卡西尼惠更斯任務(wù)是美國宇航局，歐空局（歐空局）和意大利航天局的合作項(xiàng)目。 JPL負(fù)責(zé)管理美國航空航天局科學(xué)任務(wù)總局的任務(wù)。 JPL設(shè)計(jì)，開發(fā)和組裝了卡西尼軌道器。
圖左為裝配完畢的卡西尼號，圖右為卡西尼號部件詳解。
在土星的時候，卡西尼已經(jīng)做出了許多戲劇性的發(fā)現(xiàn)，其中包括被冰覆蓋的土衛(wèi)二，并推算出冰冷的土衛(wèi)二底下海洋的活躍性，以及土衛(wèi)六上伴有甲烷的濃厚大氣層。
卡西尼號發(fā)射20年以后，環(huán)繞星球軌道13年之后，卡西尼的燃料運(yùn)行不足。 2010年，美國宇航局決定今年結(jié)束對土星的探測，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，將對未來進(jìn)一步勘探提供幫助，特別是潛在居住的土衛(wèi)六。
卡西尼的開始，在許多方面就像一個全新的使命?？ㄎ髂峁こ處焸兝昧硕嗄甑慕?jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一個飛行計(jì)劃，將最大限度地發(fā)揮航天器的科學(xué)探測上的價值。由于在未來五個月內(nèi)剔除其終端軌道，該任務(wù)將提出令人印象深刻的科學(xué)成就清單。
NASA在加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的卡西尼項(xiàng)目科學(xué)家琳達(dá)·斯皮勒（Linda Spilker）表示：“卡西尼旅程在壽命結(jié)束時會做出一些最特別的觀察?！?/p>
任務(wù)團(tuán)隊(duì)希望能夠獲得對土星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和土星環(huán)起源的強(qiáng)有力的洞察力，第一次對土星大氣和粒子進(jìn)行抽樣，并且捕捉到最近有關(guān)土星的云層和內(nèi)環(huán)的現(xiàn)象。目前，該團(tuán)隊(duì)正在對機(jī)器人探測器將遵循的命令列表進(jìn)行最終檢查，以執(zhí)行其科學(xué)觀察（稱為程序）。該程序預(yù)定于4月11日星期二上傳至航天器。
卡西尼將于4月22日星期六過渡到其巨大的終點(diǎn)軌道，與土衛(wèi)六泰坦進(jìn)行最后一次緊密飛行。在任務(wù)過程中泰坦的重力將使卡西尼的飛行路線彎曲。卡西尼的軌道會縮小，使它在土星和土星環(huán)的內(nèi)緣之間通過。
9月中旬，隨著與泰坦的遙遠(yuǎn)的相遇，航天器的路徑將彎曲，以便潛入土星。當(dāng)卡西尼在9月15日進(jìn)入土星軌道中時，它會發(fā)出多方面的數(shù)據(jù)，最引人注目的是關(guān)于大氣組成的數(shù)據(jù)，直到信號丟失為止。
“卡西尼的盛大決賽不僅僅是一個最后的下降，”Spilker說。 “對于我們無畏的宇宙探測器而言，這是一個令人興奮的決定，如此豐富的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，這種方式結(jié)束任務(wù)是明確的選擇。
卡西尼飛行線路
“卡西尼號”(Giovanni Domenico Cassini)的土星之旅
35億千米的征程
380多年前，意大利科學(xué)家伽利略在人類歷史上第一次把望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了天空中的星星，把古老的天文學(xué)推進(jìn)到了一個全新的時代。伽利略在用望遠(yuǎn)鏡觀測土星的時候，發(fā)現(xiàn)土星的圓面兩側(cè)有好像人耳朵一樣的東西。1659年，荷蘭科學(xué)家惠更斯在經(jīng)過更精細(xì)的觀測之后確定，土星的這兩個像耳朵一樣的東西，實(shí)際上是連在一起的，是一個環(huán)繞土星的扁平圓環(huán)。
