Гюйгенс

14 января 2005 года зонд, названный в честь голландского астронома XVII века Христиана Гюйгенса, вошел в атмосферу спутника Сатурна - Титана.

Этот снимок получен с высоты 70 километров, а сам спуск продолжался в течение 2,5 часов.

Титан, самый большой из спутников Сатурна, долгое время оставался скрытым за плотной оболочкой желтого смога. Открытие этого спутника приписывают Христиану Гюйгенсу, голландскому ученому-астроному, который заметил его 25 марта 1655 года. Изучая Сатурн, Гюйгенс обнаружил рядом с планетой желтоватый объект, который ранее считался звездой. Гюйгенс выдвинул гипотезу, что это может быть спутник, и его последующие наблюдения подтвердили это предположение.

Название "Титан" было присвоено спутнику лишь в XIX веке, когда Джон Гершель, английский астроном, предложил именовать спутники Сатурна в честь богов из римской мифологии, родственников бога Сатурна.

Титан заслужил свое имя благодаря внушительным размерам: его диаметр составляет 5149 км, что делает его крупнее Меркурия и лишь немного уступающим Марсу и Ганимеду по размеру.

В начале XX века, испанский астроном Хосеп Сола заметил, что края Титана светятся ярче его центра, что позволило ему предположить наличие атмосферы у этого спутника. Позже, в 1944 году, Джерард Койпер провел спектральный анализ Титана и подтвердил, что у спутника действительно есть атмосфера, состоящая в основном из азота с добавлением метана.

До середины XX века о Титане было известно мало: космический аппарат «Пионер» смог лишь зафиксировать нечеткое изображение спутника, напоминающее маленький апельсин.

Действительно, космические аппараты "Вояджер" сыграли важную роль в изучении Титана, предоставив ценные данные о его атмосфере и температуре. Температура поверхности Титана, составляющая примерно минус 180 градусов Цельсия (или 93 Кельвина), подтверждает его статус одного из самых холодных тел в Солнечной системе.

Уникальный антипарниковый эффект Титана, вызванный слоем дымки в верхних слоях атмосферы, действительно снижает температуру поверхности на 20 градусов Цельсия. Этот слой дымки поглощает видимый свет, но пропускает инфракрасное излучение, что позволяет теплу уходить в космос. Без этого слоя дымки парниковый эффект, вызванный азотом и метаном, был бы более выраженным, и Титан был бы теплее.

Эти открытия подчеркивают сложность атмосферных процессов на Титане и дают представление о том, как различные факторы могут влиять на климатические условия на других планетах и спутниках.

Миссия "Кассини-Гюйгенс" предоставила большую часть информации, которой мы располагаем о Титане. Зонд "Гюйгенс" успешно приземлился на поверхность Титана 14 января 2005 года, став первым зондом, совершившим мягкую посадку за пределами Земли и её Луны.

"Кассини" провел множество пролётов возле Титана, собирая данные о его атмосфере, поверхности и климате. Оказалось, что на Титане действительно есть твердая поверхность, покрытая сложными гидрологическими системами, включая реки, озёра и даже моря из метана и этана. Эти открытия значительно расширили наше понимание не только Титана, но и других подобных тел в Солнечной системе.

Миссия "Кассини" также помогла учёным узнать больше о динамике атмосферы Титана и о том, как метановый цикл влияет на его погодные условия, аналогично водному циклу на Земле. 

Момент, когда зонд "Гюйгенс" вошел в атмосферу Титана,  был наполнен напряжением и ожиданием. Скорость входа в атмосферу 6 км/с и последующее более часовое ожидание сигнала добавляли драматизма ситуации. Когда зонд достиг высоты около 30 км над поверхностью, начали появляться первые изображения рельефа, которые показали удивительное сходство с земными ландшафтами.

Открытие гор, разрезанных темными каналами, и разветвленных речных систем, хоть и высохших, указывало на то, что на Титане когда-то были дожди, возможно, из жидких углеводородов. 

Титан представляет собой уникальный мир, скрытый под плотным слоем атмосферы, который не пропускает видимый свет. АМС "Кассини" использовала радар с специальной апертурой для того, чтобы видеть через эту атмосферу и получить изображения поверхности в радиоволновом диапазоне, а также инфракрасные сенсоры для картографирования поверхностных структур.

