Космос будущего - За поясом астероидов...

В то время, как внимание общественности последних лет приковано к изучению Марса и Луны, пока Китай рассчитывает строить поселение на лунной поверхности, а американские Spirit и Opportunity напару колесят по поверхности Марса, пионеры космоса планируют амбициозные проекты освоения гигантов Солнечной системы – Урана, Юпитера и Сатурна…

3 марта 1972 года с Земли стартовал космический аппарат «Пионер-10»… так началась история освоения заастероидного пространства...

Затем были «Пионер-11»,  легендарные «Вояджеры», «Галилео», «Кассини» и "Новые горизонты"…Кстати, для "Вояджера-1" и его создателей полмесяца назад произошло знаменательное событие - аппарат покинул пределы Солнечной системы.

Но особый интерес для исследования представляют совсем не эти Голиафы Солнечной системы, а их спутники с очень интригующими свойствами, общее количество которых превышает полторы сотни штук и некоторые из них не уступают по своим размерам Луне.

Какие спутники выбрать? Куда отправить зонд? Какие прогнозы можно строить и на что надеятся? Самые многообещающие пункты назначения – ниже.

Сатурн

Энцелад 

Пожалуй, самый интересный объект изучения. Имеет паро-пылевую атмосферу, которую возможно пополняют многочисленные гейзеры и вулканы. Больше половины атмосферы составляет водяной пар (65%), остаток в равных количествах делят между собой углекислый газ и водород.

Но больший интерес, чем атмосфера представляет геология Энцелада. На планете имеются участки с аномально высокой температурой (-170 градусов по Цельсию) и активной вулканической деятельностью, что наводит на мысль о мощном источнике энергии внутри Энцелада.

Спутник состоит преимущественно из льда и имеет самую чистую в Солнечной системе ледяную поверхность. Периодически вырывающиеся в космическое пространство  огромные гейзеры, наводят на мысль о том, что под толщей льда находится жидкий океан.

Источник энергии, вода, ледяной панцирь, защищающий океан от воздействия космического излучения…Знание цепляется за привычную связку "вода-жизнь" и планета становится потенциальной колыбелью жизни, возможно, отчасти похожей на нашу.

Титан

Крупнейший спутник Сатурна, претендент на звание "колыбели внеземной жизни". 

Является единственным, кроме Земли, местом, где доказано существование  жидкой воды на поверхности. Поверхность Титана в основном состоит из водяного льда и осадочных органических веществ, геологически молодая, в основном ровная, за исключением небольшого количества горных образований и кратеров, а также нескольких криовулканов.

Атмосфера преимущественно состоит из азота, также имеется небольшое количество метана и этана, которые образуют облака, являющиеся источником жидких и, возможно, твёрдых осадков. На поверхности имеются метан-этановые озёра и реки. Давление у поверхности примерно в 1,5 раза превышает давление земной атмосферы. Температура у поверхности — минус 170—180 °C.

Данная совокупность условий позволяет делать смелы предположения о наличие примитивных форм жизни на спутнике.

Мимас

Спутник, который окрестили «Звездой смерти» и «Pac-Man»’ом за сходство с образами современной медиа-культуры, тоже вызывает определенный интерес у исследователей из-за своей каменно-ледяной структуры.

Отличительной чертой спутника является огромный ударный кратер Гершеля диаметром 130 км, полученный от столкновения с массивным объектом, чуть не расколовшим Гершель на части.

Избитая метеоритами, поверхность Мимаса, напоминает о теории панспермии - «жизнь занесена на планету с небесными телами…». Возможно, очередной небесный посланник посеял на планете жизнь, способную выжить в суровых условиях спутника.

Япет

Двуликий спутник Сатурна, разделенный четкой границей на две половины: темную и светлую. Почти полностью состоит из льда, однако в состав также входят органические молекулы. Водяные пары за счет испарения образуют очень разреженную атмосферу. «Подозрения» относительно возникновения жизни на планете аналогичны двум предыдущим спутникам, «изюминка» спутника - наличие органического материала.

Юпитер

Ио

Спутник с наибольшей вулканической активностью в Солнечной системе. Одновременно может извергаться до десятка вулканов. Подобно земным, местные вулканы выбрасывают в атмосферу серу и оксид серы.

Ио отличается от спутников газовых гигантов, его геология напоминает земную. Поверхность образована силикатами и соединениями серы.

В отличие от других спутников на Ио нет воды и льда. Однако, сера может образовывать цепочки и циклы. Отбрасывая углеродный шовинизм, можно сделать смелое предположение, что жизнь здесь способна возникнуть на основе серы и ее соединений.

Европа

Европа похожа на планеты земной группы. Подобно Энцеладу Европа покрыта ледяным панцирем толщиной до 30 км, далее идет слой жидкой воды в 90 км. В центре спутника залегает набольшой металлическое ядро. Ледяной панцирь, жидкая среда, магнитное поле ядра – может жизнь здесь?

Ганимед

Один из немногих спутников Юпитера с мужским именем.

Предположительно, во внутреннем строении Ганимеда можно выделить три слоя: расплавленное металлическое или сернисто-металлическое ядро, состоящая из горных пород мантия и слой льда толщиной 900—950 км. Есть данные, что в прошлом поток тепла от ядра был существенно выше.

Не исключено, что между каменистыми породами и льдом имеется слой жидкой воды, температура которой может быть значительно ниже нуля (так как вода находится под давлением). Толщина водяного слоя, наиболее вероятно, не превышает нескольких километров, и залегает она на глубине около 170 километров.

Очередной претендент на зарождение жизни и отправку исследовательского зонда – вперед!

