wszechświat
Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-06-12
Zdobywca pierścieni

(Na zdjęciu: Masa Cassiniego, w chwili gdy wyruszał ku Saturnowi, znacznie przekraczała 5 t, z czego ponad połowę stanowiło paliwo. To dzięki niemu próbnik krąży po układzie Saturna, często zmieniając swój tor i odwiedzając kolejne księżyce giganta)

Zbadała saturnowe wnętrze, pierścienie i księżyce, przetestowała teorię względności. Krążąca po układzie Saturna sonda Cassini obchodziła niedawno swoje dziesięciolecie.

Nowo projektowane sondy NASA mają być lekkie, wydajne i tanie. Coraz mniej przypominają dawne superciężkie kolosy, na których opracowanie nie szczędzono wielu lat pracy i miliardów dolarów. 15 października 1997 roku rozpoczęła się ostatnia z wielkich misji gigantów - w drogę wyruszyła ponaddwutonowa sonda Cassini. Choć koszt jej budowy prawie czterokrotnie przekroczył cenę, którą zapłacono za wysłanie na Marsa robotów Spirit i Opportunity, i był aż pięciokrotnie wyższy od kosztów zdążającego ku Plutonowi statku New Horizons, pieniędzy nie zmarnowano. Wyniki Cassiniego nie tylko dostarczają nam zaskakujących informacji o Saturnie i jego księżycach, ale dają także nadzieję na lepsze poznanie wczesnej historii Układu Słonecznego, a nawet na przyjrzenie się kuzynowi bardzo młodej Ziemi.

Celem misji Cassini był układ Saturna. Aby zaoszczędzić paliwo, statek dwukrotnie rozpędzał się w polu grawitacyjnym Ziemi, a raz wykorzystał w tym celu Wenus i Jowisza. Po siedmioletniej podróży nadszedł najbardziej ryzykowny moment całej misji: sonda przeszła przez przerwę pomiędzy pierścieniami F i G i 1 lipca 2004 roku, jako pierwszy ziemski statek, weszła na orbitę wokół Saturna. Ten trudny manewr musiał być wykonany bez jakiegokolwiek wsparcia z Ziemi, ponieważ czas wymiany sygnałów między Saturnem a Ziemią znacznie przekracza dwie godziny, niemożliwe jest więc zdalne sterowanie. Kilka miesięcy później, 25 grudnia, od Cassiniego oddzielił się europejski lądownik Huygens, który w styczniu 2005 roku wylądował na powierzchni największego księżyca Saturna, Tytana.

Od ponad trzech i pół roku Cassini bada drugą co do wielkości planetę naszego układu oraz jej niezwykłe pierścienie. Co chwilę odwiedza także saturnowe księżyce; cztery z nich (Methone, Pallene, Polydeucesa i Daphnis) sam zresztą odkrył. Planowana początkowo na cztery lata misja z pewnością zostanie przedłużona, ale już dotychczasowe odkrycia Cassiniego pozwalają nam spojrzeć na otoczenie Saturna w nowy sposób. Do najważniejszych wyników misji należą niewątpliwie obserwacje Tytana.

Księżyc deszczu i mórz

Tytan, drugi satelita pod względem wielkości w Układzie Słonecznym (po jowiszowym Ganimedesie), od dawna przyciągał uwagę badaczy obecnością gęstej atmosfery. Ciśnienie atmosferyczne na jego powierzchni jest aż półtorakrotnie większe od ziemskiego. Skład otaczających Tytana gazów - wśród których znajdujemy przede wszystkim azot, ale też wyraźną domieszkę argonu oraz metanu i innych węglowodorów - przypomina hipotetyczny skład atmosfery młodej Ziemi, sprzed około 4 mld lat. Jakie procesy zachodzą w tytanicznej atmosferze i na jego powierzchni?

Odpowiedź jest trudna, bo cały księżyc otacza ciemnopomarańczowa mgła, do obserwacji jego powierzchni nie wystarcza więc zwykły teleskop. Część tajemnic udało się odkryć dzięki lądownikowi Huygens. Właściwa misja tego próbnika trwała krótko: jej celem było wykonanie zdjęć powierzchni księżyca z możliwie niewielkiej odległości, określenie dokładnego składu tytanowej atmosfery na różnych wysokościach, zbadanie jej temperatury i wiejących w niej wiatrów, a po wylądowaniu przeprowadzenie krótkich badań powierzchni. Wszystkie te zadania udało się wykonać zgodnie z planem. Zdjęcia wykonane na krótko przed uderzeniem o grunt pokazują, że Huygens wylądował zapewne na skraju zbiornika cieczy, ku któremu prowadzą struktury przypominające kanały odpływowe. Potwierdziło to hipotezę, zgodnie z którą na powierzchni Tytana miały się znajdować jeziora albo nawet morza. W panującej na Tytanie temperaturze -180 oC są one zapewne wypełnione skroplonym metanem i etanem.

