Земля + Кассини

Eгo диaмeтp cocтaвляeт пpимepнo 2 000 килoмeтpoв (15,7% oт диaмeтpa Зeмли), a cкopocть oблaкoв дocтигaeт 540 килoмeтpoв в чac (150 мeтpoв в ceкунду).

Этo изoбpaжeниe в иcкуccтвeнныx цвeтax былo coздaнo нa ocнoвe дaнныx, пpeдocтaвлeнныx кocмичecким aппapaтoм NASA "Kaccини" 27 нoябpя 2012 гoдa. B мoмeнт фoтocъeмки зoнд нaxoдилcя нa paccтoянии 419 000 килoмeтpoв oт вepxниx cлoeв aтмocфepы гaзoвoгo гигaнтa.

На точке побольше умещается всё человечество, а на той, которая поменьше, было всего несколько человек.

Земля и Луна, запечатлённые зондом «Кассини» 19 июля 2013 года

История одного расследования

В социальных сетях — в группах и сообществах — регулярно случаются публикации, вызывающие неоднозначную реакцию. Это нормально, что люди спорят. Это гораздо лучше, чем если бы они со всем соглашались и принимали всё на веру — безоговорочно и обреченно. Тем более, появляется возможность отыскать то важное недостающее звено в нашем мировосприятии, которое не позволяет многим людям принять ту самую точку зрения, которая была бы действительно конструктивной и правильной.

Недостающее звено это — пустота между процессом получения данных и их публикацией.

Мы живем уже не в то время, когда можно авторитетно ссылаться на авторитетов. Надо доказывать, причем, самым простым и понятным образом.

Перейдем к теме.

Очевидно, к годовщине события в Фейсбуке появилась фотография, сделанная одной из камер межпланетной станции Кассини: Вид Земли и Луны из окрестностей Сатурна. На снимке только лучистая “звёздочка” Земли, и средней яркости точка Луны. И еще блик — результат переотражения в линзах — от Земли, предположительно (но это не точно).

И конечно же, незамедлительно последовал вопрос: "Почему не видно звёзд?"

Вопрос не новый. Его уже задавали в тысяче споров о том “Летали американцы на Луну или нет?”. Но в “Лунной теме” все понятно — яркость лунного ландшафта такова, какова яркость раскаленного летнего асфальта, слепящего глаза в солнечный день. Какие уж тут звезды, если выдержка при съемке 1/1000 секунды — звездам нужно в 1000 раз больше — как минимум.

Но в дальнем-то космосе, когда на снимке есть далекие Земля и Луна — сами как звезды, почему звёзд опять не видно?

Попытаемся в этом разобраться.

Систему “Земля-Луна” и Сатурн в среднем разделяет расстояние около 10 астрономических единиц или полутора миллиардов километров. Насколько яркими являются Земля и Луна с такого расстояния?

Можно приблизительно прикинуть, что Земля Подобна Венере — альбедо (отражающая способность) нашей планеты более чем в полтора раза слабее венерианской. Правда, Земля чуть крупнее Венеры. Поэтому оценка “полтора раза” по альбедо будет в самый раз. Венера с расстояния в 1 астрономическую единицу видна как светило минус четвертой звездной величины. Земля была бы видна с такого расстояния в полтора раза слабее — на половину звездной величины — то есть, минус четвертой звездной величины был бы блеск Земли в тех условиях, в которых мы наблюдаем Венеру — то есть, с расстояния в 1 астрономическую единицу.

Перенесемся на Сатурн. Расстояние увеличилось в 10 раз. Значит яркость Земли уменьшится в 10 в квадрате — в сто раз.

Из курса астрономии (надеюсь на эту тему написать отдельную статью) разница по яркости в 100 раз — это ровно 5 звездных величин. Нужно добавить еще одну, потому что Земля отстоит от Солнца в полтора раза дальше Венеры, что при возведении в квадрат дает более двух раз, и обеспечивает разницу блеска в 1 звездную величину.

