Миссия Dawn подошла к концу

Спустя всего два дня после прекращения работы телескопа «Кеплер», NASA объявило (https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-dawn-mission-to-as...) о завершении еще одной знаковой космической миссии. 31 октября и 1 ноября находящийся на орбите вокруг Цереры аппарат Dawn пропустил запланированные сеансы связи. По мнению специалистов, он полностью исчерпал все бортовые запасы топлива и лишился возможности ориентировать антенну на Землю.

Dawn был запущен 27 сентября 2007 года. В 2011 году он вышел на орбиту вокруг Весты — крупнейшего астероида Главного пояса. Благодаря наличию ионных двигателей, Dawn удалось осуществить то, что еще не удавалось ни одному другому космическому аппарату в истории. После детального изучения Весты Dawn покинул ее окрестности, после чего совершил перелет к карликовой планете Церера. Станция вышла на орбиту вокруг нее весной 2015 года. В общей же сложности, во время своих странствий по Солнечной системе станция преодолела 6.9 миллиардов км. Это больше, чем расстояние между Землей и Плутоном.

За время своей миссии Dawn, сделал подробные карты и собрал множество данных о Весте и Церере. Пожалуй, его самой известной находкой стали знаменитые яркие пятна, расположенные на дне некоторых кратеров карликовой планеты. По мнению ученых, они образовались в результате криовулканической активности, когда на поверхность Цереры была выброшена смесь из водяного льда и соли. По некоторым предположениям, в недрах тела по сей день может существовать подповерхностный океан жидкой воды.

К 2017 году у Dawn отказал три из четырех маховиков, используемых для его правильной ориентации в пространстве. В результате специалистам пришлось использовать гидразиновые двигатели для обеспечения заданного положения зонда и поддержания связи с Землей.

В конце мая 2018 года Dawn осуществил маневр, перейдя на вытянутую финальную орбиту, перицентр которой проходит на высоте всего 35 км от поверхности Цереры. Благодаря этому станция получила возможность сделать наиболее детальные фотографии поверхности карликовой планеты. Эксперты прогнозировали, что Dawn исчерпает все запасы гидразинового горючего к началу сентября. В реальности станция проработала на несколько недель больше запланированного.

Одни из последних изображений Цереры, сделанные Dawn 1 сентября 2018 года с высоты около 3500 км

Хоть миссия Dawn и подошла к концу, она оставила после себя очень богатое наследие. На полный анализ собранных аппаратом данных потребуются годы, а то и десятилетия. Сама же станция останется на орбите вокруг Цереры. По оценкам инженеров, Dawn просуществует на ней как минимум полвека. https://universemagazine.com/7450/

Первый в земной истории зонд «Dawn», которому удалось выйти последовательно на орбиту двух небесных тел (астероида Веста и карликовой планеты Церера), закончил свою миссию 1 ноября – всего спустя день после объявления о прекращении миссии телескопа «Кеплер».

На 31 октября и 1 ноября были назначены сеансы связи с этим 11-летним зондом, у которого заканчивался гидразин в двигательной системе ориентации. Но 1 ноября аппарат просто не вышел на связь, и команда миссии, перебрав все другие возможные причины, пришла к выводу что топливо у «Dawn» окончательно закончилось, и он потерял способность ориентировать антенну на Землю и солнечные батареи на Солнце.

С момента запуска 27 сентября 2007 года он пролетел 6,9 млрд километров, пробыл с 16 июля 2011 года по 5 сентября 2012-го на орбиты Весты, после чего прилетел к Церере 5 марта 2015 года, где проработал до окончания его миссии. Осуществить это удалось благодаря ионному двигателю и 425 кг ксенона.

Так как на Церере зондом был обнаружен водяной лёд, а некоторые признаки указывают даже на наличие океана под поверхностью – учёные сохраняют надежду найти там жизнь. Поэтому орбита зонда была выбрана согласно принципам планетарной защиты с таким расчётом, чтобы зонд ни в коем случае не упал на Цереру в течении ближайшие 20 лет (инженеры указывают на 99% вероятность того, что «Dawn» не упадёт на Цереру в течении 50 лет).