Dalszych danych o Tytanie dostarczyły obserwacje radarowe samej sondy Cassini. Niedawne zdjęcia, wykonane w czasie październikowego przelotu, przedstawiają węglowodorowe jeziora i morza na północnym biegunie Tytana. Potwierdzono też, że jeziora znajdują się również w pobliżu jego południowego bieguna. Największe z jezior na północnej półkuli księżyca ma powierzchnię około 100 tys. km2, a więc zaledwie czterokrotnie mniejszą od Bałtyku. Dzięki radarowym obserwacjom Cassiniego powstały już radarowe mapy około 60% biegunowych okolic Tytana, na których aż 14% zajmują jeziora. Za ich powstanie jest odpowiedzialny zapewne wulkanizm lub zjawiska krasowe, w których trakcie skały i lód są rozpuszczane w pokrywających Tytana cieczach. Dziś na północnej półkuli księżyca panuje długa, trwająca aż 7,5 roku zima. Metanowo-etanowe deszcze wypełniają morza i jeziora, rzeźbią rzeki i kanały. Trwające już kilka lat obserwacje Cassiniego umożliwiają obserwacje długookresowych zmian, które zachodzą w atmosferze i na powierzchni Tytana - globu, który pod pewnymi względami jest najbardziej podobnym do Ziemi ciałem Układu Słonecznego.

Wirujący gigant

olejną wielką zagadką, którą rozwiązuje dziś Cassini, jest prawdziwe tempo obrotu Saturna. Znajomość okresu obrotu planety jest niezbędna do zrozumienia zjawisk zachodzących w jej atmosferze oraz ustalenia rozkładu materii we wnętrzu. Zmierzyć go nie jest łatwo, ponieważ gigantyczną planetę szczelnie okrywa gruba warstwa chmur. Badacze od dawna poszukiwali więc oznak aktywności Saturna ściśle związanych z jego wnętrzem, ale widocznych ponad zasłoną obłoków. Jak się okazało, najbardziej obiecującą z takich cech jest emisja radiowa, wywołana przez naładowane cząstki uwięzione w polu magnetycznym giganta. Pole to powstaje przede wszystkim wewnątrz planety, a więc zmiany emisji radiowej mogą ujawnić okres rotacji Saturna. Taką metodą udało się niegdyś ustalić okres obrotu Jowisza.

W latach 80. XX wieku dzięki obserwacjom Voyagerów ustalono również okres obrotu Saturna: na 10 h 39 min 24 s. Jednak gdy po 15 latach pomiary powtórzyła sonda Ulysses, wynik był inny. Zgodnie z najnowszymi pomiarami Cassiniego jest to 10 h 45 min 45 s. Oczywiście w ciągu niespełna 30 lat Saturn nie mógł zwolnić obrotu aż o sześć minut, raczej coś musi zakłócać jego emisję radiową. Podejrzenia kierują się dziś ku oddziaływaniu cząstek z magnetosfery Saturna ze zmiennym wiatrem słonecznym oraz cząstkami wyrzucanymi przez pobliski księżyc, Enceladus.

Pierścienie sprzed eonów?

Otaczające Saturna niezwykłe, jasne obręcze poruszały wyobraźnię obserwatorów już od momentu ich odkrycia. Początkowo wydawało się, że najdalszą ze znanych starożytnym planet otacza jednorodny dysk. Wkrótce dostrzeżono w nim jednak przerwy, dzielące go na pierścienie. Pomimo upływu lat astronomów wciąż zdumiewa ich budowa: choć rozciągają się na odległość 140 tys. kilometrów od planety, ich grubość w niektórych miejscach wynosi zaledwie kilkadziesiąt metrów. Kiedy w okolice Saturna dotarły pierwsze sondy kosmiczne - Pioneer 11, a później Voyager 1 i 2 - przesłały zdjęcia, dzięki którym wiemy, że największej, mierzącej 4700 km szerokości przerwie odkrytej przez Giovanniego Cassiniego (od jego nazwiska pochodzi nazwa misji) towarzyszy cały układ mniejszych przerw w pierścieniach. Saturna otacza więc zespół koncentrycznych, wąskich pierścieni, zbudowanych ze skalno-lodowych odłamków o rozmiarach nie większych od kilkudziesięciu, a wyjątkowo kilkuset metrów.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 02/2008 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
07/2020
06/2020
Kalendarium
Lipiec
11
W 1901 r. Luigi Carnera odkrył planetoidę Roma.
Warto przeczytać
Fizyka kwantowa jest dziwna. Reguły świata kwantowego, według których działa świat na poziomie atomów i cząstek subatomowych, nie są tymi samymi regułami, które obowiązują w dobrze znanym nam świecie codziennych doświadczeń - regułami, które kojarzymy ze zdrowym rozsądkiem.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-06-12
Zdobywca pierścieni