卡西尼出生在意大利，后到法國，擔(dān)任巴黎天文臺首任臺長。1675年，他在對土星光環(huán)進(jìn)行觀測時，發(fā)現(xiàn)在這個光環(huán)的中間有一條黑暗的縫隙，把光環(huán)分為內(nèi)外兩部分。后來，天文學(xué)家就把這條縫隙稱為卡西尼環(huán)縫。
1989年10月18日，美國和歐洲合作發(fā)射了“伽利略號”太空探測器。1995年12月7日，“伽利略號”進(jìn)入繞木星飛行的軌道，開始對木星和木星的四顆大衛(wèi)星進(jìn)行科學(xué)研究。當(dāng)年，正是伽利略用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了這四顆木星衛(wèi)星。把太空探測器取名為“伽利略號”，就是為了紀(jì)念伽利略的這一發(fā)現(xiàn)。
受到“伽利略號”成功的鼓舞，美國和歐洲進(jìn)一步合作，又研制了一個飛向土星的太空探測器，并且為了紀(jì)念卡西尼當(dāng)年發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)的環(huán)縫，就把這顆太空探測器取名為“卡西尼號”。
參加“卡西尼號”土星探測計(jì)劃的國家一共有17個，它是人類進(jìn)入空間時代以來最激動人心的大型國際合作課題之一?！翱ㄎ髂崽枴敝睆?米，高7米，重6.4噸，攜帶了27種最先進(jìn)的科學(xué)儀器設(shè)備?！翱ㄎ髂崽枴边€攜帶了一個專門用于探測土星最大衛(wèi)星土衛(wèi)六的探測器，取名為“惠更斯號”。
“卡西尼號”在北京時間1997年10月15日16時43分發(fā)射升空。如果僅僅依靠火箭的推力直接飛向土星，并要求它像現(xiàn)在這樣在7年之內(nèi)飛到土星，那么使用的燃料決不能少于70噸。然而，人類至今還不能制造可以攜帶這么多燃料的火箭。因此，“卡西尼號”采用了與“伽利略號”類似的辦法，借用行星的引力來加快速度。
“卡西尼號”發(fā)射后，首先于1998年4月在距金星284千米處飛掠，利用金星引力獲得加速。之后，它繞太陽一圈，于1999年6月再次在距金星600千米處飛掠，獲得金星引力的第二次加速。同年8月，“卡西尼號”在距地球1171千米處飛掠，被地球引力再次加速。
“卡西尼號”第二次離開地球后，才飛往太陽系的外層。2000年12月，它在距木星約1000萬千米處飛掠，獲得了木星引力的加速。這時，它的速度超過了每秒30千米。然后，它才向目的地土星飛去。
土星離開地球的距離，距離地球最近時不到13億千米，最遠(yuǎn)時也不超過16億千米，然而“卡西尼號”由于采用了上述迂回的飛行路線，飛往土星的行程長達(dá)35億千米。不過，磨刀不誤砍柴功，飛行的時間并沒有因此增加，而燃料卻大大節(jié)省了。
卡西尼號拍攝的圖像
進(jìn)入環(huán)繞土星軌道
北京時間2004年7月1日上午，“卡西尼號”已經(jīng)來到了土星近旁。這時候的“卡西尼號”，離開我們的距離超過15億千米，以至于它與地球之間的無線電通信聯(lián)系，盡管無線電波以光速傳播，可是單程就要花84分鐘。于是，對于在“卡西尼號”發(fā)生的事情，就有了兩個時間，一個是在“卡西尼號”上的時鐘記錄下來的一件事情真正發(fā)生的時間，另一個則是我們地球上的時鐘記錄下來的我們“看到”這件事情發(fā)生的時間，后一時間比前一時間晚84分鐘。
下面，我們還是以地球上“看到”事情發(fā)生的時間為準(zhǔn)，而且，我們采用北京時間來表示地球時間。
