Подготовка к полету началась в 1982 году, когда в США была организована рабочая группа под руководством профессора астрономии Тобиаса Оуэна. Автоматическую межпланетную станцию «Кассини» (Cassini) спроектировали и построили в Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института , а один из важнейших приборов — радар для съемки Титана — предоставило Итальянское космическое агентство. На борту этой станции к Сатурну отправился посадочный аппарат «Гюйгенс» (Huygens), над которым потрудились ученые нескольких европейских стран. На подготовку к старту ушло 15 лет, еще 7 лет занял перелет. Наконец, в середине 2004 года станция стала первым искусственным спутником Сатурна, а полгода спустя отделившийся от нее зонд «Гюйгенс» достиг поверхности Титана.
За разработку «Гюйгенса» и выполненные с его помощью исследования профессор Оуэн и двое его коллег из Нидерландов и Франции получили в 2006 году Гран-при имени Марселя Дассо (авиаконструктора, создавшего самолеты «Мираж»). Эту награду за достижения в сфере аэронавтики и астронавтики ежегодно вручает Французская академия наук, в создание которой внесли свой вклад первооткрыватели спутников Сатурна.
Итак, спустя три с лишним века имена двух выдающихся ученых, «которым король платил жалованье в обсерватории», вновь оказались связаны с изучением системы Сатурна, став названиями космических роботов. Имя же короля не прижилось на небесной карте — «его» спутники долгое время обозначали просто номерами, а в середине XIX века по предложению английского астронома Джона Гершеля им дали названия из античной мифологии, связанные с титаном Кроносом (Сатурном) — имена титанов и гигантов. Первый по порядку открытия спутник стал называться Титан, а бывшие «Звезды Людовика» — Япет, Рея, Тефия и Диона.
Панорама Титана с высоты 10 км, полученная зондом «Гюйгенс». Внизу: разветвленные русла сезонных рек, стекающих к темной низменности, где возникает метановое море. Фото: ESA/NASA (2)
Моря водные и безводные
Единственной планетой, на поверхности которой имеется жидкость, до недавнего времени считалась Земля, где вода покрывает более 70% всей площади. Иногда даже шутят, что нашу планету следовало бы назвать Океан. Есть на поверхности Земли и другие природные жидкости, но они занимают гораздо меньшую площадь. Прежде всего это «жидкий камень» — лава, вытекающая из вулканов. Крупнейший из действующих лавовых потоков, направяющийся прямо в Тихий океан из кратера Килауэа на острове Гавайи, достигает 10 километров в длину, что ничтожно для планеты в целом. И уж совсем малы лужицы нефти, кое-где сочащейся из недр. Наличию жидкой воды способствует температура, присущая нашей планете, — в среднем +15 °С. Благодаря удачному расположению — не слишком близко от Солнца, но и не слишком далеко — Земля не раскалилась, как Венера, и не замерзла, как Марс. Вода сделала нашу планету оазисом жизни. Живые организмы, зародившись в океане, потом заселили сушу. Этому немало помогла Луна, вызывая приливы и отливы в океанах. Ежедневно осушаемая полоса послужила плацдармом для выхода на сушу древних морских организмов. На самой Луне моря тоже есть, однако в них нет ни капли воды. Они представляют собой равнины, покрытые черной базальтовой лавой, изверженной в далеком прошлом из лунных недр. Лишь по давней астрономической традиции эти темные области называют морями, хотя в действительности это каменистая пустыня. В прошлые века астрономы полагали, что ровные темные участки Луны покрыты жидкостью. Но попытки разглядеть в телескопы солнечный блик на водной поверхности оставались безуспешными. И уже Галилей высказывал предположение, что темные области — это сухие низменности. С появлением более мощных телескопов стало ясно, что лунные моря это действительно суша с небольшими горами и кратерами. Именно такой изобразил поверхность Луны французский астроном Кассини в 1680 году на своей подробнейшей карте, которую удалось превзойти по детальности лишь 100 лет спустя. Так безуспешно завершились первые попытки найти воду вне Земли.
Оранжевая слякоть у черных дюн
День 14 января 2005 года принес тревожное ожидание профессору Гавайского университета Тобиасу Оуэну — спустя 23 года после начала работы над проектом автоматическая станция «Гюйгенс» достигла цели и в течение двух с половиной часов медленно снижалась на парашюте, проводя измерения характеристик атмосферы Титана. Полет напоминал головокружительный аттракцион, поскольку ветер постоянно крутил из стороны в сторону парашют с висевшим под ним зондом, похожим на летающую тарелку диаметром 1,3 метра и массой 318 килограммов.