Стало быть Земля с орбиты Сатурна будет на шесть с половиной звездных величин слабее, чем Венера в небе Земли.

По этой весьма приблизительной оценке, яркость Земли на снимке станции Кассини — это вторая звездная величина.

Луна — по альбедо она в три с половиной раза тусклее Земли, а еще Луна по диаметру в три с половиной раза меньше (а соотношение диаметров нужно возвести в квадрат, потому что нам критична видимая площадь объекта). Итого, соотношение яркостей Земли и Луны будет три с половиной в кубе, что есть около 40 раз, или 4-х звездных величин.

Предполагаемая звездная величина Луны, при наблюдении её из окрестностей Сатурна будет всего 6m — на пределе видимости глазом.

Значит, если бы поблизости луча зрения в сторону Земли и Луны располагались какие-то звезды, доступные глазу по своей яркости, они на снимке обязаны были получиться.

Но были ли в этом районе неба столь яркие звезды?

У нас есть способ проверить это.

Программа Stellarium.

Это виртуальный планетарий в вашем компьютере или смартфоне, который показывает вид звездного неба на заданную дату и момент времени для некоторого конкретного пункта на земном шаре. Но Stellarium может показать вид звездного неба — с планетами и малыми телами Солнечной системы — для виртуального наблюдателя, находящегося на поверхности того или иного небесного тела. Мы можем перенестись на один из спутников Сатурна, и посмотреть в сторону Земли глазами Кассини.

Какой спутник Сатурна выбрать?

Предлагаю Тефию — эдакое подобие “Звезды смерти” из Звёздных войн — обладательницу самого большого ударного кратера в Солнечной системе. Для этого всего лишь надо выбрать название спутника в выпадающем списке небесных тел, до которых в программе Stellarium предусмотрены прямые и регулярные рейсы. мы можем выбрать даже точку посадки — например дно того самого огромного кратера с названием “Одиссей”.

А еще нам необходимо перенестись в дату, когда был сделан обсуждаемый фотоснимок — 19 июля 2013 года.

Перелет в пространстве и времени совершается практически мгновенно. Нашему взору предстает завораживающая картина:

Мы смотри на Сатурн с неосвещенного Солнцем тыла. Помимо известных нам звезд и созвездий в небе блестят некоторое количество непривычных для землянина светил — это свита спутников “Властелина времени”, коим считался Кронос у древних греков, знакомого нам своим римским именем — Сатурн. Но не только спутники Сатурна украшают небо окраин Солнечной системы. Вокруг далекого Солнца можно отыскать несколько планет. Где-то среди них таится Земля с Луной. Сразу и не угадаешь, где здесь Земля.

К счастью, в Stellarium небесные объекты подписаны. Я намеренно отключил подсказки, чтобы проникнуться непривычным видом сатурнианских небес. Но если включить маркеры обратно, все станет понятно:

Земля оказалась совсем рядом с Солнцем. И это не удивительно, ведь орбита Земли находится глубоко внутри орбиты Сатурна. И для наблюдателя этих холодных и далеких краев Земля не удаляется от Солнца далее, чем на 7 градусов. Это очень мало. Неуловимый Меркурий с Земли трудно наблюдать именно из-за близости к Солнцу, а ведь он в максимальных элонгациях уходит от Солнца на 27 градусов. И все равно его мало кто видел. Это я к тому, что сфотографировать Землю из окрестностей Сатурна очень непросто из-за видимой близости к Солнцу.

В этот день — 19 июля 2013 года — элонгация Земли как раз была максимальной. Нам повезло. И вероятнее всего это время для съемки было выбрано не случайно.

Ну, а где же Луна?

Для этого нам нужно существенно увеличить масштаб — применить буквально телескопическое увеличение.

В процессе увеличения масштаба, многочисленные звезды будут появляться на экране и разбегаться к его краям, но Луна окажется видимой отдельно от Земли лишь тогда, когда самые слабые звезды, которые показывает Stellarium, исчезнут из нашего поля зрения.