Запуск аппарата на ракете-носителе Дельта-2.

Источник.

Аппарат Dawn передал новые изображения кратера Оккатор

21 июня аппарат Dawn выполнил последний запланированный маневр и отключил свой ионный двигатель. По словам специалистов миссии, если все пройдет по запланированному сценарию, станция больше никогда не воспользуется им. Сейчас Dawn находится на весьма вытянутой орбите, перицентр которой проходит на высоте всего 35 км от Цереры. Это дает ученым уникальную возможность увидеть главные достопримечательности карликовой планеты с беспрецедентными деталями.

Кратер Оккатор

Dawn уже успел передать на Землю ряд изображений Цереры, сделанных со своей финальной орбиты. В их числе и новые снимки (https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7181) кратера Оккатор. Он известен благодаря характерным скоплениям ярких областей. По мнению ученых они образовались в результате криовулканической активности, когда на поверхность кратера была выброшена смесь из водяного льда и гидрокарбонатов и карбонатов натрия (соды). Водяной лед впоследствии испарился, и остались лишь яркие отложения соды.

Вал кратера Оккатор

Dawn удалось получить детальные изображения яркого пятна в центре Оккатора, известного под названием факула Цереалий (Cerealia Facula), а также группы пятен в восточной части кратера (Vinalia Faculae). Ученые надеются, что снимки помогут выяснить, откуда именно была выброшена смесь воды и соды. Был ли это мелкий подповерхностный соленый резервуар, или же источник находился глубоко в недрах Цереры?

Cerealia Facula с высоты 34 км

Vinalia Faculaeс высоты 39 км

Помимо фотографий, Dawn также собирает спектры поверхности Цереры. Эти данные позволят уточнить химический и минеральный состав карликовой планеты, что в свою очередь поможет ответить на вопрос, как и где она сформировалась — в Главном поясе астероидов или же в дальних регионах Солнечной системы.

Сеть разломов на дне кратера Оккатор

По оценкам специалистов, Dawn хватит остатков горючего примерно до сентября (плюс-минус один месяц). Когда аппарат исчерпает все запасы гидразина, он потеряет возможность поддерживать связь с Землей и его миссия на этом завершится.

NASA опубликовало снимки Цереры с финальной орбиты Dawn

6 июня аппарат Dawn выключил свой ионный двигатель, завершив маневр перехода на новую орбиту. Ее период составляет 27 часов. Апоцентр орбиты проходит на высоте 4 тыс. км, перицентр — всего 35 км от поверхности карликовой планеты. Это новый рекорд миссии. До этого Dawn не подбирался к Церере ближе, чем на 375 км.

9 июня Dawn возобновил выполнение своей научной программы. Собранные им данные помогут ученым лучше понять химический состав поверхности Цереры. В свою очередь, это позволит ответить на вопрос где и как где сформировалась карликовая планета — всегда ли она находилась в Главном поясе астероидов или же мигрировала туда из дальних регионов Солнечной системы?

Также аппарат уже передал (https://dawn.jpl.nasa.gov/multimedia/images/) первые фотографии карликовой планеты с новой орбиты. Они сделаны с высоты от 77 до 36 км. Мы еще никогда не видели поверхность Цереры с такой детализацией.

Миссии Dawn движется к своему неизбежному финалу. За почти 11 лет полета у аппарата отказало три из четырех маховиков-гироскопов, необходимых для его правильной ориентации и поддержания контакта с Землей. Для обеспечения заданного положения зонда в пространстве специалистам приходится использовать гидразиновые двигатели. Но дело в том, что станция практически исчерпала все запасы топлива. По текущей оценке специалистов, у Dawn осталось около 7 литров гидразина. Этого должно хватить до сентября.

Впрочем, не стоит забывать, что это весьма приблизительная цифра. Приборы Dawn не показывают точного значения остатков жидкости в баках. Поэтому специалистам приходится оценивать ее количество, исходя из начального запаса и оценочных затрат в ходе коррекций. При удачном раскладе, Dawn сможет проработать до конца октября. При неудачном — он завершит свою миссию уже в августе.

