15 октября 1997 года была запущена автоматическая межпланетная станция «Кассини — Гюйгенс», предназначенная для исследования Сатурна, его колец и спутников. Комплекс состоял из орбитальной станции «Кассини» и спускаемого аппарата «Гюйгенс», который в 2005 году сел на поверхность спутника Титан и стал первым объектом, приземлившимся во внешней Солнечной системе.
«Кассини — Гюйгенс» был крупнейшим межпланетным комплексом из всех успешно запущенных в космос: два аппарата вместе с топливом и разгонным блоком в общей сложности весили 5600 кг. Эту сложную миссию готовили с 1982 года: в создании аппаратов участвовали 19 стран и три космических агентства — NASA, ESA и Итальянское космическое агентство. Ученые планировали получить информацию об атмосфере Титана и Сатурна, магнитосфере газового гиганта, геологии его спутников и составе его колец. Аппарат «Кассини» нес 12 научных приборов: среди них радар для построения подробных карт поверхности спутников, несколько различных спектрометров для исследования космической плазмы, удаленных измерений температуры, изучения состава микрочастиц, анализатор космической пыли, магнитосферная камера и магнитометр. Зонд «Гюйгенс» был оснащен прибором для определения структуры атмосферы Титана, инструментами для исследования поверхности, газовым хроматографом и масс-спектрометром, спектральным радиометром и доплеровским измерителем ветра (Doppler Wind Experiment), предназначенным для изучения движения в атмосфере Титана.
Путешествие к Сатурну продлилось больше шести лет. «Кассини» сделал гравитационные маневры вблизи Венеры (дважды), Земли и Юпитера. Оказавшись возле Юпитера, зонд в течение шести месяцев проводил научные измерения и отправил на Землю 26 тысяч фотографий газового гиганта и его спутников. Одним из главных открытий на Юпитере стал состав колец планеты: выяснилось, что они имеют неправильную форму и, вероятно, состоят из пыли микрометеоритов. В 2004 году станция достигла Сатурна и приступила к облетам его многочисленных спутников.
Эта миссия подарила ученым много невероятных открытий. Посадка зонда «Гюйгенс» на поверхность Титана, единственного известного нам спутника, обладающего плотной атмосферой, — пока единственный успешный пример посадки аппарата на поверхность тела во внешней Солнечной системе. Предполагалось, что Титан может быть покрыт метановым океаном, поэтому «Гюйгенс» был готов и к приводнению, и к посадке на твердую поверхность. Зонд изучил состав атмосферы, измерил скорость ветров, сфотографировал поверхность и записал звуки, окружавшие его при спуске.
В целом Титан удивительно похож на ту Землю, что была до того, как на ней появилась жизнь. Его поверхность покрыта озерами и морями из жидкого метана и аммиака, испещрена эрозионными и дренажными каналами, а в небе парят метановые облака, благодаря которым на Титане идет дождь. В атмосфере Титана «Гюйгенс» обнаружил признаки сложных углеводородов, в их числе бензол.
Другое удивительное открытие «Кассини» — гейзеры на Энцеладе. Сначала ученые думали, что это невозможно, ведь спутники находятся слишком далеко от Солнца. Но аппарат увидел, что из разломов на ледяной поверхности спутника бьет вода. Похоже, под поверхностью спутника находится не изолированный резервуар, а целый водный океан. В 2015 году «Кассини» пролетел сквозь водные шлейфы всего в 49 километрах от поверхности спутника и зафиксировал в них водород, метан и углекислый газ. Наличие этих веществ косвенно указывает на возможность жизни на Энцеладе. В 2018 году ученые заявили об обнаружении сложных органических макромолекул в собранных «Кассини» образцах из струйного шлейфа Энцелада.
Также «Кассини» удалось обнаружить мелкие «пастушьи» спутники Сатурна, которые взаимодействуют с кольцами планеты. Обнаруженные в 2019 году при помощи наземных наблюдений 20 обычных спутников делают этот газовый гигант рекордсменом, опережающим Юпитер по размерам свиты: 82 спутника против 79.
На северном полюсе Сатурна «Кассини» сфотографировал гигантский шестиугольный вихрь. Этот атмосферный феномен заметили еще «Вояджеры», но из-за низкого качества фотографий серьезного изучения шестиугольника не последовало. Кадры, сделанные «Кассини», позволяли рассмотреть внутреннюю структуру «гигантского гексагона» и возродили интерес к этому явлению, которое, по-видимому, является устойчивым. Запечатлеть шестиугольник в видимом диапазоне зонд смог только после равноденствия, наступившего в августе 2009 года. За 13 лет пребывания у Сатурна «Кассини» удалось проследить смену сезонов на газовом гиганте — от зимы до лета. За это время шестиугольник постепенно изменил цвет, что свидетельствует о химических реакциях, связанных с изменением количества солнечного света. Со сменой сезонов могут быть связаны и странные вертикальные структуры на краях колец Сатурна, напоминающие спицы в колесе. Впервые их обнаружили еще в 1977 году при помощи наземных наблюдений, затем их существование подтвердили «Вояджеры». Наблюдения «Кассини» позволили предположить сезонность этого явления.
Изначально «Кассини» должен был провести у Сатурна всего три года, но последующие открытия стали поводом к продлению миссии еще на 10 лет. Последние четыре месяца его жизни прозвали «великим финалом» (Grand Finale). 15 сентября 2017 года «Кассини» вошел в атмосферу Сатурна, непрерывно передавая данные о ее составе и фотографии, и вскоре затих навсегда. Но это не означает, что «Кассини» больше не приносит пользы науке: ученые до сих пор анализируют огромные массивы данных, переданных аппаратом на Землю, и получают все новую и новую информацию о системе Сатурна.
Например, одной из загадок, так и не разрешенных в период активной работы «Кассини», была точная длина светового дня на Сатурне. Долгие десятилетия ученые не могли измерить ее при помощи визуальных методов, так как четких ориентиров в атмосфере газового гиганта нет. Поэтому они надеялись определить это при помощи изменений в магнитном поле планеты, которые наблюдаются при отклонении между осью вращения и осью магнитного полюса. Но наблюдения, сделанные незадолго до финала миссии, показали, что это отклонение незначительное. Во время вхождения в атмосферу Сатурна «Кассини» должен был точнее определить наклон полюса магнитного поля. Но вычислить длину светового дня удалось иным способом: ученые проанализировали возмущения в кольцах Сатурна, которые вызываются вращением планеты. Эти измерения также проводил «Кассини». Итак, длина светового дня на Сатурне — 10 часов 33 минуты 38 секунд. И это далеко не последнее открытие, которое «Кассини» может подарить человечеству.
Физик Мишель Доэрти о поисках воды на спутниках Сатурна
Астрофизик Валерий Шематович о сходстве Земли и Титана
Астрофизик Валерий Шематович об Энцеладе — ледяном спутнике Сатурна
