Pocztówka z Tytana

14 stycznia próbnik Huygens wylądował na największym księżycu Saturna - Tytanie, jedynym księżycu w Układzie Słonecznym, który posiada atmosferę. Jest to pierwszy próbnik, który wylądował na tak odległym od Ziemi lądzie.
Obraz Tytana przekazany przez próbnik Huygens po obróbce fotograficznej. Poczatkowo myślano, że są to skały lub bloki lodu, wydaje się, że są to raczej kamyki o rozmiarach kilku-, kilkunastu cm. Powierzchnia jest ciemniejsza niż uprzednio myślano, jest mieszaniną lodu wodnego i zestalonego węglowodoru. Ślady erozji wskazują na możliwą działalność wody. Fot. ESA/NASA/University of Arizona

W październik 1997 r. z przylądka Canaveral na Florydzie wystartowała sonda Cassini wraz z umocowanym do niej próbnikiem Huygens. Po niemal 7 latach podróży w lipcu 2004 r. sonda dotarła w pobliże Saturna. 25 grudnia 2004 r. próbnik Huygens oderwał się od swojego macierzystego statku i po następnych 20 dniach samodzielnej podroży, w czasie której przemierzył 4 mln km, 14 stycznia 2005 r. o 11:13 naszego czasu dotarł do zewnętrznych warstw grubej atmosfery Tytana. Rozpoczął opadanie na księżyc z wysokości 1270 km. W ciągu 3 minut wytracił prędkość z 18 000 do 1400 km/h. Następnie spadochrony spowolniły spadek do około 300 km/h. Na wysokości 160 km nad powierzchnią księżyca instrumenty próbnika rozpoczęły badanie atmosfery Tytana. Na wysokości 120 km dzielącej go od powierzchni rozwinął się kolejny, mniejszy spadochron. Zbliżał się moment zetknięcia z Tytanem. Na wysokości 700 metrów włączyły się lampy oświetlające powierzchnię. Wbrew przewidywaniom działały one jeszcze ponad godzinę po lądowaniu próbnika, gdy sonda Cassini skryła się już za horyzontem Tytana. Lądownik opadł na powierzchnie księżyca po 2,5 godz. od momentu rozpoczęcia schodzenia z prędkością 16 km/h. Penetrometr umieszczony na spodzie próbnika zagłębił się 15 cm w głąb zamarzniętej gleby. Biorąc pod uwagę siłę uderzenia i ślady jakie zostawił próbnik po upadku, materiał na jakim osiadł lądownik przypomina w konsystencji mokry piasek lub glinę.

4 minuty po wylądowaniu próbnik rozpoczął transmisję danych naukowych i telemetrycznych na falach radiowych w kierunku orbitera, póki ten znajdował się nad horyzontem. Sonda Cassini po ich odebraniu, odwracała się w stronę Ziemi, wzmacniała sygnał radiowy i wysyłała go w naszą stronę. Na Ziemi dane z sondy odbierane były przez Deep Space Network (ogólnoświatową sieć radioteleskopów), a następnie przekazywane do Europejskiego Centrum Misji w Darmstadt (Niemcy). Fala elektromagnetyczna leci z Saturna ponad godzinę, dlatego Centrum Kontroli Misji tak w Stanach Zjednoczonych jak i w Europie nie wiedziało, co w danej chwili dzieje się z próbnikiem. Pierwsze dane przekazane przez orbiter dotarły do Darmstadt o 17:19 naszego czasu.


Zdjęcia wykonane przez próbnik w czasie jego opadania na księżyc. Panorama obejmuje 360 stopni. Widoczne po lewej stronie białe pasmo oddzielające ciemny i jasny obszar może być 'mgłą' metanu czy oparami etanu. Gdy próbnik opadł, dryfował nad plateau (centralna część zdjęcia) i kierowany był w stronę miejsca planowanego lądowania (prawa strona). Prędkość wiatru wynosiła 6-7 metrów na sekundę. Zdjęcia wykonano z wysokości 8 km z rozdzielczością 20 metrów na piksel. Fot. ESA/NASA/University of Arizona
Giovanni Dominico Cassini (1625 1712) - astronom francuski pochodzenia włoskiego. Dyrektor Królewskiego Obserwatorium w Paryżu. Odkrył cztery satelity Saturna i przerwę w pierścieniach planety, która nazwano na jego cześć przerwą Cassiniego.

Pierwszy sygnał potwierdzający sprawność próbnika dotarł do Ziemi o 11:25 naszego czasu, kiedy teleskop Green Bank w Zachodniej Wirgini (USA) odebrał słaby, ale pochodzący z pewnością od lądownika sygnał radiowy. Był to sygnał podobny do tego, który słyszymy w telefonie, nie niósł on ze sobą żadnych naukowych danych, ale jedynie informację, że próbnik jest sprawny. Orbiter odbierał sygnały z próbnika przez godzinę i 12 minut, następnie zaszedł za horyzont. Mimo to jeszcze przez kilkanaście godzin naziemne teleskopy odbierały sygnały z lądownika Huygens.

Nie wszystko przebiegło idealnie. W wyniku błędu człowieka, wadliwe oprogramowanie spowodowało utratę połowy obrazów wykonanych przez próbnik w czasie jego schodzenia na powierzchnię Tytana. Mamy 350 zdjęć dzięki wysokiej jakości danym z instrumentów próbnika i, niespodziewanie, z pomiarów naziemnych radioteleskopów. Zdjęcia te powinny w zadowalający sposób wypełnić wszystkie główne cele misji. Dane z próbnika będą poddane dalszej analizie. Sieć 18 naziemnych radioteleskopów próbowała monitorować sygnał przesyłany z próbnika Huygens do orbitera Cassini. Dzięki temu udało się odzyskać część utraconych danych dotyczących m.in. pomiaru wiatru.