Многократные измерения во время спуска показали, что в атмосфере Титана 98,4% азота (N sub 2 /sub ) и 1,6% метана (CH sub 4 /sub ), а вблизи поверхности метана становится 5%. В незначительных количествах присутствуют и другие газы, главным образом углеводородные — этан, пропан, ацетилен (C sub 2 /sub H sub 6 /sub , C sub 3 /sub H sub 8 /sub , C sub 2 /sub H sub 2 /sub ). Наконец днище станции мягко коснулось неведомой поверхности, и установленный на ее борту микрофон зафиксировал странный звук — это был не глухой удар о твердую породу и не всплеск, как на жидкой поверхности, а нечто среднее между ними, похожее на шлепок. Звук этот свидетельствовал, что аппарат упал на грунт, сильно насыщенный жидкостью, почти в грязь. Это стало первым совпадением с описанием предполагаемых особенностей природы Титана, которое Оуэн сделал в учебнике планетологии еще 20 лет назад на основании скудных данных, полученных по наблюдениям с Земли и с межпланетных станций «Вояджер». В признание заслуг Тобиаса Оуэна коллеги из Международного астрономического союза сделали ему оригинальный подарок, присвоив одному из светлых участков на Титане имя Оаху — по названию острова, где находится Гавайский университет.
Дневная освещенность на Титане, расположенном в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля, примерно такая же, как у нас в послезакатных сумерках. Но этого хватило, чтобы телекамеры разглядели пейзаж неведомого мира. Под оранжевым небом на рыжевато-серой «земле» сквозь дымку розового тумана проступали очертания разбросанных по равнине округлых камней, похожих на крупную гальку — поперечник наибольшего из них достигал 15 сантиметров. Обычно камни получают такие сглаженные очертания при длительном перекатывании в потоке. Выяснилось, что эти валуны состоят из водного льда, который при сильном холоде — а на поверхности Титана –180° С — приобретает буквально каменную твердость. Жидкостью же, насыщающей грунт, оказался метан — тот самый природный газ, который горит под кастрюлями на кухне. Только вот на Титане из-за холода метан сгустился до жидкого состояния.
На снимках, сделанных бортовыми телекамерами космического зонда во время парашютного спуска, хорошо видно, что аппарат совершил посадку на равнинном участке, покрытом темными грядами очень длинных дюн, вытянутых по направлению постоянных ветров — с запада на восток. Первоначально была выдвинута гипотеза, что они состоят из «ледяного песка». Проверить ее смогли лишь в мае 2008 года, когда дистанционными методами со станции «Кассини» удалось исследовать химический состав дюн. Выяснилось, что содержание водного льда в них — наименьшее среди всех форм рельефа на Титане. Теперь наиболее вероятным считается, что частички, слагающие эти гигантские песчаные гряды протяженностью в сотни и тысячи километров, состоят из слипшихся в комочки мелких капелек углеводородного состава.
В атмосфере Титана под воздействием солнечного ультрафиолета после серии химических преобразований из метана, других углеводородных соединений и азота формируются довольно крупные молекулы. Это органическое вещество, которое в концентрированном виде сходно с темной смолой или дегтем, беспрерывно осаждается на Титан в виде аэрозольной мороси, напоминая отчасти густой смог — смесь дыма с туманом у нас на Земле. По расчетам, за тысячу лет накапливается коричневато-оранжевый слой таких отложений миллиметровой толщины, за миллион лет набирается метр. Однако слой этот расположен по Титану неравномерно, поскольку еще один вид атмосферных осадков — дождь, идущий время от времени из метановых облаков — смывает накапливающуюся органику с возвышенностей, оставляя их ледяные массивы светлыми. В низменностях слой органической грязи состоит и из того, что осело туда в аэрозольном виде, и что принесено потоками с высоких участков. Поэтому местность здесь темнее, а постоянные ветры формируют длинные гряды почти черных дюн.
Промоины и овраги на склоне крупного марсианского кратера говорят о периодическом истечении жидкой воды из подтаивающего слоя вечной мерзлоты. Справа: древнее речное русло на Марсе. Фото: NASA (слева), SPL/EAST NEWS (справа)
