«Техника-молодежи» 1981 №6, с.48-50

ЗАГАДОЧНЫЙ МИР САТУРНА

В начале нашего века, когда оптическая астрономия приблизилась к своему принципиально достижимому «потолку», многие ученые считали, что тайны планет никогда не будут раскрыты. Но К. Э. Циолковский еще в 1912 году уверенно предсказал, что «с момента применения реактивных приборов начнется новая, великая эра в астрономии — эпоха более пристального изучения неба». Эта эпоха продолжается уже почти четверть века, и почти каждый ее год приносит нам все более поразительные открытия в области планетной астрономии. Вслед за искусственными спутниками Земли, многие из которых тоже ведут астрономические исследования, стартовали автоматические межпланетные станции (АМС) серий «Луна» и «Пионер» для разведки межпланетного пространства. А 12 февраля 1961 года, за два месяца до легендарного полета Юрия Гагарина, отправилась в дальний путь первая АМС, предназначенная для исследования иной планеты — советская «Венера-1». Не сразу пришел успех к создателям автоматических «планетолетов», но они не отступали. Новые, все более совершенные «Венеры», «Маринеры», «Марсы» и «Пионеры» с каждым разом точнее выходили на цель, надежнее выдерживали труднейшие условия космического полета, передавали на Землю все больше информации. Полученные космическими аппаратами сведения не только в сотни и тысячи раз расширили наши знания о Венере, Марсе, Меркурии, Юпитере, спутниках планет, но во многом просто перевернули основу извечных представлений об этих небесных телах.

Настала и очередь Сатурна. Американский космический зонд «Вояжер-1» пронесся мимо него и крупным планом показал нам его холодный, но кипучий мир.

«Вояжер-1» стал тридцатой земной АМС, успешно запущенной к другой планете. Он стартовал 6 сентября 1977 года, а 9 июля 1979 года прошел вблизи Юпитера (см. «ТМ» № 8 за 1979 год). После этого реактивный двигатель аппарата скорректировал его траекторию так, что мощное гравитационное поле Юпитера как бы выстрелило им в сторону Сатурна. (Напомним, что такой навигационный маневр, позволяющий резко сократить расход топлива и время перелета, был впервые предложен в 20-е годы Ф. Цандером.)

12 ноября 1980 года «Вояжер-1» со скоростью 25 км/с пролетел всего на расстоянии 124 200 км от границ облачного слоя Сатурна, причем дважды пересек плоскость его знаменитых колец. Почти все бортовые приборы работали нормально, и радиостанция АМС передала на Землю много ценной информации, в том числе 18 000 фототелевизионных снимков, наиболее характерные и интересные из которых мы воспроизводим.

Уже с расстояния 34 млн. км кольца Сатурна, диаметр ясно видимой части которых составляет 280 тыс. км, заняли весь кадр (1 — с, б, в), а затем вышли за его границы. Со времени их открытия Галилеем (они представились великому ученому «двумя ушами», наподобие Чебурашкиных) и правильного объяснения их принципиальной природы Гюйгенсом кольца Сатурна считались уникальным образованием, пока в 1960 году советский астроном С. К. Всехсвятский теоретически не обосновал наличие подобных колец у других планет-гигантов, что вскоре полностью подтвердили наблюдения. Тайна колец Сатурна всегда интересовала астрономов, механиков и математиков; ведь их в отличие от иллюзорных марсианских «каналов» можно самым серьезным образом «поверить алгеброй». Теоретическому анализу колец Сатурна посвящены классические труды Лапласа, Максвелла, Ковалевской, работы многих современных ученых.

Каких только гипотез не выдвигалось об их происхождении! Самую оригинальную высказал К. Э. Циолковский: он считал, что кольца Сатурна, «может быть, тоже живые, иначе трудно, почти невозможно объяснить их существование; если бы не что-то разумное, управляющее ими, кольца должны бы образовать для Сатурна луну». А теперь ученым вновь предстоит строить гипотезы, потому что результаты, полученные «Вояжером-1», не укладываются в рамках прежних теорий.

Когда-то считалось, что Сатурн окружен тремя кольцами, равномерно заполненными ледяными частицами. В последние годы их насчитывалось уже шесть. Но главный сюрприз, преподнесенный «Вояжером», был связан отнюдь не с их количеством. Телекамеры АМС «увидели» в кольцах темные, радиальные, напоминающие спицы образования, простирающиеся на тысячи км (2). «Спицы» постоянно меняли свой вид, причем, хотя их внешние «концы» вращались вокруг планеты медленнее, чем внутренние, это не приводило к быстрому разрушению «спиц»: некоторые из них наблюдались по 2— 3 часа.

По мере приближения АМС к Сатурну структура кольца оказывалась все более сложной. Каждое распадалось на множество узких «обручей», и общая картина напоминала круги на воде. Новые кольца количеством более тысячи обнаруживались не только в старых, но и в щелях между ними, а также в просвете между их нижним краем и облачным слоем планеты (3 — а, б, в). Приборы отметили присутствие веществ колец в 500 тыс. км от Сатурна.

Измерения показали, что кольца состоят из образований размером от нескольких микрон до 1 км. В среднем на один объект поперечника в 9-12 м приходится около тысячи метровых глыб и миллионы более мелких частиц.

Структура системы колец в основном концентрическая, однако попадаются кольца с заметным эксцентриситетом и переменной шириной (от 26 до 80 км), а также кольца, сплетающиеся в жгут из нескольких прядей (4). Этого никто из ученых не ожидал увидеть.

Сам Сатурн с большого расстояния выглядит желтоватой, сильно сплюснутой сферой, на которой не видно почти никаких деталей. Но по мере приближения обнаруживаются завихренные полосы, пятна н ореолы коричневого, желтовато-коричневого, желтого и оранжевого цвета (5), очень напоминающие атмосферные образования на Юпитере. Различимы и многочисленные мелкие вихреподобные структуры, два коричневатых овальных образования, протянувшихся на 10 тыс. км, и даже свое «красное пятно» с поперечником 1250 км. По-видимому, перемещение атмосферных масс происходит в четыре раза быстрее, чем на Юпитере.

На большинстве снимков планеты и колец присутствуют спутники Сатурна, которых теперь уже известно 16. Многие удалось рассмотреть подробно. К сожалению, на Титане — единственном спутнике, окруженном плотной атмосферой, увидеть новых деталей не удалось (6). Именно атмосфера, насыщенная смогом, и помешала. Проведенные «Вояжером» измерения лишили Титан звания крупнейшего спутника в солнечной системе. Его диаметр оказался равным только 4940 км, и в результате первенство перешло к самому большому спутнику Юпитера Ганимеду, диаметр которого 5085 км.

Поверхность Реи (7) оказалась сплошь изрытой кратерами, как и поверхность Дионы (8). На Мимасе (9) открыт кратер, по-видимому, самое высокое кольцеобразное образование в солнечной системе: его стенки вздымаются на 9 км. Противоположное полушарие спутника с севера на юг пересекает огромный каньон, вероятно, образованный тем же ударом, что и кратер. Примерно такую же поверхностную структуру имеет Тефия (10). Основание одной из ее гор занимает площадь порядка 10 тыс. кв. км — более двух процентов всей поверхности спутника.

Полученными «Вояжером-1» данными еще долго будут заниматься ученые, а к планете уже приближается «Вояжер-2», на долю которого тоже, вероятно, придется немало открытий. Пролетев в августе вблизи Сатурна, он отправится к Урану и Нептуну.