 

Saturn: odległość od Słońca =1429,4 mln km (9,54 AU),
średnica =120 420 km, rok Saturna =29,5 lat ziemskich, R=60268km, obrót wokół własnej osi=0,45 dnia.
Podajemy 18 pierwszych z 30 znanych księżyców Saturna, licząc w kolejności rosnącej od planety.
1. Pan (M. Showalter, 1990), R=10km,
2. Atlas (R. Terrile, 1980), R=15km
3. Prometeusz (S. Collins, 1980), R=46km
4. Pandora (S. Collins, 1990), R=42km
5. Epimeteus (R.Walker, 1990), R=57km
6. Janus (A. Dollfus, 1966) R=89km
7. Mimas (W. Herschel, 1789), R=199km
8. Enceladus (Herschel, 1789), R=249km
9. Tethys (G. Cassini, 1684), R=530 km
10. Telesto (B. Smith i in. 1980), R=15km
11. Kalipso (Pascu i in., 1980), R=13km
12. Dione (G. Cassini, 1684), R=560km
13. Helena (B. Laques, J. Lecacheux, 1980), R=18km
14. Rea (G. Cassini, 1672), R=764km
15. Tytan (C. Huygens, 1655), R=2575
16. Hyperion (W. Bond, W. Lassell, 1848), R=143km
17. Japetus (G. Cassini, 1671), R=718km
18. Phoebe (W.Pickering, 1898), R=110km

Lądownik Huygens próbkował atmosferę Tytana w czasie opadania na księżyc. Próbnik wykonywał serię zdjęć przy pomocy kamery DISR (Descent Imager/Spectral Radiometer) Dane zebrał również Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI) wyposażony w czujniki akustyczne. Wydaje się, że jasne części są wzniesieniami, obszary ciemne to gładka być może zamrożona gleba nasycona etanem lub metanem. Nie wiemy jeszcze czy substancje te istnieją na Tytanie w stanie płynnym. Wiatr wiał z prędkością około 26 km/h na wysokości 10-20 km nad powierzchnią. Mikrofon zanotował nawet podmuchy wiatru. Instrumenty na pokładzie odnotowały opary metanu na wysokości 17-20 km nad powierzchnią. Zawartość metanu wzrastała wraz z malejącą wysokością. Gdy próbnik zaczął opadać zanotował temperaturę 70,5K (-202,6C), zaś temperatura na powierzchni wynosiła 93,8K (-182.3C).

Wielka półoś orbity Tytana wynosi 1 221 830 km, okres orbitalny 15,945 dni, masa jest równa 1,35x1023 kg. Jest to jeden z największych księżyców w Układzie Słonecznym. Posiada gęstą atmosferę złożoną głównie z azotu, argonu i metanu. W jego atmosferze tworzą się gęste chmury. Powierzchnia Tytana może zawierać wiele substancji chemicznych, które kiedyś występowały na Ziemi. W połączeniu z danymi z orbitera Cassini powinniśmy odsłonić kilka tajemnic skrywanych w atmosferze Tytana.

 

Christiaan Huygens (1629-1695) - holenderski fizyk, astronom, matematyk i wynalazca, z wykształcenia prawnik, twórca zegara wahadłowego. Stworzył falową teorię światła i teorię rozchodzenia sie fal (zasada Huygensa). Podał prawa zderzeń sprężystych, wzór na siłę dośrodkową. Za pomocą lunety z własnoręcznie wyszlifowanymi soczewkami odkrył kształt pierścienia Saturna, Tytana - największy księżyc Saturna i spłaszczenie Marsa.

Prezentowane nagranie (0,5MB) z internetowych stron ESA jest rekonstrukcją dźwięków, które 'słyszał' mikrofon próbnika Huygens. Jest to kilkanaście próbek dźwięku nagranych w różnym czasie, kiedy próbnik opadał na księżyc.

Prezentowanedźwięki(0,5MB) (również z internetowych stron ESA) to sygnały radaru próbnika, gdy od powierzchni Tytana dzieliło go zaledwie kilka kilometrów. Sygnał został przekonwertowany na zakres, w którym słyszą dźwięki ludzie. Gdy odległość próbnik-księżyc malała, częstość i natężenie sygnału rosła. Natężenie pomoże naukowcom powiedzieć coś o własnościach gruntu Tytana.

 

Obraz Tytana wykonany w bliskiej podczerwieni przez teleskop Kecka (Hawaje, USA) tuż po lądowaniu próbnika Huygens. Ciemne i jasne plamy mogą być zestalonymi lub płynnymi węglowodorami. Fot. W. M. Keck Observatory

Misję Cassini - Huygens przygotowała wspólnie NASA, ESA i Włoska Agencja Kosmiczna (ASI). Na pokładzie próbnika znajduje się czujnik do pomiaru temperatury skonstruowany w Centrum Badań Kosmicznych (CBK) PAN. Misja orbitera trwać będzie 4 lata i obejmie 70 okrążeń wokół planety, podczas których pokładowe instrumenty będą badać Saturna, jego pierścienie i 30 znanych księżyców. Analiza danych z misji Cassini-Huygens może okazać się cennym wkładem do teorii formowania planet.


18 stycznia 2005
Źródło: NASA, ESA | Karolina Zawada

Liczba odsłon: 1472