Kas yra misija „Cassini-Huygens“ ir ką ji padovanojo žmonijai

Dešimtys sūkurių prie Saturno ašigalio, didesnių už Žemės žemynus. Vandens čiurkšlės iš Encelado ledynų, bylojančios apie gelmėse esančias hidrotermines angas. Sudėtingi cheminiai procesai Titane, galintys netgi duoti pradžią visiškai į žemiškas nepanašioms gyvybės formoms. Tai – tik keletas „Cassini“ misijos atradimų, padarytų per 13 metų, praleistų Saturno sistemoje.

JAV ir Europos draugystės rezultatas

„Cassini–Huygens“ – bendra JAV Nacionalinės aeronautikos ir kosmoso administracijos (NASA), Europos kosmoso agentūros (ESA) ir Italijos kosmoso agentūros (ISA) misija, trukusi beveik 20 metų. Iš viso prie misijos sėkmės prisidėjo mokslininkų komandos iš net 17 pasaulio valstybių. Pagrindinis misijos tikslas – surinkti kuo daugiau duomenų apie Saulės sistemos „Žiedų valdovu“ vadinamą Saturną ir jo palydovus.

„Cassini“ misijos pradžia laikomas 9-asis dešimtmetis, kai JAV ir Europos mokslininkai suformavo darbo grupę, kurioje, po keletą metų trukusių derybų, gimė bendra misija į Saturną. Nežinia, ar misija būtų pavykusi, jeigu toks susitarimas nebūtų įvykęs – 10-ajame dešimtmetyje misija JAV kabėjo ant plauko, kai Kongresas nutarė apkarpyti biudžetą. Laimei, NASA pavyko įtikinti kongresmenus toliau vykdyti misijos projektą, argumentuojant, kad ESA jau investuoja milžiniškas sumas pinigų, o NASA atsitraukimas tokioje fazėje galėtų paveikti ne tik bendrus kosmoso projektus ateityje, bet ir kitas užsienio politikos bendradarbiavimo sritis.

Į Saturno orbitą nukreiptas „Cassini“, pavadintas italų astronomo Giovanni Cassini (1625–1712) garbei; ir Saturno palydove Titane turėjęs nutūpti „Huygens“, pavadintas olandų astronomo Chirstiaano Huygenso (1629–1965) garbei. Erdvėlaiviai į kosmosą pakilo 1997 m. ir po beveik septynerius metus trukusios kelionės pasiekė Saturno orbitą. „Huygens“ atsiskyrė nuo „Cassini“ ir Titane nusileido 2005 m. Iš ten mažytis erdvėlaivis mokslininkams į Žemę duomenis siuntė 219 minučių – tol, kol išsikrovė. Tai buvo tikras triumfas mokslininkams, nes „Huygens“ buvo pirmasis žmonių kurtas aparatas, nutūpęs ant kosminio kūno išorinėje Saulės sistemos dalyje, už Asteroidų žiedo. Tuo metu „Cassini“ savo stebėjimus tęsė toliau, artėdamas prie Saturno ir siųsdamas vis daugiau duomenų apie žieduotąjį milžiną ir jo sistemą. Iš viso šis kosmoso aparatai sėkmingai tai darė daugiau nei 13 metų.

Rugsėjo 15 d. „Cassini“ amžiams prasmegs Saturno atmosferoje. Nors mokslininkams prireiks nemažai laiko, kol bus išnagrinėti visi surinkti duomenys, keliais nuostabiais rezultatais pasidžiaugti galime jau dabar.

„Cassini“ pas „Žiedų valdovą“

13 metų skraidydamas aplink Saturną, „Cassini“ padarė daugybę atradimų. Jis aptiko septynis anksčiau nežinotus Saturno palydovus. Kai kurie skrieja toli nuo planetos, kiti – tarp jos žiedų. 2014 metais netgi pastebėta, kaip viename iš žiedų, atrodo, pradeda formuotis naujas palydovas. Šis atradimas paskatino pergalvoti tuometinius Saturno žiedų modelius: paaiškėjo, kad jie nėra milijardus metų nekintančios juostos, o dinamiškos struktūros, nuolat atsinaujinančios byrant mažiems palydovams ir formuojančios vis naujus palydovus.