Темные пятна, которые первоначально были приняты за метановые моря, оказались обширными дюнами. Эти дюны, состоящие из замерзших частиц углеводородов, напоминают земные песчаные пустыни и являются одной из многих удивительных особенностей Титана. Они занимают значительную часть экваториальной области и дают ученым важную информацию о ветровых процессах и геологической активности на спутнике.

Песок Титана по составу совершенно другой: это не горные породы, а – органика, т.е. твердые углеводороды.

То, что кажется камнями, на деле является кусочками льда. Изображения показывают, что эти ледяные образования скруглены, подобно гальке, что указывает на то, что в прошлом здесь могли быть моря или озера. Под воздействием жидкого метана, который действует не на скальные породы, а на более мягкий лед и при этом в условиях высокого давления, ледяные камни на Титане должны изнашиваться значительно быстрее, чем на Земле.

Зонд "Гюйгенс" передавал данные лишь короткое время: весь процесс, включая спуск, занял всего 2 часа 27 минут. Аппарат "Кассини" обнаружил наличие метановых озер и морей на поверхности Титана, преимущественно в районе полюсов. Наибольшее из них, море Кракена, сопоставимо по размерам с Каспийским морем и расположено в северном полушарии.

Угол наклона оси Титана составляет 26 градусов относительно его орбитальной плоскости, что обуславливает смену сезонов на этом спутнике. Однако продолжительность сезонов на Титане значительно превышает земную, так как он делает полный оборот вокруг Солнца за 30 лет по земным меркам. Исследователи разработали компьютерную модель, которая демонстрирует, что в течение одного сатурнианского года метан испаряется с экваториальных регионов и перемещается к полюсам, где он оседает в виде осадков. Это может объяснить, почему экваториальные области Титана относительно сухие.

Свидетелем метановых дождей на Титане быть невероятно интересно: из-за гравитации, которая в семь раз слабее земной, и вязкости метана, капли дождя могут достигать размеров, сопоставимых сяйцами птиц.

Титан выделяется среди других спутников Солнечной системы своей плотной и обширной атмосферой, высота которой равна 500 километрам — такой же, как у Земли. Основным компонентом этой атмосферы является азот, составляющий 98,5%, хотя ближе к поверхности его доля снижается до 95%. Дополняет состав метан, занимающий 1,5% (и до 5% в тропосфере), а также небольшое количество водорода (0,1-0,2%) и следы этана, пропана и ацетилена.

Многослойная дымка обеспечивает плотность атмосферы Титана. Её основные слои — нижний, содержащий преимущественно этан, и верхний, богатый толинами. Толины – это сложные органические вещества, которые получаются в результате разложения метана ультрафиолетовым излучением.

Титан находится на расстоянии примерно 1,2 миллиона километров от Сатурна и испытывает сильное приливное воздействие со стороны планеты. Это влияет на его форму: в афелии, когда Титан находится наиболее удаленно от Сатурна, он ближе к идеальной сфере, а в перигелии — более сплюснут. Разница в диаметре составляет около 10 метров.

Эти приливные эффекты подтверждают предположение ученых о том, что под поверхностным слоем льда Титана может находиться слой жидкости. Предполагается, что это может быть водный океан с растворенным аммиаком, который снижает температуру замерзания до примерно -100°C. 

Предполагается, что под поверхностным океаном Титана находится дополнительный слой льда, который испытывает сильное давление, а в самом центре спутника расположено обширное ядро из гидросиликатов. На данный момент эта информация о структуре Титана является гипотетической и требует подтверждения.

Индикатором наличия подледного океана может служить анализ изображений, сделанных космическим аппаратом «Кассини» в 2005 и 2007 годах. Изменения в ландшафте на расстояние в 30 километров подтверждают теорию о том, что ледяная корка Титана не соединена напрямую с его основной массой, а разделена глобальным слоем жидкости. Предположительно, этот океан находится на глубине около 100 километров и содержит соли. Ученые предполагают, что из-за высокой солености океана вероятность обитания в нем жизни крайне мала.

Ключевой темой этой статьи будет свет — как физический в виде электромагнитного спектра, так и метафорический в виде света знаний, разгоняющего мрак.