Уран

Титания

Крупнейший спутник Урана, состоящий наполовину из воды и льда, на 30% из горных пород и на 20% метана. Метан при определенных условиях способен образовывать органические молекулы – даёшь углеродный шовинизм!

Изученная часть поверхности спутника изрезана системой каньонов и пересекающихся извилистых долин, покрыта ударными кратерами. К сожалению, у спутника отсутствует атмосфера.

Оберон «Uranus IV»

Об Обероне известно довольно мало, точно известно наличие водяного льда. Геологичесий состав схож с Титанией, поверхность покрыта ударными кратерами разного возраста, окаймленными выбросами льда.

Оберон состоит, предположительно, на 50 % из водяного льда, на 30 % из горных пород и на 20 % из соединений метана и азота. При сверхнизких температурах, характерных для спутников Урана, лёд меняет свои свойства и становится подобным горной породе.

Пара "вода-жизнь" вселяет в нас надежду и здесь. В общем, каждый спутник в составе которого присутствует вода становится вероятной колыбелью жизни.

Не только упомянутые спутники, но и другие космические объекты близ газовых планет обладают свойствами, которые могли бы теоретически способствовать зарождению жизни:

1. Атмосфера - участвует в теплообмене и защищает от космического излучения (Энцелад, Титан, Япет (Сатурн), Европа (Юпитер))

2. Жидкая вода - благоприятная среда для развития живых организмов (Энцелад,Титан (Сатурн), Каллисто (Юпитер))

3. Твердая поверхность - соединения кремния, серы, кислорода с металлами - субстрат для возникновения жизни (Каллисто, Титан, Тефия (Сатурн), Ио, Амальтея, Элара (Юпитер), Титания, Оберон (Уран))

4. Ледяной панцирь - дополнительная защита для глубин спутника (Энцелад (Сатурн), Европа, Амальтея, Фива (Юпитер)). Большинство спутников имеют в составе своей коры ледяные породы.

5. Внутренний источник энергии для поддержания повышенной температуры внутри космического тела (Энцелад, Титан (Сатурн))

Из приведенных в статье спутников наиболее вероятными кандидатами на экспедицию являются Энцелад и Титан, из чисто теоретической возможности зарождения жизни на этих спутниках. Первый обладает горячим ядром и океаном, второй - плотной атмосферой, твердой корой и поверхностными водами.

Экспедицию можно разбить на два этапа: полет, приземление и создание исследовательской базы.

1. Полет.

Наиболее длительная часть экспедиции. При стартовом импульсе в 7,6 км/сек прямой полет до Сатурна может составить 11-12 лет. Однако современные космические аппараты способны совершать так называемые гравитационные маневры - использование гравитации массивных космических тел для изменения орбиты полета, ускорения или замедления аппарата. Первым кандидатом на такой космический "мухлёж" стоит Юпитер. Благодаря своей массе он дает самое большое приращение скорости.

Использование гравитационного поля Юпитера позволит сократить время такого полета до 6 лет. Например, оба "Вояджера" и "Новые горизонты" удачно использовали гравитацию Юпитера для своего ускорения и изменения траектории.

а) Ускорение

б) Замедление

Стартовая скорость тоже играет важную роль. Например, космический аппарат "Новые горизонты", стартовавший в январе 2006 года со скоростью 16,2 км/с уже через год достиг Юпитера! Время путешествия стремительно сокращается. 

2. Приземление

Тут стоят проблемы всех космических аппаратов, прилетевших на другую планету: не упасть в один из многочисленных кратеров (чем могут похвастаться все спутники Сатурна), удачно рассчитать траекторию в плотной атмосфере, не плюхнуться в углеводородное озеро или разлом в ледяной коре.

Высадка научных модулей может осуществляться путем сброса с низкой орбиты в газовой упаковке, похожей на современные зорбы.

Аналогично были десантированы на Марс уже упомянутые Spirit и Opportunity. Высадка в жидкий океан возможна и не критична - конструкция отправленного вместе с "Кассини" зонда "Гюйгенс" предусматривала и такой вариант развития событий.

В процессе пикирования аппарат уже может брать пробы атмосферы для анализа.

3. Исследовательская база

Ввиду непредсказуемости ландшафта лучшим вариантом будет неподвижная исследовательская база, мощности которой могут быть дополнены летающими станциями на орбите спутника. 

Использование солнечных батарей невозможно по причине удаленности от Солнца. Поток лучистой энергии в сотни раз меньше, чем на Земле и его не хватит для обеспечения аппарата. Энергооснащение аппарата будет образовано радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (уже стоят на Вояджерах, топливо - плутоний-238). 

Выполняемая работа сводится к изучению наземных образцов, проб атмосферы и выбросов в результате вулканической деятельности. Изучения подледного пространства Энцелада пока маловероятно.

Связь с Землей одна из насущных проблем для космических аппаратов. Большинство ключевых устройств в системе связи должно быть продублировано. В случае выхода из строя продублированных устройств, их работу примет на себя запасное устройство. Система позволит передавать данные на Землю со скоростью до 38 кбит/сек в районе Юпитера, как на аппарате  "Новые горизонты", - скорость старого модема.

Посадка и изучение поверхности во Внешней Солнечной системе не новы для человечества - в январе 2005 года зонд "Гюйгенс" уже приземлился или, так сказать, "прититанился" на  спутник и передал фотографии.

Цели намечены! Куда лететь – решать человечеству! Вырваться из астероидной удавки, стягивающейся вокруг Солнца и Земли возможно. Спутники газовых гигантов манят своими ледяными горами, скрытыми океанами и возможной жизнью.

Что мы там найдем? И какие выводы сделаем для себя – это вопросы ближайшего будущего!