Žinoma, misijai svarbūs ne tik palydovai, bet ir pats Saturnas. Dar neįskridęs į orbitą aplink planetą, „Cassini“ išmatavo jos sukimosi periodą. Dujinėms milžinėms tą padaryti yra labai sudėtinga, nes jos neturi matomo kieto paviršiaus, taigi nėra ir atskaitos taškų, kurių sukimąsi būtų galima stebėti. Bet iš Saturno gelmių sklinda radijo bangos, kurias skleidžia magnetinio lauko veikiamos dalelės giliai planetos atmosferoje. Planetai sukantis, radijo signalo stiprumas irgi kinta, taigi išmatavę radijo bangų kitimą, galime nustatyti sukimosi periodą. „Cassini“ duomenys parodė, kad planeta apsisuka aplink savo ašį per kiek mažiau nei 11 valandų. Tačiau šis rezultatas yra šešiomis minutėmis ilgesnis, nei Voyager zondo prieš tris dešimtmečius išmatuotas sukimosi periodas. Tai nereiškia, kad Saturnas ėmė suktis lėčiau, tačiau kažkas atsitiko su magnetinio lauko ir elektringų dalelių sąveika. Kas – kol kas nežinome, tačiau aišku, jog planetos magnetinis laukas nėra stabilus ir nekintantis.

Pagrindinė „Cassini“ misija baigėsi jau seniai – 2008 m. Tačiau astronominės misijos tokios jau yra – jos planuojamos labai konservatyviai, taigi dažniausiai įmanoma jas pratęsti. Pirmasis dvejų metų trukmės „Cassini“ misijos pratęsimas pavadintas „Lygiadienio misija“, nes jos metu, 2009 m. rugpjūtį, Saturnas pasiekė lygiadienį ir į planetos šiaurės pusrutulį atėjo pavasaris. Saturno metai trunka 29 Žemės metus, ir kas tiek laiko kartojasi įvairūs įdomūs procesai, o pavasario lygiadienis yra didelių pasikeitimų metas. Nuo 2010 pabaigos iki 2011 metų rugpjūčio Saturno šiaurės pusrutulyje siautė audra, apjuosusi planetą sūkuriuojančių debesų žiedu. Anksčiau panaši audra buvo stebėta iš Žemės, bet „Cassini“ itin detaliai įžvelgė jos savybes.

Saturno šiaurės ašigalis irgi pasikeitė dėl pakilusios temperatūros. Dar „Voyager“ zondas ten aptiko didžiulį šešiakampį, besisukantį aplink planetos ašį. Manoma, kad jis kyla dėl nevienodu greičiu besisukančių atmosferos zonų sąveikos. Tuo tarpu „Cassini“ pamatė, kaip 2012–2014 metais šešiakampis pakeitė spalvą – anksčiau buvo mėlynas, o dabar paraudo. Gali būti, kad to priežastis – Saulės šviesos kuriamas rūkas, kylantis virš kitų atmosferos sluoksnių. O pietų ašigalyje šešiakampio nėra. Ten „Cassini“ aptiko daugmaž apvalų sūkurį, susidedantį iš kelių dešimčių mažesnių. Didysis sūkurys yra maždaug tokio paties dydžio, kaip Žemė.

Savaime suprantama, jokia misija Saturno sistemoje negali aplenkti žiedų. „Cassini“ patikslino žinias apie žiedų formą, dydžius ir tarpus tarp jų. Taip pat nustatė, kad žiedai yra nuolat kintančios struktūros – kaip minėta, juose netgi gali formuotis nauji palydovai. Pirmą kartą aptiktos ir vertikalios struktūros žieduose: nors jie itin ploni, kai kur juose iškyla kelių kilometrų aukščio ledkalniai. Būtent per lygiadienį, kai Saulė į Saturno žiedus pašvietė tiksliai iš šono, ledkalnių metami šešėliai leido nustatyti jų dydį.

