатурн са много по-сложни и динамични, отколкото някой си е представял. Те също предполагат, че пръстените са се образували след самата планета. Защо? И на колко години бяха? Но сондите „Вояджър" трябвало да продължат напред, покрай Уран и Нептун и отвъд, оставяйки тези фундаментални въпроси за пръстените без отговор.
„Вояджър" повдигна и друга мистерия - Титан. Той не е само най-голямата луна на Сатурн, но и е обвит в плътна оранжева атмосфера, съставена главно от азот - подобно на земната атмосфера. Намирането на място толкова далече, което споделя черти с нашия собствен свят, е изключително изкушаващо.

Изграждането на проекта „Касини-Хюйгенс" започва през 1990 г. Сондата Касини е кръстена на френско-италианския астроном Жан-Доминик Касини (1625-1712). Нейната задача е да лети до Сатурн и да остане в орбита около планетата в продължение на четири години. Сондата „Хюйгенс", кръстена на Кристиан Хюйгенс (1629-1695), който пръв открива Титан, трябвало да се отдели от „Касини" и да събере важна информация за химичния състав на атмосферата на луната и да разкрие какъв пейзаж се крие под облаците.

Не е изненадващо, че сондите били натоварени с огромен набор от инструменти. „Касини" е в състояние да измерва всичко - от огромната магнитосфера на планетата до малки частици космически прах. В основата на мисията са камерите – т. нар. Imaging Science Subsystem. Те имат както дълго, така и късо фокусно разстояние, което дава снимки с висока разделителна способност и с по-широк контекст. „Касини" също носи набор от спектрометри, които гледат същите неща като камерите, но които могат да виждат дължини на вълните извън тези, видими за човешкото око. Тези дължини на вълните позволяват на спектрометъра да изведе химическия състав на всичко, което се гледа.

Общото тегло на двете сонди е огромните 5712 кг и трябва да пътува през милиарди мили пространство. Това създава цял набор от нови проблеми - как да се откара такъв масивен кораб до местоназначението си.
Организаторите на мисията се обръщат към техника, известна като „гравитационна помощ". Сондата трябвало да бъде изстреляна от най-голямата ракета в света Titan IVB. Но това е достатъчно, за да я изведе в космоса. След това „Касини" е пренасочена от други планети, „открадвайки" енергия от техния орбитален импулс. Резултатът е нещо като гравитационна прашка. След изстрелването през 1997 г. „Касини" преминава два пъти покрай Венера, след това покрай Земята през 1999 г. и накрая покрай Юпитер в края на 2000 г.

На 30 юни 2004 г. космическият кораб най-накрая пристига при Сатурн, след като достига скорост от над 80 000 км/ч (приблизително 50 000 мили в час). Но за да влезе в орбита около планетата, „Касини-Хюйгенс" трябва да премине между F и G пръстените на Сатурн. Организаторите на мисията били начертали курс през нещо, което изглеждало като празнина, но ако „Касини" се удари дори от малка частица с размерите на оризово зърно, сондата можела да бъде унищожена.

В 19:36 тихоокеанско лятно часово време учените чакат нетърпеливо в лабораторията за реактивни двигатели в Калифорния, когато започва маневрата (наречена Saturn Orbit Insertion) и „Касини" задейства главния си двигател, за да влезе в орбита. Всички очи са вперени в сигнала, издаван от антената с ниско усилване на „Касини". В 21:12 сигналът се прояснява, което показва, че „Касини-Хюйгенс" успешно е влязъл в орбита около Сатурн.
Мисията ще продължи най-малко четири години, с възможност да продължи и по-дълго. „Касини" ще използва своето богатство от инструменти, за да изследва цялата система на Сатурн.

Вече предоставя интригуваща информация. Един от инструментите на борда на сондата - ултравиолетовият спектрограф (UVIS), ще помогне на учените да отговорят на въпроса на колко години са пръстените. Като гледа отразената светлина в ултравиолетови дължини на вълните, този инструмент може да разбере кои части са ледени и кои части са замърсени. Измервайки това във времето, UVIS ще може да използва замърсяването като часовник. Колкото по-мръсни стават пръстените, толкова по-стари са те.

Когато „Касини" преминава над пръстените по време на вмъкването в орбитата на Сатурн, UVIS прави снимки на пръстените, които показват значителна разлика в нивата на лед и замърсители. На учените ще им отнеме време да дешифрират тези данни, но заедно с информацията от другите инструменти на „Касини", като видимия и инфрачервен картографски спектрометър (VIMS), те ще могат да изградят картина на състава на пръстените с течение на времето, и така изчислете на колко години са.
Но докато мисията на „Касини" трябва да продължи години, мисията „Хюйгенс" е много по-краткотрайна. Това ще бъде ключът към нашето разбиране за Титан, най-голямата луна на Сатурн. Подобно на земната, атмосферата на Титан се състои основно от азот, но има и други съединения като метан, които разкриват вълнуващи възможности за науката.

Тъй като Титан е толкова студен (тъй като е толкова далеч от слънцето), метанът може да съществува и в трите състояния - газ, течност и твърдо състояние. Всъщност метанът може да възприеме ролята, която водата има на земята в метеорологичния цикъл, така че може да има облаци от метан, метанов дъжд и вероятно дори езера или морета. Самата повърхност вероятно не е от скала, а от твърда ледена повърхност. Учените очакват да бъде изпъстрена с кратери и дори вулкани, бълващи течна вода, а не лава.

Така че в някои отношения пейзажът на Титан може да изглежда странно познат. Но най-важното е, че Титан може да предложи и прозорец към далечното минало, тъй като учените смятат, че неговата атмосфера може да прилича на атмосферата на ранната Земя, преди началото на живота. Всичко е така, защото метанът и азотът в атмосферата на Титан се комбинират, за да създадат съединение, наречено толин, което образува непроницаемата оранжева мъгла, която блокира повърхността на Титан от поглед.

Експерименти на Земята показват, че толините, когато се комбинират с течна вода, могат да образуват аминокиселини, които след това могат да образуват протеини - градивните елементи на самия живот. Докато Титан е твърде студен, за да има течна вода за дълго време на повърхността си, ако има вулкани, те биха могли да изхвърлят вода върху повърхността на Титан от течната мантия под повърхността. Това може да остане течно достатъчно дълго, за да се образуват сложни органични молекули. Надеждата е, че тези условия могат да превърнат Титан в лаборатория с размерите на планета, в която може да изучаваме процесите, чрез които животът може да е започнал на нашата планета.