Вы читаете меня, благодаря тому, что экран вашего устройства излучает фотоны света, которые сталкиваются вашей сетчаткой, поглощаются колбочкой или палочкой, что, в свою очередь, возбуждает нейронную сеть в вашем мозге. То есть у вас в голове почти буквально загорается лампочка. Этот инструмент человеческого восприятия довольно ограничен. Мы видим только в оптическом диапазоне, который составляет очень скромную часть от всего электромагнитного спектра. Да и в нём наше восприятие крайне ограничено чувствительностью наших сенсоров (попробуйте в ясную ночь взглянуть хотя бы в обычный 10 кратный бинокль в самую пустую часть неба) и обрабатывающим процессором, который ещё и сбоит, порождая иллюзии.

Не удивительно, что инструменты расширяющие эти скоромные возможности многие считают буквально символами науки. Речь, конечно, о телескопе и микроскопе. И есть человек, который имеет непосредственное отношение к ним обоим, хотя и не является создателем ни одного из них. Но в плане открытий и изобретений ему есть чем похвастать. Я говорю о человеке, чья цитата висит над комнатой моих детей. Тут бы самое место его представить, но я немного потяну интригу.

[Кстати, есть видеоверсия данной статьи]

И для начала этой истории мы перенесёмся в Голландию эпохи просвещения. В слове просвещение есть корень свет, но нет корня свят, что довольно символично.

Тема света в прямом и переносном смысле пронизывает науку и искусство этого времени. И одним из самых ярких источников этого самого света является Голландия, переживающая свой золотой век. Давайте взглянем, что там происходит.

Вот, например, работы голландского художника Яна Вермеера, где свет играет особую роль. Думаю, фотографы оценят светотеневой рисунок. Его художественные мастерские, кстати, были уставлены микроскопами, и неспроста. Но к этому мы вернёмся чуть позже. В это же время Голландский математик Виллеброрд Снеллиус открывает закон преломления света, названый позже в его честь. И здесь же зарождается волновая теория света, её впервые озвучил наш главный герой. Пожалуй, настало время явить его на свет: Христиан Гюйгенс.

Отец нашего героя Константин Гюйгенс был дипломатом, писателем, поэтом, композитором и переводчиком. А ещё он был ценителем искусств, восхищался работами Рубенса и именно он открыл молодого и перспективного тогда художника Рембрандта, который несколько раз изображал его на своих полотнах. Да что там, сам Декарт выражал уважение в своих воспоминаниях о встрече с ним. Так что Христиану Констатнинычу с семьёй, пожалуй, повезло. В доме у него были вещи со всех концов света, а частыми гостями были мыслители из других стран. И если его отцу, как я уже сказал, выражал респект Декарт, то его работами вдохновлялся уже молодой Ньютон.

Повезло Гюйгенсу и с местом. В Италии того времени Галилео Галилей и Джордано Бруно открывшие другие миры и рассуждавшие об иных формах жизни имели у себя на родине, скажем так, некоторые сложности. А живший в это время в Голландии Христиан Гюйгенс, признававший идеи обоих, жил в почёте и уважении. Хм, казалось бы, и при чём тут шутка про свет и свят?

Так вот. Галилео Галилей был первым, кто направил зрительную трубу в небо и фактически использовал её как телескоп. Кстати, этот самый первый телескоп был усовершенствованной зрительной трубой голландской конструкции. Галилео позвали профессором в Лейденский университет. Думаю вы догадались в какой стране он находится.

Но вернёмся к нашему герою. Гюйгенс обожал шлифовать и полировать линзы. Он собственноручно построил телескоп с пятиметровой трубой. Он стал первым, кто определил радиус другой планеты, идя по стопам Эратосфена, ну вы помните, тот самый который определил радиус нашей, я рассказывал это в одном из видео. Так вот, Гюйгенс также первым зарисовал географический объект на Марсе (мы сейчас его называем большой Сырт). Это позволило определить продолжительность марсианских суток, которые оказались не так уж далеки от земных. Гюйгенс первым высказал предположение о том, что Венера полностью покрыта облаками.

Галилей открыл кольца Сатурна, но в его короткий телескоп они выглядели как два симметричных выступа, которые он ласково называл ушами. У Гюйгенса телескоп был длиннее, и в него он рассмотрел уже сами кольца, установив тот факт, что они не соприкасаются с планетой. Хорошо иметь длинную трубу.