(Na zdjęciu: Masa Cassiniego, w chwili gdy wyruszał ku Saturnowi, znacznie przekraczała 5 t, z czego ponad połowę stanowiło paliwo. To dzięki niemu próbnik krąży po układzie Saturna, często zmieniając swój tor i odwiedzając kolejne księżyce giganta)

Zbadała saturnowe wnętrze, pierścienie i księżyce, przetestowała teorię względności. Krążąca po układzie Saturna sonda Cassini obchodziła niedawno swoje dziesięciolecie.

Nowo projektowane sondy NASA mają być lekkie, wydajne i tanie. Coraz mniej przypominają dawne superciężkie kolosy, na których opracowanie nie szczędzono wielu lat pracy i miliardów dolarów. 15 października 1997 roku rozpoczęła się ostatnia z wielkich misji gigantów - w drogę wyruszyła ponaddwutonowa sonda Cassini. Choć koszt jej budowy prawie czterokrotnie przekroczył cenę, którą zapłacono za wysłanie na Marsa robotów Spirit i Opportunity, i był aż pięciokrotnie wyższy od kosztów zdążającego ku Plutonowi statku New Horizons, pieniędzy nie zmarnowano. Wyniki Cassiniego nie tylko dostarczają nam zaskakujących informacji o Saturnie i jego księżycach, ale dają także nadzieję na lepsze poznanie wczesnej historii Układu Słonecznego, a nawet na przyjrzenie się kuzynowi bardzo młodej Ziemi.

Celem misji Cassini był układ Saturna. Aby zaoszczędzić paliwo, statek dwukrotnie rozpędzał się w polu grawitacyjnym Ziemi, a raz wykorzystał w tym celu Wenus i Jowisza. Po siedmioletniej podróży nadszedł najbardziej ryzykowny moment całej misji: sonda przeszła przez przerwę pomiędzy pierścieniami F i G i 1 lipca 2004 roku, jako pierwszy ziemski statek, weszła na orbitę wokół Saturna. Ten trudny manewr musiał być wykonany bez jakiegokolwiek wsparcia z Ziemi, ponieważ czas wymiany sygnałów między Saturnem a Ziemią znacznie przekracza dwie godziny, niemożliwe jest więc zdalne sterowanie. Kilka miesięcy później, 25 grudnia, od Cassiniego oddzielił się europejski lądownik Huygens, który w styczniu 2005 roku wylądował na powierzchni największego księżyca Saturna, Tytana.

Od ponad trzech i pół roku Cassini bada drugą co do wielkości planetę naszego układu oraz jej niezwykłe pierścienie. Co chwilę odwiedza także saturnowe księżyce; cztery z nich (Methone, Pallene, Polydeucesa i Daphnis) sam zresztą odkrył. Planowana początkowo na cztery lata misja z pewnością zostanie przedłużona, ale już dotychczasowe odkrycia Cassiniego pozwalają nam spojrzeć na otoczenie Saturna w nowy sposób. Do najważniejszych wyników misji należą niewątpliwie obserwacje Tytana.

Księżyc deszczu i mórz

Tytan, drugi satelita pod względem wielkości w Układzie Słonecznym (po jowiszowym Ganimedesie), od dawna przyciągał uwagę badaczy obecnością gęstej atmosfery. Ciśnienie atmosferyczne na jego powierzchni jest aż półtorakrotnie większe od ziemskiego. Skład otaczających Tytana gazów - wśród których znajdujemy przede wszystkim azot, ale też wyraźną domieszkę argonu oraz metanu i innych węglowodorów - przypomina hipotetyczny skład atmosfery młodej Ziemi, sprzed około 4 mld lat. Jakie procesy zachodzą w tytanicznej atmosferze i na jego powierzchni?

Odpowiedź jest trudna, bo cały księżyc otacza ciemnopomarańczowa mgła, do obserwacji jego powierzchni nie wystarcza więc zwykły teleskop. Część tajemnic udało się odkryć dzięki lądownikowi Huygens. Właściwa misja tego próbnika trwała krótko: jej celem było wykonanie zdjęć powierzchni księżyca z możliwie niewielkiej odległości, określenie dokładnego składu tytanowej atmosfery na różnych wysokościach, zbadanie jej temperatury i wiejących w niej wiatrów, a po wylądowaniu przeprowadzenie krótkich badań powierzchni. Wszystkie te zadania udało się wykonać zgodnie z planem. Zdjęcia wykonane na krótko przed uderzeniem o grunt pokazują, że Huygens wylądował zapewne na skraju zbiornika cieczy, ku któremu prowadzą struktury przypominające kanały odpływowe. Potwierdziło to hipotezę, zgodnie z którą na powierzchni Tytana miały się znajdować jeziora albo nawet morza. W panującej na Tytanie temperaturze -180 oC są one zapewne wypełnione skroplonym metanem i etanem.