“卡西尼號”的任務(wù)之一就是對土星的光環(huán)進(jìn)行探測。盡管它初來乍到，然而入軌過程本身，就是在預(yù)期4年的探測運(yùn)行中一個絕好的與土星距離最近的機(jī)會，它與土星表面云層頂部的距離最近時只有大約2萬千米?？茖W(xué)家自然不會放過這個機(jī)會開展對土星光環(huán)的探測，因此在它入軌的過程中安排了兩次穿越土星光環(huán)。
整個入軌過程，包括兩次穿越光環(huán)，每一個步驟，都是預(yù)先經(jīng)過精密計(jì)算設(shè)定的，由電腦控制著所有事情有條不紊地進(jìn)行。
“卡西尼號”是從F環(huán)和G環(huán)之間的縫隙穿越土星光環(huán)的。這道環(huán)縫是土星光環(huán)中最寬的一道環(huán)縫，寬達(dá)3萬千米。環(huán)縫中，仍然可能彌漫著一些微粒?！翱ㄎ髂崽枴睆沫h(huán)縫中穿過，如果有微粒撞擊到它的要害部位或者攜帶的科學(xué)儀器，將有可能造成非常壞的后果。為此，“卡西尼號”在穿越土星光環(huán)之前，首先調(diào)整姿態(tài)，轉(zhuǎn)身180度，把原來位于尾部朝向地球的直徑4米的盤狀天線，轉(zhuǎn)到前進(jìn)方向，成為對付環(huán)縫中微粒的“盾牌”。
9時11分，“卡西尼號”調(diào)整姿態(tài)；10時08分，它開始從光環(huán)下面穿越光環(huán)；10時11分，它到達(dá)光環(huán)上方，穿環(huán)成功。然后，它再把身子轉(zhuǎn)回來，讓發(fā)動機(jī)的噴氣管朝向前方，以便點(diǎn)火后形成減速阻力。10時21分，“卡西尼號”再次轉(zhuǎn)身成功；10時36分，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，“卡西尼號”開始減速。在土星引力的作用下，減速后的“卡西尼號”轉(zhuǎn)過一個大彎，逐漸進(jìn)入預(yù)定的運(yùn)行軌道。
12時12分，“卡西尼號”的發(fā)動機(jī)熄火。這時，它已由原來的飛向土星的路線完全轉(zhuǎn)到環(huán)繞土星運(yùn)行的軌道。然后，它開始對土星和土星光環(huán)進(jìn)行近距離的探測，包括用磁力計(jì)測量土星磁場的強(qiáng)度和方向，檢測穿越光環(huán)時所碰到的微粒大小和光環(huán)厚度，以及估測光環(huán)的組成、溫度和結(jié)構(gòu)。
13時32分，“卡西尼號”再次調(diào)整姿態(tài)；13時58分，它再次穿越光環(huán)，從光環(huán)上方回到光環(huán)下方。然后，它把盤狀天線轉(zhuǎn)到朝向地球方向，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。
卡西尼號拍攝的圖像
全面探測土星家族
“卡西尼號”在環(huán)繞土星運(yùn)行的4年中，將近距離地縱覽土星全貌，對土星和它眾多的衛(wèi)星進(jìn)行全面考察。
“卡西尼號”從2004年1月起，就開始拍攝土星家族全面、完整的照片和電影?！翱ㄎ髂崽枴睌y帶的照相機(jī)，比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上的同類照相機(jī)性能更好。
在臨近入軌之前，2004年6月11日，它對土衛(wèi)九進(jìn)行了探測，拍攝了這顆衛(wèi)星極其清晰的照片。土衛(wèi)九是土星距離最遠(yuǎn)的一顆衛(wèi)星，半徑110千米，科學(xué)家猜想它是被土星俘獲的一顆小行星?！翱ㄎ髂崽枴痹陔x開它2000千米處經(jīng)過，對它的質(zhì)量和密度進(jìn)行了測量。
