Das Cassini-Raumschiff umkreiste den Saturn ab dem 30. Juni 2004, bis zum 15. September 2017, als die Sonde ihr Leben mit einem Sprung in die Atmosphäre des Ringplaneten beendete.
Dieser absichtliche Todestauchgang wurde durchgeführt, um sicherzustellen, dass Cassini niemals kontaminiert wurde ein potenziell bewohnbarer Saturnmond wie Enceladus oder Titan.
Die Mission ist bekannt für Entdeckungen wie das Auffinden von Wasserstrahlen, die aus Enceladus ausbrechen, und das Aufspüren einiger neuer Monde für den Saturn.
Cassini ist ein Gemeinschaftsprojekt mehrerer Weltraumagenturen, was einen Kontrast zu den großen NASA-Sonden der Vergangenheit wie Pioneer und Voyager darstellt. In diesem Fall sind die Hauptteilnehmer die NASA, die Europäische Weltraumorganisation und Agenzia Spaziale Italiana (die italienische Weltraumagentur).
Entwicklungsgeschichte
Cassini war das erste dedizierte Raumschiff, das untersucht wurde Saturn und sein System. Es wurde nach Giovanni Cassini benannt, einem Astronomen aus dem 17. Jahrhundert, der als erster vier Saturnmonde beobachtete – Iapetus (1671), Rhea (1672), Tethys (1684) und Dione (1684).
Vor diesem Raumschiff kamen mehrere Saturn-Vorbeiflüge von Pioneer 11 (1979), Voyager 1 (1980) und Voyager 2 (1981). Einige der Entdeckungen, die aus diesen Missionen hervorgingen, waren das Herausfinden Die Oberfläche des Titanen ist (aufgrund seiner dicken Atmosphäre) nicht in sichtbaren Wellenlängen zu sehen und entdeckt mehrere Saturnringe, die mit bodengestützten Teleskopen nicht sichtbar waren.
Es war kurz nach dem letzten Vorbeiflug 1982 bildeten diese wissenschaftlichen Komitees sowohl in den USA als auch in Europa eine Arbeitsgruppe, um mögliche zukünftige Kooperationen zu erörtern. Die Gruppe schlug eine Flaggschiff-Mission vor, die den Saturn umkreisen und eine atmosphärische Sonde nach Titan schicken würde. Es gab jedoch Schwierigkeiten „Steuerklima“ in den frühen 1980er Jahren, notierte das Jet Propulsion Laboratory der NASA in einer kurzen Geschichte der Mission
Die Europäer und die Amerikaner erwogen, entweder zusammenzuarbeiten oder alleine zu arbeiten. Ein Bericht der ehemaligen Astronautin Sally Ride aus dem Jahr 1987 befürwortete beispielsweise eine Solo-Mission zum Saturn. Der Bericht, der als „Führung der NASA und Amerikas Zukunft im Weltraum“ bezeichnet wird, besagt, dass die Untersuchung der äußeren Gasriesenplaneten (wie Saturn) Wissenschaftlern hilft, ihre Atmosphäre und ihre innere Struktur kennenzulernen. (Heute wissen wir auch, dass diese Art von Studie uns hilft, die Struktur von Exoplaneten vorherzusagen, aber die ersten Exoplaneten wurden erst Anfang der neunziger Jahre entdeckt.)
„Titan ist ein besonders interessantes Ziel für die Erforschung, weil die Die dort stattfindende organische Chemie ist das einzige Labor auf Planetenebene, in dem Prozesse untersucht werden können, die in der präbiotischen Erdatmosphäre wichtig gewesen sein könnten „, fügte der Bericht hinzu, was bedeutet, dass es sich bei Titan um eine Chemie handelt, die der zuvor auf der Erde vorhandenen ähnlich gewesen sein könnte Leben entstand.
Cassinis Entwicklung war mit mindestens zwei großen Herausforderungen verbunden. In den Jahren 1993 und 1994 hatte die Mission einen Preis von 3,3 Milliarden US-Dollar (ungefähr 5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2017 oder etwa die Hälfte der Kosten) des James Webb-Weltraumteleskops.) Einige Kritiker empfanden dies als zu hoch für die Mission. Als Reaktion darauf wies die NASA darauf hin, dass die Europäische Weltraumorganisation ebenfalls Mittel beisteuerte, und fügte hinzu, dass die Technologien von Cassini dazu beitrugen, f und kostengünstigere NASA-Missionen wie der Mars Global Surveyor, der Mars Pathfinder und das Spitzer-Weltraumteleskop laut JPL.
Cassini erhielt auch Flak von Umweltgruppen, die besorgt waren, dass der thermoelektrische Radioisotop-Generator (Atomkraft) des Raumfahrzeugs eine Bedrohung für unseren Planeten darstellen könnte, fügte JPL hinzu. Diese Gruppen reichten kurz vor dem Start im Jahr 1997 in Hawaii eine rechtliche Klage ein, die jedoch vom Bundesbezirksgericht in Hawaii und dem Berufungsgericht des 9. Kreises abgelehnt wurde.
