Зонд «Гю́йгенс» ( англ. Huygens probe ) создан Европейским космическим агентством и назван в честь голландского астронома XVII века Христиана Гюйгенса . Зонд был запущен 15 октября 1997 года в связке с космическим аппаратом « Кассини ». 25 декабря 2004 года зонд отделился от своего носителя и начал самостоятельное движение к Титану . 14 января 2005 года зонд «Гюйгенс» успешно вошёл в атмосферу Титана и совершил посадку на его поверхность в области, получившей название Ксанаду . Это была первая (и пока единственная) в истории мягкая посадка , совершённая во Внешней Солнечной системе . Зонд сел на твёрдую поверхность, хотя посадка в океане была также предусмотрена его конструкцией.

Цели

Всего «Гюйгенс» должен был выполнить пять основных задач :

1. Определить физические характеристики атмосферы Титана (плотность, давление, температура и так далее) в зависимости от высоты.
2. Измерить процентное соотношение составляющих атмосферы.
3. Исследовать химические и, в частности, фотохимические процессы в атмосфере, особенно в отношении органических молекул, а также формирование и состав аэрозолей.
4. Охарактеризовать метеорологию Титана, в частности, физику облаков, грозовые разряды и общую циркуляцию.
5. Исследовать физическое состояние, топографию и состав поверхности Титана.

Инструментарий

Для осуществления научных экспериментов зонд «Гюйгенс» был оснащён шестью инструментами:

• Инструмент «Гюйгенса» для определения атмосферной структуры ( Huygens Atmospheric Structure Instrument , HASI ) — измерение физических и электрических свойств атмосферы Титана;
• Доплеровский измеритель скорости и сноса ( Doppler Wind Experiment , DWE ) — изучение направления и силы ветров Титана;
• Формирователь изображений при спуске/спектральный радиометр ( Descent Imager/Spectral Radiometer , DISR ) — отображение спуска и исследование уровня освещённости;
• Газовый хроматограф / масс-спектрометр ( Gas Chromatograph/Mass Spectrometer , GC/MS ) — идентификация и измерение химического состава атмосферы Титана;
• Коллектор аэрозолей и пиролизёр ( Aerosol Collector and Pyrolyser , ACP ) — анализ атмосферных аэрозольных частиц;
• Пакет для научного исследования поверхности ( Surface-Science Package , SSP ) — определение свойств поверхности.

Спуск на Титан

Спуск на парашютах сквозь атмосферу Титана занял у «Гюйгенса» 2 часа 27 минут 50 секунд. Столкновение аппарата с поверхностью Титана происходило на скорости 16 км/ч (или 4,4 м/с ), при этом приборы испытали кратковременные перегрузки, в 15 раз превышающие ускорение свободного падения на Земле. Этот толчок вывел из строя один из сенсоров, однако несколько минут спустя его функционирование возобновилось. Работоспособность зонда превзошла самые оптимистичные ожидания. « Кассини » принимал сигналы «Гюйгенса» на этапе спуска в течение 147 минут 13 секунд и с поверхности — ещё 72 минуты 13 секунд до момента, когда орбитальный аппарат скрылся за горизонт. После этого сигналы зонда некоторое время принимались на радиотелескопе в Австралии , хотя и оказались слишком слабыми, чтобы использовать их в качестве канала передачи информации.

Сам «Гюйгенс» не отправлял информацию непосредственно на Землю. В его задачу входила передача данных «Кассини», который и осуществил дальнейшую её передачу на Землю, когда севший на Титан зонд остался в зоне, невидимой для передачи сигнала. Всего было передано более 500 мегабайт информации, в том числе порядка 350 изображений. Всего планировалось передать на Землю 700 фотографий, но из-за сбоя в компьютерной программе (предположительно, по причине ошибок при её разработке) половина изображений, переданных «Гюйгенсом», была утеряна.

Место посадки аппарата 14 марта 2007 года было решено назвать в честь (фр.) ( ) — одного из основателей Европейского космического агентства .

Результаты

Основные результаты

Поверхность Титана в месте посадки зонда «Гюйгенс». Единственное изображение с поверхности тела, находящегося дальше Марса.

То же изображение с повышенной контрастностью.

Во время спуска «Гюйгенс» отбирал пробы атмосферы. Скорость ветра при этом (на высоте от 9 до 16 км ) составила приблизительно 26 км/ч . С помощью внешнего микрофона удалось сделать этого ветра. Бортовые приборы обнаружили плотную метановую дымку (ярусы облаков) на высоте 18—19 км , где атмосферное давление составляло приблизительно 50 килопаскалей ( 5,1⋅10 ³ кгс/м² ), или 380 миллиметров ртутного столба. Внешняя температура в начале спуска составляла −202 °C, в то время как на поверхности Титана оказалась немного выше: −179 °C.

Согласно интерпретации данных с зонда «Гюйгенс», сделанной Тэцуо Токано из Кёльнского университета, верхняя часть облаков состоит из метанового льда, а нижняя — из жидких метана и азота .

Снимки, сделанные в ходе спуска, показали сложный рельеф со следами действия жидкости (руслами рек и резким контрастом между светлыми и тёмными участками — «береговой линией»). Однако тёмный участок, на который спустился «Гюйгенс», оказался твёрдым. На снимках, полученных с поверхности, видны камни округлой формы размером до 15 см , несущие следы воздействия жидкости ( галька ).

Изучение свойств грунта было осуществлено с помощью пенетрометра . Первоначально грунт интерпретировали как тонкую корку сравнительно однородной консистенции на более мягкой основе («крем-брюле»). Позже данные пенетрометра были пересмотрены: теперь считается, что при посадке он ударился о гальку, после чего погрузился в грунт, общая консистенция которого соответствует консистенции влажного песка или плотного снега. Зонд погрузился в грунт на глубину 10—15 см . При этом из грунта выделялся метан (его выбросы были зарегистрированы приборами зонда).

Неожиданности

1. Одной из первых неожиданностей стало существование на Титане второго, нижнего, слоя ионосферы, лежащего между 40 и 140 км (максимум электропроводности на высоте 70 км).
2. Жёлтая метановая дымка, которая так мешает наблюдать поверхность Титана, присутствует в атмосфере на всех высотах, хотя первоначально ожидалось, что ниже 60 км атмосфера будет практически прозрачной.
3. Полной неожиданностью для учёных оказалось то, что на высоте около 80 км в атмосфере Титана царит практически мёртвый штиль — сюда не проникают ни ветры, дующие ниже 60 км, ни турбулентные движения, наблюдаемые вдвое выше. Причины такого странного замирания движений пока не удаётся объяснить. Основу атмосферы Титана, как и на Земле, составляет азот . Второй по значимости газ — метан (CH ₄ ) — занимает место, в чём-то подобное водяному пару в земной атмосфере. А в нижних слоях атмосферы могут даже образовываться метановые облака .

См. также

• Сатурн и его спутник Титан
• Жизнь на Титане
• Программа « Кассини-Гюйгенс », космический аппарат « Кассини »
• Dragonfly (космический аппарат) , проект винтокрылого летательного аппарата для исследования Титана
• Список первых посадок на небесные тела

Примечания

Ссылки

• (англ.)
• (англ.)
• (англ.)