В любом случае, специалисты постараются использовать последние месяцы жизни станции, чтобы собрать максимум информации о самом крупном объекте Главного пояса астероидов. Пока что у космических агентств нет планов по отправке к карликовой планете новых миссий. Поэтому на протяжении еще многих лет переданные летом этого года снимки будут оставаться нашим последним близким взглядом на Цереру. Вот несколько из этих фото.

Раскрывая тайны межпланетного пришельца

Карликовая планета Церера — довольное уникальное и во-многом загадочное тело, которое внимательно изучается зондом NASA Dawn с весны 2015 года. Церера вращается вокруг Солнца примерно между Марсом и Юпитером в поясе астероидов, но научные результаты Dawn позволяют предполагать, что прибыла она в нынешнее “место парковки” из более дальних краев.

Цереру открыли более 200 лет назад, но почти два века люди ничего не могли увидеть кроме точки или маленького пятнышка из-за несовершенства оптики. С Цереры началось открытие Главного астероидного пояса, и за внешнее сходство с далекими звездами астероиды получили свое название — “звездоподобные”. Их размеры так малы, что телескопы прошлого и позапрошлого века были не способны различить хоть какие-то детали поверхности. Сначала Цереру считали планетой, но быстро “разжаловали” в астероиды, и в этом звании она провела два века. Дискуссия о статусе Плутона привела к уточнению термина “планета” и введению нового термина “карликовая планета”. В 2006 году Церера получила звание карликовой планеты, и среди них стала самой маленькой и самой близкой к Земле. К этому времени космический телескоп Hubble смог увидеть ее уже лучше и показать сферическую форму, благодаря которой и досталось это звание. Диаметр Цереры составляет примерно 950 км, что в 3,5 раза меньше нашей Луны и в 2,5 раза меньше диаметра Плутона. Спутник Плутона Харон чуть больше Цереры, но она летает сама по себе вокруг Солнца, поэтому заслужила особое звание.

Остальные карликовые планеты: Плутон, Эрида, Хаумеа и Макемаке вращаются намного дальше — за орбитой Нептуна. Из них только Плутон на краткое время посещался земным зондом New Horizons. В 2015 году к Церере прибыла межпланетная автоматическая станция Dawn (“Рассвет”), за три года он сменил несколько орбит разной высоты: 5100-4400-1500-385-200 км, и теперь Церера — самая изученная карликовая планета.

Dawn — представляет собой классический зонд для исследования безатмосферных тел Солнечной системы: на борту размещен небольшой панхроматический телескоп с восемью спектральными фильтрами на колесе, инфракрасный спектрометр и гамма-нейтронный спектрометр.

Особенностью конструкции Dawn является его двигательная установка — он использует электроракетные ионные двигатели. Особенностью этих двигателей является высокая скорость истечения реактивных газов, которая позволяет расходовать запас гораздо экономнее более распространенных химических двигателей. Недостатком ионников является ничтожно малое количество газа в реактивной струе. Поэтому там где химическому двигателю потребуется включение на несколько минут, ионному придется работать десятки часов. К тому же электроракетные двигатели требуют много энергии, поэтому Dawn оснащен солнечными батареями размахом почти 20 метров.

Несмотря на недостатки ионных двигателей, они позволили Dawn совершить долгий и многоэтапный вояж в поясе астероидов и провести сложную научную программу. Стартовав в 2007 году Dawn прибыл к самому большому астероиду в Главном поясе между Марсом и Юпитерм — Весте. Это яйцеобразное грубое каменное тело размером около 550 км. Если бы Веста имела сферическую форму как Церера, то тоже звалась бы карликовой планетой.

Dawn вышел на орбиту вокруг Весты, и больше года изучал ее с трех разных орбит. Потом зонд воспользовался преимуществами ионной тяги, и вернулся на межпланетную траекторию, чтобы добраться до следующей важной цели — карликовой планеты Церера. Перелет длился два с половиной года.

Любопытный факт: Dawn провел в поясе астероидов восемь лет и совершил три оборота вокруг Солнца, но не встретил ни одного астероида кроме Весты. Это показательный пример того, насколько заполнено астероидами пространство в самой гуще Главного пояса. Если бы в пути попался хоть один известный астероид, NASA не упустило бы возможности изучить его хотя бы издалека и на пролетной траектории.