Skrydžiai pro Saturno palydovus taip pat buvo svarbi „Cassini“ užduotis. Ankstesnės nuotraukos, darytos teleskopais iš Žemės ar atsiųstos pro šalį skridusių zondų, leido pamatyti tik visiškai neryškius jų vaizdus. „Cassini“ situaciją pakeitė iš esmės – sužinojome apie palydovų panašumus ir jų įvairovę, paviršiaus struktūras ir ten vykstančius procesus. Palydovo Japeto paviršius yra pusiau šviesus, pusiau tamsus – „Cassini“ stebėjimai leidžia spręsti, kad taip atsitiko dėl pusę palydovo senovėje dengusių ugnikalnių paliktų nuosėdų. Nedidelis palydovas Febė paaiškėjo esąs daug įdomesnis už daugelį asteroidų – turi vandens ledo telkinių po tamsiu paviršiumi. Dabar manoma, kad jis kadaise skraidė sava orbita tarp Jupiterio ir Neptūno, bet buvo pagautas Saturno gravitacijos.

Daugiausiai dėmesio sulaukę Saturno palydovai yra Enceladas ir Titanas. Pro Enceladą „Cassini“ skrido daugybę kartų, aptiko jį turint atmosferą, sudarytą iš vandens garų, kurie greičiausiai veržiasi iš palydovo gelmių. Vėliau aptiktos ir pačios čiurkšlės, trykštančios pro ledynus arti pietinio palydovo ašigalio. Prieš porą metų praskridęs pro čiurkšles, „Cassini“ aptiko jose mineralų, kurie byloja apie Encelado gelmėse esančias hidrotermines angas – kiaurymes, iš kurių ateina palydovo branduolio karštis ir kaitina vandenį. Panašiose angose Žemėje randama įvairių egzotiškų gyvybės formų, netgi manoma, kad ten susiformavo pirmoji gyvybė Žemėje. Taigi Enceladas šiuo metu laikomas viena labiausiai tikėtinų vietų aptikti gyvybę už Žemės ribų.

Titanas – gyvybės šaltinis?

„Cassini“ kartu nešėsi ir paviršinį zondą „Huygens“, skirtą Titanui tyrinėti. Titanas, dengiamas tankios atmosferos, iki tol buvo praktiškai nežinoma teritorija. „Cassini“ skrydžiai, radaro nuotraukos ir 2005 metų pradžioje nusileidusio „Huygens“ zondo surinkti duomenys atvėrė mums visiškai svetimą, bet kartu ir į Žemę keistai panašų pasaulį. Ten teka upės, tyvuliuoja ežerai ir jūros, lyja ir sninga. Tik skystas ten yra ne vanduo, o angliavandeniliai metanas ir etanas – Žemėje tai yra gamtinės dujos. Atmosferos slėgis Titano paviršiuje nedaug skiriasi nuo Žemės.

Saulės šviesos veikiami angliavandeniliai formuoja sudėtingesnius junginius, sudaro ekosistemą, panašią į tą, kokia greičiausiai buvo Žemėje prieš atsirandant gyvybei. Gali būti, kad Titano sąlygomis kažkokia gyvybė susiformuoti ir galėtų – tik labai nepanaši į žemiškąją.

Šių metų gegužę Saturnas pasiekė saulėgrįžą – šiaurės pusrutulis persirito per vidurvasarį. „Cassini“ šį momentą stebėjo, tačiau daug ilgiau misija nebesitęs. Balandį prasidėjo paskutinė jos stadija, kurios metu „Cassini“ skrieja tarp Saturno ir jo žiedų. Ji baigsis rugsėjo 15 dieną, kai zondas nukris į Saturną ir ten sudegs. Taip siekiama apsaugoti Saturno palydovus nuo galimo užteršimo iš Žemės atkeliavusiais mikrobais, kurių zonde galėjo likti.

autoriai: LRT.lt žurnalistė Goda Raibytė ir Fizinių ir technologijos mokslų centro astrofizikas Kastytis Zubovas.

Kastyčio Zubovo ir Godos Raibytės paskaita „Kas yra misija „Cassini-Huygens“ ir ką ji padovanojo žmonijai“ – festivalyje „Erdvėlaivis Žemė“ rugsėjo 15 d. 15 val. Lietuvos mokslų akademijos Didžiojoje konferencijų salėje (Gedimino per. 3, Vilnius).