14 января 2005 года, девятнадцать лет назад, зонд «Гюйгенс» успешно приземлился на спутник Сатурна Титан. Это пока единственная посадка, совершенная во внешней части Солнечной системы, и, что особенно примечательно, первая и пока единственная посадка на спутник, не являющийся спутником Земли.
Зонд был построен и эксплуатировался ЕКА и являлся частью миссии «Кассини-Гюйгенс», запущенной НАСА 15 октября 1997 года. Миссия была названа в честь голландского астронома XVII века Христиана Гюйгенса, который открыл Титан в 1655 году.
«Гюйгенс» отделился от орбитального аппарата «Кассини» 25 декабря 2004 года и примерно через три недели совершил посадку на Титан в районе области Адири. Посадка произошла на сушу, хотя при проектировании была учтена возможность падения на жидкую поверхность, такую как реки и углеводородные озера, наблюдаемые из космоса на Титане.
Зонд был рассчитан на сбор данных в течение нескольких часов в атмосфере и, возможно, на короткий период на поверхности. Он продолжал отправлять данные в течение 90 минут после приземления. Ниже представлен видеоотчет о посадке.
Краткое описание миссии «Гюйгенс»
Миссия «Гюйгенс» предназначалась для исследования спутника Сатурна Титана. Его основной целью было проникновение в атмосферу Титана, посадка на его поверхность и проведение научных экспериментов. Перед посадкой было неизвестно, будет ли местом посадки горный хребет, равнина, океан или озеро. Позднее изображения, полученные материнским зондом «Кассини», показали, что местом посадки может быть береговая линия.
Зонд «Гюйгенс» был спроектирован таким образом, чтобы выдержать удар и передавать данные в течение нескольких минут на поверхности, а в перспективе даже совершить посадку в океане. Срок службы батареи был невелик и обеспечивал около 30 минут работы с поверхности.
Зонд состоял из основного спускаемого модуля и орбитального блока поддержки. Система включала тепловой экран, электронику слежения и парашют для контролируемого спуска. Основной фазой миссии был спуск на парашюте через атмосферу Титана. Радиосвязь была активна во время спуска и первых нескольких минут пребывания на поверхности.
Гюйгенс передавал данные на «Кассини», который затем отправлял информацию на Землю. Батареи хватило на 153 минуты, что соответствует запланированной продолжительности миссии. Несколько радиотелескопов на Земле, в том числе телескоп Роберта Берда в Грин-Бэнк, прослушивали сигнал Гюйгенса с помощью передовых методов.
Посадка на Титан
«Гюйгенс» отделился от орбитального аппарата «Кассини» в 02:00 UTC 25 декабря 2004 года. По данным ЕКА, он вошел в атмосферу Титана в 10:13 UTC 14 января 2005 года (по времени SpaceCraft Event Time, SCET).
Ниже представлено одно из первых необработанных изображений, полученных зондом во время спуска. Оно было сделано с высоты 16,2 км с разрешением около 40 м на пиксель. На снимке изображена сложная сеть дренажных каналов, пересекающих сушу и ведущих к береговой линии, очерчивающей светлый ландшафт в направлении темного моря. Снимок был сделан с помощью спускаемого имиджера/спектрального радиометра, одного из двух приборов НАСА на зонде.
Гюйгенс приземлился на поверхность спутника около 12:43 по UTC в тот же день со скоростью, подобной скорости падения мяча на Землю с высоты около 1 метра. В результате удара образовался кратер глубиной 12 сантиметров, а затем он отскочил от плоской поверхности и проскользил 30-40 сантиметров. Он замедлился из-за трения о поверхность и, остановившись, пять раз качнулся вперед-назад.
Датчики «Гюйгенса» продолжали фиксировать небольшие вибрации еще в течение двух секунд. Через 10 секунд после приземления зонд был неподвижен. Команда миссии подсчитала, что облако пыли, вероятно, органических аэрозолей, поднятое «Гюйгенсом» во время столкновения, оставалось во взвешенном состоянии в атмосфере около четырех секунд.