Это не значит, что звезд в этом направлении во Вселенной не существует. Просто, они настолько слабые, что даже Stellarium о них ничего не знает.

Впрочем, если обратно уменьшить масштаб и найти ближайшую на небе к Земле и Луне слабую звезду, можно навести о ней справку — она будет слабее 10-й звездной величины. Но даже она осталась бы за пределами поля зрения камеры межпланетной станции Кассини.

Из Сатурнианских далей Земля и Луна практически сливаются. Расстояние между ними в этот день составляло лишь 24 угловые секунды — это в полтора раза меньше, чем между компонентами двойной звезды Альбирео. Когда фотографируют Альбирео, чаще всего тоже получается кадр, на котором только два компонента системы, и — всё — других звезд почти не видно.

Мы можем увеличить масштаб еще больше, и посмотреть Землю и Луну более детально. Это познавательно.

Кстати, Stellarium с легкостью вычисляет блеск того и другого светила. По его данным блеск Земли составляет 2,85m, а блеск Луны 7,16m. В предлагаемых мною быстрых и грубых оценках мы ошиблись в среднем на 1 звездную величину. И как можно понять, средние по яркости звезды камера станции Кассини берет уверенно, просто их в поле зрения поперечником в несколько угловых минут (Stellarium-у спасибо — он и это подсказывает) просто не оказалось. Но какие-то звезды там, конечно есть, которые просто камерам недоступны… или…

А что, если мы их поищем?

Я скачал снимок из Фейсбука и поднял его яркость в графическом редакторе настолько, насколько это было разумно.

И что-то, напоминающее звезды, на картинке вылезло. Хотя, нет никакой гарантии, что это именно звезды — отождествить с реальными светилами мы их не можем — Stellarium тут не помощник. Быть может это просто артефакты сжатия, ведь снимок скачан из соцсети, и там он был пережат многократно и безжалостно.

Но я не поленился поискать нечто альтернативное. Ведь не только в фейсбуке этот снимок существует. И я нашел аналогичный имидж на сайте Phys.org — в публикации описывающей, именно обсуждаемую тему. И там качество картинки лучшее. И на ней — вот, сюрприз! — присутствуют звезды.

Какие здесь есть замечания?

Снимки имеют разную ориентацию. быть может это лишь центральные фрагменты некоторого большого и непригодного к публикации исходника, по разному вырезанные для тех или иных статей и отчетов. А может быть это снимки сделанные в разное время и из разных положений космической станции с разной ориентацией поля. Потому что я попытался сопоставить подозрительные звездные объекты на обоих снимках, и они по большей части не совпали, И было бы странно, если бы Кассини делал лишь по одному кадру каждой выбранной для него цели. Так не бывает. А может быть на имидже из Фейсбука действительно нет никаких звезд — только шумы и артефакты сжатия. Но, как минимум мы убедились в том, что это вполне правдоподобная ситуация — попадание в кадр с Землей и луной какой-то более или менее яркой звезды — скорее большое везение, нежели обязательное дело.

24 года назад, 15 октября 1997 года, с мыса Канаверал стартовала ракета-носитель «Титан IV-Б» с разгонным блоком «Центавр». Она вывела на орбиту межпланетную станцию «Кассини-Гюйгенс», которая отправилась в свой долгий путь к Сатурну. Совместный проект NASA, ESA и Итальянского космического агентства для исследования планеты Сатурн, его колец и спутников.

1 июля 2004 года станция вышла на орбиту Сатурна. 25 декабря аппарат «Гюйгенс» отделился от «Кассини» и спустя три недели вошёл в атмосферу Титана, успешно «прититанившись» на поверхность.

15 сентября 2017 года, после почти 20 лет работы, «Кассини» был планово направлен в атмосферу Сатурна, где зонд разрушился и сгорел. Всё это происходило в прямом эфире с трансляцией в социальных сетях (с задержкой на 83 минуты из-за дальности Сатурна).

Эта точка, на которую указывает стрелка — наша планета