Сближение с Церерой зимой 2015 года сразу началось с интриги — на поверхности темной карликовой планеты (чуть темнее Луны) обнаружилось несколько ярких белых пятен сконцентрированных на дне одного кратера. Ранее инфракрасный космический телескоп ESA Herschel определил в этом месте выделение водяного пара в интенсивности около 3 кг/с, но гипотезу водяного льда ученые выдвигали осторожно, рассматривая и другие возможности.

Вода на Церере никого не удивила, еще ранее, анализ ее орбитальных характеристик позволил высчитать ее массу, а после уточнения размеров получили среднюю плотность 2,1 г на куб см. Это очень мало в сравнении с каменными астероидами. Например у Весты плотность 3,4 г на куб см, у самой распространенной в Солнечной системе каменной породы базальта плотность около 2,6 г на куб см. Поэтому еще до прибытия Dawn предполагалось большое содержание воды, до 50% в мантии Цереры. Для сравнения, метеориты прилетевшие на Землю с Весты содержат не более 0,04% воды.

Сферическая форма Цереры указывает на прошедшую дифференциацию, т.е. разделение на каменное ядро, возможно с примесью металлов, и каменно-ледяную мантию. Всё это покрыто тонким слоем реголита, накопившемся за миллиарды лет на поверхности.

Открытия Dawn начались с ярких пятен в кратере названном Оккатор, но это было только начало. Сразу заметили еще одну приметную особенность — почти правильный конус горы, названной Ахуна. Она выделялась на фоне средней “шероховатости” поверхности возвышаясь на 5 км с основанием 20 км. Рядом с горой располагается глубокий метеоритный кратер примерно такого же размера, но, вероятно, они не связаны. Зато с противоположной стороны карликовой планеты находится древний и самый большой на Церере кратер от астероида диаметром 280 км. Возможно, гора Ахуна — это вулкан, который сформировался в точке фокусировки сейсмических волн в момент от удара с обратной стороны. Подобные процессы могли происходить на Меркурии (Равнина Жары), Марсе (нагорье Фарсида и Элизий), Земле (плато Путорана). Доказательства вулканизма на горе Ахуна нашли при помощи инфракрасного спектрометра — на вершине и склонах определили отложения карбоната натрия. Вероятнее всего Ахуна является криовулканом, т.е. вулканом извергающим воду с различными примесями. К сожалению, свежих следов вулканизма гора не имеет.

За два года Dawn смог определить множество материалов, которые указывали на прошлую геологическую и химическую активность жидкой воды на Церере: нашлась глина, которая является результатом размывания водой вулканических пород, карбоната натрия, и его варианта связанного с водой в форме гидрокарбоната, более известного как пищевая сода, тоже нашлось много. Органические соединения ответственны за незначительное покраснение в выбросах из некоторых метеоритных кратеров. Более того, оказалось, что эволюция поверхности еще продолжается: со склонов некоторых кратеров сходят оползни, вода испаряется с нагретых солнцем участков поверхности, создает временную атмосферу, и оседает инеем в холодной тени.

Самым ярким подтверждением гидротермальной активности на Церере стали те самые яркие пятна в кратере Оккатор. Сам кратер возник примерно 80 млн лет назад, но белые отложения, которые тоже оказались содой, моложе его на 30 млн лет. Самые свежие отложения вообще недавние по геологическим меркам — около 4 млн лет. В центре наиболее крупного карбонатного пятна тоже возвышается криовулканический купол, только значительно меньше Ахуны.