Буквально пару месяцев назад мы обновили рекорд по количеству обнаруженных нами спутников Сатурна. На сегодня их уже 145. Но крупнейший из них - Титан, ещё тогда в 17 веке открыл наш герой.

Телескопы позволили собирать больше света, и именно с них началась наша способность видеть гигантские объекты на огромных расстояниях. Но как насчёт очень маленьких объектов совсем рядом?

В эпоху великих географических открытий популярным товаром были ткани. Торговцы мануфактур проверяли их качество с помощью увеличительного стекла. Именно такие стёкла взял за основу своего изобретения голландский конструктор Антони ван Левенгук. Сконструированный им микроскоп открыл целый новый мир, не хуже новых земель или далёких звёзд. Он увидел микробов, которых назвал animalcules (от лат. «маленькие животные»).

И вы спросите, а при чём здесь Гюйгенс? Дело в том, что Левенгук был душеприказчиком Яна Вермеера (теперь понятно что у него в художественных мастерских делали микроскопы). А он, в свою очередь, был частым гостем в доме Гюйгенсов (ну вы помните - отец нашего героя был ценителем искусств). Голландия того времени - большая деревня.

Христиан Гюйгенс участвовал в создании первых микроскопов и сделал с их помощью немало открытий. В частности, он пытался объяснить, почему в стерилизованной кипячением воде всё равно размножаются микробы, пусть и медленней. Он высказал предположение о том, что они достаточно малы, чтобы переноситься по воздуху и размножаться, попадая во влажную среду. Довольно смелое предположение, бросающее вызов господствующей тогда теории самозарождения жизни. Через 200 лет это смелое предположение доказал Луи Пастер. Левенгук и Гюйгенс идейные прародители микробной теории болезней. А значит они сыграли роль в зарождении современной медицины.

Кстати, о ролях. Раз уж возникла аналогия с кинематографом, то не могу не упомянуть такую штуку, как волшебный фонарь - Laterna magica. Упрощая — это такая коробка, с отверстием, в которое ставили стеклянную пластину с изображением. А внутри свеча или лампада. Фактически это прадед современного проектора, которым уже в те времена развлекали сначала принцев и королей, а после и простое население. Да это же буквально начало киноиндустрии. Часто изображение проецировалось на дым, что создавало фантасмагорию (в дословном переводе — выступление призрака). Иезуиты использовали их в религиозных целях, пугая людей «ужасами преисподней». Учёные же использовали его в научных целях, а в 19 веке и для проецирование своих лекций. Как видите, все по-разному распорядились новой технологией. Тогда же их начали активно применять в своих выступлениях фокусники. Один из них, Трюи был хорошим другом Антуана Люмьера. Про его сыновей я рассказывал в ролике про форматы бумаги. В общем, соберётесь смотреть кино, вспомните добрым словом изобретателя волшебного фонаря. Думаю вы уже догадались, кто им был (и кстати, magic lantern — это название неофициальной прошивки расширяющей возможности цифровых фотоаппаратов canon).

В этом ролике я упомянул лишь изобретения и открытия Гюйгенса как то связанные со светом. Мы ещё вернёмся к нему в сюжете про время, ведь он изобрёл кое-что, что дало толчок настоящему прорыву в навигации. Затем мы снова вспомним его в статье про историю теории вероятностей, где он стоял у истоков. Но и это не полный список, ведь он же изобрёл воздушный насос, давший толчок горной промышленности и понял, как вычислять центробежную силу. И он же был первым президентом Французской академии наук, и первым иностранным членом Лондонского королевского общества (что чуть раскрывает смысл цитаты из картинки).

Всё это было во времена, когда корабли открывали новые горизонты на нашей планете. Сейчас новые горизонты гораздо дальше. Буквально. Зонд "новые горизонты" сейчас на расстоянии в 50 раз превышающем расстояние от земли до солнца. А 15 октября 1997 года к открытому Гюйгенсом Титану отправили космический зонд. Он был назван в его честь. Такая вот связь времён.

На смену Телескопам Галилея сегодня пришёл Джейм Уэбб и Хаббл. Место микроскопа Левенгука заняли сканирующие зондовые микроскопы и спектрометры (недавно вот удалось "сфоткать атом"). Здорово осознавать, что все эти изменения начались не так уж давно с участием молодого парня, который очень любил шлифовать линзы.

Мой канал в телеграмм