Температура в месте посадки составляла -179,3 градуса Цельсия, а давление — 1,4484 атмосферы. Термометры показали, что тепло покинуло Гюйгенс так быстро, что земля, должно быть, была влажной, а изображение показывает свет, отраженный от капли росы, когда она падает в поле зрения камеры. Затем было оценено содержание метана 5 ± 1 % и относительная влажность метана 50 % вблизи поверхности.
Впервые увидеть поверхность другого спутника
В месте посадки Гюйгенса были обнаружены следы фрагментов водяного льда, разбросанные по поверхности оранжевого цвета, которая в основном была покрыта этановой вуалью. Первые аэрофотоснимки Титана, сделанные «Гюйгенсом», позволили предположить наличие обширных жидких «зеркал» на поверхности. Последующие данные с материнского зонда «Кассини» окончательно подтвердили существование постоянных жидких углеводородных озер в полярных областях Титана. В 2012 году были также обнаружены долгоживущие тропические углеводородные озера, в том числе вблизи места посадки Гюйгенса в районе Шангри-Ла, размером примерно в половину Большого соленого озера штата Юта и глубиной не менее 1 метра.
Первоначально считалось, что поверхность состоит из глиноподобного материала, «с возможной тонкой корой, за которой следует область относительно однородной текстуры». Дальнейший анализ данных показал, что на показания текстуры поверхности могло повлиять смещение большого ледяного фрагмента в грунте во время посадки Гюйгенса, и что поверхность лучше всего описать как песок, состоящий из затвердевших гранул водяного льда.
На снимках, сделанных после посадки, как и на снимке выше, видна равнина, покрытая галькой, которая могла быть образована покрытым углеводородами водяным льдом, а округлые формы указывают на влияние жидкостей. Камни выглядят отсортированными по размеру, слоистыми, как будто они лежат на дне ручья в темном слое более мелкого материала.
Не было найдено ни одной гальки размером более 15 см, в то время как галька размером менее 5 см редко встречается в месте посадки Гюйгенса. Это говорит о том, что крупные камешки не могут быть доставлены на дно озера, а мелкие быстро удаляются с поверхности.
Будущие исследования Титана
Учитывая интерес, возникший после получения первых результатов миссии «Кассини-Гюйгенс», космические агентства оценили различные предложения по последующим миссиям по исследованию Титана. В 2006 году НАСА изучило возможность исследования крупнейших озер Титана с помощью плавучей посадочной платформы в течение 3-6 месяцев под названием Titan Mare Explorer. Запуск был запланирован на 2016 год, но в 2012 году агентство предпочло миссию InSight для изучения Марса.
Проект плавучей платформы на Титане был вновь предложен в рамках проекта Titan Saturn System Mission (TSSM), задуманного как возможная совместная миссия НАСА и ЕКА по исследованию Титана и Энцелада, другого спутника Сатурна. В состав миссии входили орбитальный аппарат, воздушный шар и водный десантный аппарат TiME для изучения морей. Однако в феврале 2009 года приоритет был отдан миссии Europa Jupiter System Mission (позже ставшей Europa Clipper).
В 2012 году Джейсон Барнс, ученый из Университета Айдахо, предложил другую миссию — Aerial Vehicle for In-situ and Airborne Titan Reconnaissance (AVIATR). Проект предполагал полет беспилотного или управляемого дроном летательного аппарата в атмосфере Титана. Проект не был одобрен НАСА.
В 2012 году частная испанская компания SENER и Центр астробиологии в Мадриде разработали еще один водный зонд для исследования озера Титан. Зонд получил название Titan Lake In-situ Sampling Propelled Explorer (TALISE). Он так и не был одобрен ЕКА.
В 2015 году Институт перспективных концепций НАСА профинансировал, в частности, исследование по созданию подводной лодки для изучения морей Титана. Однако только в 2019 году была окончательно утверждена новая миссия к Титану — Dragonfly. Основным аппаратом для исследования станет беспилотник, точнее, роторный лендер, работающий от радиоизотопного термоэлектрического генератора. Дрон будет летать с маневренностью, используя низкую гравитацию и высокую плотность атмосферы. Однако, к сожалению, его полет будет отложен: в декабре прошлого года НАСА объявило, что из-за неопределенности бюджета миссия откладывается до 2028 года.