Еще одну загадку подкинуло изучение гравитационного поля Цереры. По его результатам плотность верхнего слоя карликовой планеты довольно низкая — ближе ко льду чем к камню. По более ранним исследованиям вода должна составлять 40-50% верхней мантии. При этом вызывает удивление стабильность крупных геологических образований, вроде горы Ахуна или многих глубоких кратеров. Обычная мерзлота не удержала бы такие структуры из-за пластичности льда. Получается что-то внутри “держит каркас”. Ученые предположили, что в качестве “арматуры” ледяных недр Цереры выступают клатраты — газовые гидраты — это кристаллические соединения воды и различных газов, которые формируются при определенном соотношение температуры и давления. Например метановый гидрат из воды и метана возникает при 0 град. Цельсия при давлении 50 атм, при понижении температуры необходимое давление уменьшается. Клатраты могут быть в 100-1000 раз прочнее льда, при той же плотности. То есть перед нами косвенное доказательство скрытых в недрах Цереры летучих веществ, которых уже нет на поверхности.

Еще одним подтверждением прошлой дегазации Цереры являются обнаруженные цепи небольших кратеров шириной 1-4 км, длиной до 500 км. Предположительно они возникли в реголите над трещинами в коре карликовой планеты. Трещины могут иметь разное происхождение: от тектоники, от мощного астероидного удара, от изменения объема космического тела вследствие его остывания… Но каждая из этих причин имеет определенные признаки, которых нет на Церере. Наиболее убедительной гипотезой стала именно дегазация, когда из толщи коры через трещины наружу выделялись потоки газов из внутренних резервуаров.

Самой интригующей находкой на Церере стал аммиак обнаруживаемый на поверхности с карбонатами и глинами. Аммиак растворенный в воде понижает ее температуру замерзания, что позволяет криовулканам извергаться даже при минусовой температуре. Аммиак интересен прежде всего тем, что указывает на происхождение Цереры где-то за пределами ее нынешней орбиты, т.е. она пришелец в Главном поясе астероидов.

Такой вывод следует из-за т.н. “снеговой линии” (frost line) — расстояния от Солнца, на котором тепла становится недостаточно для сохранения газообразной формы, что приводит к конденсации газа в твердую форму. Во времена формирования Солнечной системы снеговая линия для воды располагалась на расстоянии примерно 420 млн км от Солнца, т.е. примерно там, где вращается Церера. Сейчас водяная снеговая линия располагается еще дальше — около 750 млн км от Солнца — почти у орбиты Юпитера. Ближе этого расстояния вращаются только каменные планеты, спутники и астероиды, лед на которых может быть только у полюсов, или в тени, или под поверхностью. На земных горных вершинах лед держится благодаря атмосферному давлению. Дальше водяной снеговой линии в изобилии летают ледяные кометы, и спутники планет почти все или состоят из льда, или все покрыты льдом.

В отличии от воды, аммиак имеет более низкую температуру конденсации, и при формировании Солнечной системы его снеговая линия лежала примерно на 80 млн км дальше орбиты Цереры, т.е. он никак не мог принять участие в ее создании. Есть и другие косвенные признаки того, что Церера — гостья в Главном поясе. Как уже упоминалось, воды в карликовой планете несравнимо больше чем в астероидах по-соседству. Исключения только в «выродившихся» кометах, и дальних астероидах у орбиты Юпитера. Еще практически все крупные астероиды Главного пояса имеют собственные семейства, т.е. группы мелких астероидов, которые имеют общие спектральные характеристики и близкие орбиты, а у Цереры такого нет.

В целом, следует признать, что Церера по форме и составу больше похожа на большие спутники Юпитера или даже на остальные карликовые планеты, вроде Плутона. Шарообразные спутники Сатурна в основном имеют меньшую плотность чем Церера, за счет большего содержания льда. Плутон плотнее ледяных спутников, но до Цереры не дотягивает, но она могла набрать плотность за счет “сброса” легких газов, уже после приближения к Солнцу. Наклон орбиты Цереры подсказывает, что она прибыла не от Юпитера, так что возможно когда-то она была карликовой планетой на задворках Солнечной системы. Возможно более подробное изучение даст ответы.

Dawn сейчас готовится перейти на самую низкую финальную орбиту высотой 50 км, это обещает новые подробности на поверхности и новые открытия. Хотя в перспективе стоило бы запустить туда и посадочный зонд. Уже совершенных открытий достаточно чтобы понять ее высокое значение для исследования истории и эволюции Солнечной системы.

https://zelenyikot.livejournal.com/