2005年2月17日，“卡西尼號”將在離開土衛(wèi)二1179千米處經(jīng)過，而同年3月9日，距離更近到499千米。土衛(wèi)二半徑250千米，表面非常明亮，幾乎能反射百分之百的陽光。科學(xué)家懷疑它的表面是光滑的冰層，“卡西尼號”將探測它的磁場，以判斷它的表層下面是否有含鹽分的水存在。
2005年4～9月，“卡西尼號”的軌道將從土星赤道面改變到與這一平面成22度夾角，居高臨下對土星光環(huán)和大氣進(jìn)行測量，進(jìn)一步探測光環(huán)結(jié)構(gòu)、組成光環(huán)的物質(zhì)粒子和土星大氣物理特性。
2005年9～11月，“卡西尼號”將逐個接近土衛(wèi)四、土衛(wèi)五、土衛(wèi)七和土衛(wèi)三，分別對它們進(jìn)行觀測。土衛(wèi)四半徑560千米，土衛(wèi)五半徑870千米，它們的外表很像我們的月亮，密布環(huán)形山。土衛(wèi)七位于土衛(wèi)六與土衛(wèi)八之間，形狀不規(guī)則，最長處直徑175千米，很像一顆小行星。土衛(wèi)三半徑530千米，密度和水一樣，很可能是一個冰球。
2006年7月到2007年7月，“卡西尼號”將系統(tǒng)地監(jiān)視和拍攝土星、土星光環(huán)、土星磁層的圖像。2007年7～9月，它將再次拍攝土星及其家族的電影，并在9月10日到離開土衛(wèi)八約1000千米處對土衛(wèi)八進(jìn)行觀測。土衛(wèi)八半徑為720千米，其表面一面顏色很暗，另一面卻接近白色，很為奇特。
2007年10月到2008年7月，“卡西尼號”將逐步地進(jìn)一步增大軌道與土星赤道平面的夾角，最后達(dá)到75?郾6度。這樣，“卡西尼號”就能更好地觀測土星的光環(huán)，測量遠(yuǎn)離土星赤道平面處的磁場和粒子、監(jiān)視土星的兩極地區(qū)和觀測土星極光現(xiàn)象。其間，在2007年12月3日和2008年3月12日，它將兩次接近土衛(wèi)十一，分別在離開土衛(wèi)十一6190千米和995千米處對這顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測。
卡西尼號拍攝的圖像
卡西尼飛船發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六湖泊酷似地球上的濕地
據(jù)國外媒體報(bào)道，一項(xiàng)最新的研究發(fā)現(xiàn)在土星的一個衛(wèi)星上（土衛(wèi)六）存在著一片巨大的甲烷湖，該湖位于土衛(wèi)六的南極附近，本科學(xué)家命名為“安大略湖”，更驚人的是這片湖區(qū)與地球上納米比亞北部埃托沙鹽沼(Etosha Pan)極為相似。圖1中左邊部分顯示的是土衛(wèi)六上的安大略湖，右邊則為埃托沙鹽沼。本張照片由美國國家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、加州理工學(xué)院以及美國地質(zhì)調(diào)查局繪制。
2017年9月16日凌晨1點(diǎn)墜落于土星，在設(shè)計(jì)時探測器沒有經(jīng)過消毒處理。當(dāng)它燃料即將用盡時，在土星引力的作用下軌道可能發(fā)生變化，為了探測器與土星衛(wèi)星相撞可能導(dǎo)致地球的微生物在土衛(wèi)上立足，這種情況將會影響未來在衛(wèi)星上尋找本土生命的工作，和木星伽利略探測器情況一樣必須墜毀
卡西尼號拍攝的圖像
卡西尼號拍攝的圖像
卡西尼號拍攝的圖像
卡西尼號拍攝的圖像
卡西尼號拍攝的圖像
卡西尼號拍攝的圖像
卡西尼號拍攝的圖像
卡西尼號拍攝的圖像
卡西尼號拍攝的圖像
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