Dalszych danych o Tytanie dostarczyły obserwacje radarowe samej sondy Cassini. Niedawne zdjęcia, wykonane w czasie październikowego przelotu, przedstawiają węglowodorowe jeziora i morza na północnym biegunie Tytana. Potwierdzono też, że jeziora znajdują się również w pobliżu jego południowego bieguna. Największe z jezior na północnej półkuli księżyca ma powierzchnię około 100 tys. km2, a więc zaledwie czterokrotnie mniejszą od Bałtyku. Dzięki radarowym obserwacjom Cassiniego powstały już radarowe mapy około 60% biegunowych okolic Tytana, na których aż 14% zajmują jeziora. Za ich powstanie jest odpowiedzialny zapewne wulkanizm lub zjawiska krasowe, w których trakcie skały i lód są rozpuszczane w pokrywających Tytana cieczach. Dziś na północnej półkuli księżyca panuje długa, trwająca aż 7,5 roku zima. Metanowo-etanowe deszcze wypełniają morza i jeziora, rzeźbią rzeki i kanały. Trwające już kilka lat obserwacje Cassiniego umożliwiają obserwacje długookresowych zmian, które zachodzą w atmosferze i na powierzchni Tytana - globu, który pod pewnymi względami jest najbardziej podobnym do Ziemi ciałem Układu Słonecznego.

Wirujący gigant

olejną wielką zagadką, którą rozwiązuje dziś Cassini, jest prawdziwe tempo obrotu Saturna. Znajomość okresu obrotu planety jest niezbędna do zrozumienia zjawisk zachodzących w jej atmosferze oraz ustalenia rozkładu materii we wnętrzu. Zmierzyć go nie jest łatwo, ponieważ gigantyczną planetę szczelnie okrywa gruba warstwa chmur. Badacze od dawna poszukiwali więc oznak aktywności Saturna ściśle związanych z jego wnętrzem, ale widocznych ponad zasłoną obłoków. Jak się okazało, najbardziej obiecującą z takich cech jest emisja radiowa, wywołana przez naładowane cząstki uwięzione w polu magnetycznym giganta. Pole to powstaje przede wszystkim wewnątrz planety, a więc zmiany emisji radiowej mogą ujawnić okres rotacji Saturna. Taką metodą udało się niegdyś ustalić okres obrotu Jowisza.

W latach 80. XX wieku dzięki obserwacjom Voyagerów ustalono również okres obrotu Saturna: na 10 h 39 min 24 s. Jednak gdy po 15 latach pomiary powtórzyła sonda Ulysses, wynik był inny. Zgodnie z najnowszymi pomiarami Cassiniego jest to 10 h 45 min 45 s. Oczywiście w ciągu niespełna 30 lat Saturn nie mógł zwolnić obrotu aż o sześć minut, raczej coś musi zakłócać jego emisję radiową. Podejrzenia kierują się dziś ku oddziaływaniu cząstek z magnetosfery Saturna ze zmiennym wiatrem słonecznym oraz cząstkami wyrzucanymi przez pobliski księżyc, Enceladus.

Pierścienie sprzed eonów?

Otaczające Saturna niezwykłe, jasne obręcze poruszały wyobraźnię obserwatorów już od momentu ich odkrycia. Początkowo wydawało się, że najdalszą ze znanych starożytnym planet otacza jednorodny dysk. Wkrótce dostrzeżono w nim jednak przerwy, dzielące go na pierścienie. Pomimo upływu lat astronomów wciąż zdumiewa ich budowa: choć rozciągają się na odległość 140 tys. kilometrów od planety, ich grubość w niektórych miejscach wynosi zaledwie kilkadziesiąt metrów. Kiedy w okolice Saturna dotarły pierwsze sondy kosmiczne - Pioneer 11, a później Voyager 1 i 2 - przesłały zdjęcia, dzięki którym wiemy, że największej, mierzącej 4700 km szerokości przerwie odkrytej przez Giovanniego Cassiniego (od jego nazwiska pochodzi nazwa misji) towarzyszy cały układ mniejszych przerw w pierścieniach. Saturna otacza więc zespół koncentrycznych, wąskich pierścieni, zbudowanych ze skalno-lodowych odłamków o rozmiarach nie większych od kilkudziesięciu, a wyjątkowo kilkuset metrów.