Кратко: обе программы радикально расширили представления о внешней Солнечной системе — от динамики гигантов и их магнитосфер до наличия активной геологии и потенциально обитаемых сред на ледяных спутниках. Ниже — ключевые роли, неожиданные открытия и открытые научные вопросы.
Роль и основные достижения Voyager (миссии Voyager 1 и 2)
- Задача/время: запуск в $1977$, последовательные пролёты по программе «Гранд‑тур» (Юпитер $1979$, Сатурн ~$1980$, Voyager 2 также Уран $1986$ и Нептун $1989$).
- Что дали:
- детальные снимки и картирование атмосфер, колец, спутников гигантов; открытие множества малых спутников и тонких колец;
- фундаментальные данные по магнитосферам и взаимодействию плазмы с атмосферами и кольцами;
- первый прямой выход в межзвёздное пространство: Voyager 1 пересёк гелиопаузу в ~$2012$ (~$121$ AU), Voyager 2 — в ~$2018$ (~$119$ AU), дав данные о структуре гелиосферы и межзвёздном поле.
- Неожиданные открытия:
- активная вулканическая деятельность на Ио — первое обнаружение крупной вулканической активности вне Земли;
- геологически молодая, сложная поверхность спутников (например, Европа, Титан, Тритон) и неожиданная динамика атмосфер (включая Большое тёмное пятно на Нептуне);
- у Тритона — контролируемые геологические выбросы/гейзеры, ретроградная орбита, следы недавней геологической активности.
- Вопросы, оставшиеся от Voyager:
- внутренняя структура и схема генерации магнитных полей планет‑гигантов (особенно Урана и Нептуна);
- природа и источники энергии геологически активных спутников (глубина океанов, теплообмен);
- детальная структура и динамика гелиопаузы и взаимодействие Солнечной системы с межзвёздной средой (нужны новые, современные измерения на больших расстояниях).
Роль и основные достижения Cassini (Saturn Orbiter)
- Задача/время: запуск $1997$, прибытие к Сатурну $2004$, миссия основной фазы и расширения до конца «Grand Finale» и затопления в атмосфере в $2017$.
- Что дали:
- подробная карта колец Сатурна, выявление микроструктур (пропеллеры, споки), динамики и обмена массой между кольцами и спутниками;
- детальное изучение Титана: плотная азотно‑метановая атмосфера, сложная органическая химия, реки и озёра жидких углеводородов; атмосферные процессы и метановый цикл;
- открытие мощных водяных паровых выбросов (плума) на Энцеладе, обнаружение в струях воды соли, органических молекул и молекулярного водорода $H_2$ — сильные признаки подледного океана и гидротермальной активности;
- измерения внутреннего строения Сатурна, его кольцевой массы и сезонных атмосферных явлений.
- Неожиданные открытия:
- наличие поверхностных морей и погодной системы на Титане (озёра метана/этана);
- активный, теплый и химически богатый источник на Энцеладе, выбрасывающий материалы прямо в космос;
- сложная взаимосвязь колец, микрометеорных потоков и спутников.
- Вопросы, оставшиеся от Cassini:
- степень обитаемости Энцелада: состав океана, источники энергии, наличие и сложность органики (требуются прямые пробы/анализ струй и/или посадка);
- внутренняя структура и эволюция Титана (глубина/состав океана под льдом, роль предбиосинтеза на поверхности и в атмосфере);
- происхождение, возраст и масса колец Сатурна; механизмы их образования и разрушения;
- точное определение периодов вращения и динамо‑процессов в недрах гигантов; влияние внутренних процессов на атмосферную динамику.
Какие научные вопросы и направления открыты для следующих поколений миссий
- Исследование ледяных океанов и потенциальной жизни:
- миссии к Энцеладу: образцы струт/плума или орбитальные анализаторы с высокой чувствительностью; посадочные комплексы/инструменты для поиска биосигнатур.
- миссии к Титану: аэростаты/шарики, плавательные аппараты для морей, аналитические лаборатории для органики.
- Орбитеры и зонды ледяных гигантов:
- полнофункциональные орбитеры к Урану и Нептуну (изучение атмосфер, колец, спутников, внутренней структуры и магнитосфер) — ключ к пониманию «ледяных гигантов», которые составляют большинство экзопланет.
- Возвращение образцов и in‑situ анализ:
- пробы кольцевого материала, образцы струй Энцелада, пробоотборник с Титана (органика) или атмосферные зонды гигантов.
- Дальнее исследование гелиосферы и межзвёздного пространства:
- межзвёздный зонд с современными инструментами, способный выйти за $\gtrsim 200$ AU и измерить поток частиц, магнитные поля и ISM.
- Глубокие вопросы по эволюции и динамике:
- происхождение и возраст колец; маршруты переноса материалов между диском, кольцами и спутниками;
- механизмы генерации магнитных полей у асимметрично ориентированных планет (Уран/Нептун);
- химическая эволюция органики на холодных мирах и её связь с предбиологическими процессами.
Краткий вывод: Voyager и Cassini не только сделали революционные открытия (активные вулканы на Ио, океаны и плу́мы на Энцеладе, моря на Титане, структурирование колец, выход в межзвёздное пространство), но и поставили конкретные, практически исполнимые задачи для следующих миссий: найти и исследовать потенциально обитаемые среды, измерить внутренние структуры ледяных гигантов и выйти за пределы гелиосферы современными приборами.