Um Bedenken hinsichtlich des Radioisotops des Raumfahrzeugs auszuräumen Als Reaktion auf thermoelektrische Generatoren, die üblicherweise für NASA-Missionen verwendet werden, gab die NASA ein ergänzendes Dokument über den Vorbeiflug heraus und erläuterte die Methodik der Agentur zum Schutz des Planeten mit der Begründung, dass die Wahrscheinlichkeit eines Aufpralls weniger als eine Million beträgt
Start und Kreuzfahrt
Cassini ging nicht direkt zu Saturn. Vielmehr umfasste seine Mission komplizierte Orbitalmechanik.Es ging an mehreren Planeten vorbei – einschließlich Venus (zweimal), Erde und Jupiter -, um einen Geschwindigkeitsschub zu erzielen, indem die Schwerkraft jedes Planeten ausgenutzt wurde.
Das fast 5.700 Kilogramm schwere Raumschiff wurde am 15. Oktober 1997 von der Erde gehoben. Sie wurde im April 1998 und Juni 1999 von der Venus, im August 1999 von der Erde und im Dezember 2000 von Jupiter befördert.
Cassini ließ sich am 1. Juli 2004 in der Umlaufbahn um den Saturn nieder Zu seinen Hauptzielen gehörte es, nach mehr Monden zu suchen, herauszufinden, was die Saturnringe und die Farben in den Ringen verursacht hat, und mehr über die Monde des Planeten zu verstehen.
Vielleicht die meisten von Cassini Nach der Freigabe des Huygens-Landers in Richtung Titan, dem größten Mond des Saturn, wurde ein detaillierter Blick darauf geworfen. Der Lander wurde nach dem niederländischen Wissenschaftler Christiaan Huygens benannt, der 1654 ein Teleskop in Richtung Saturn drehte und feststellte, dass seine seltsame blobartige Form – Galileo Galilei – zum ersten Mal gesehen hatte Die Form in einem Teleskop und zeichnete es in sein Notizbuch als etwas wie Ohren auf dem Planeten – wurde in der Tat durch r verursacht ings.
Der Huygens-Lander stieg durch den mysteriösen Dunst um den Mond ab und landete am 14. Januar 2005. Er strahlte während seines Abstiegs fast 2,5 Stunden lang Informationen zur Erde zurück und gab dann weiter, was er sah 1 Stunde und 12 Minuten von der Oberfläche entfernt.
In diesem kurzen Zeitfenster sahen die Forscher Bilder eines Felsfeldes und erhielten Informationen über den Wind und die Gase des Mondes auf der Atmosphäre und der Oberfläche zurück.
Herrliche Monde
Eines der bestimmenden Merkmale von Saturn ist die Anzahl der Monde. Mit Ausnahme der Billionen Tonnen kleiner Steine, aus denen seine Ringe bestehen, hat Saturn im September 2012 62 Monde entdeckt. Die NASA listet 53 benannte Monde auf einer ihrer Websites auf.
Tatsächlich entdeckte Cassini zwei neue Monde Fast unmittelbar nach der Ankunft (Methon und Pallene) und vor dem Ende des Jahres 2004 wurden Polydeuces entdeckt.
Als die Sonde an den Monden des Saturn vorbeiging, enthüllten die Ergebnisse, die sie zur Erde zurückschickte, neue Dinge über ihre Umgebung und ihr Aussehen. Einige der bemerkenswerteren Ergebnisse sind:
- Auf Enceladus, einem gefrorenen Mond, der eisige Jets abschießt, während er durch die Schwerkraft des Saturn verzogen wird, werden Hinweise auf flüssiges Wasser gefunden. Im Jahr 2015 führte Cassini eine Reihe von Vorbeiflügen an Enceladus durch, um mehr Informationen über das Gas und den Staub in den Federn zu erhalten.
- Entdecken und dann weitere Details zu einem riesigen Methansee auf Titan festschreiben;
Saturn wurde nicht ignoriert. Zum Beispiel postulierte eine NASA-Studie im Jahr 2012, dass die Jet-Streams des Saturn in der Atmosphäre möglicherweise durch innere Wärme anstelle von Sonnenenergie angetrieben werden. Wissenschaftler glauben, dass Wärme Wasserdampf aus dem Inneren des Planeten erzeugt, der kondensiert Es wird angenommen, dass diese Wärme hinter der Bildung von Jetstreams sowie der von Stürmen steckt.
Erweiterung und Ende der Mission
Cassini war ursprünglich auf die letzten vier geplant Jahre bei Saturn, bis 2008, aber seine Mission wurde mehrfach verlängert. Seine letzte und letzte Etappe wurde Cassini Solstice Mission genannt, benannt, weil der Planet und seine Monde gegen Ende der Mission die Sonnenwende wieder erreichten. Saturn umkreist die Sonne alle 29 Erdjahre. Mit Cassinis Mission von 13 Jahren bedeutete dies, dass das Raumschiff fast die Hälfte des saisonalen Wandels des Saturn beobachtete, als der Planet seine Umlaufbahn umrundete.
2016 wurde das Raumschiff gestartet eine Reihe von letzten Manövern, um Nahaufnahmen der Ringe zu ermöglichen, wi Das ultimative Ziel, Cassini am 15. September 2017 in den Saturn zu stürzen. Diese Strategie wurde entwickelt, um Enceladus und andere potenziell bewohnbare Monde vor der (geringen) Wahrscheinlichkeit zu schützen, dass Cassini mit der Oberfläche kollidiert und Erdmikroben verbreitet.
Wichtige Meilensteine des Finales waren:
- Ringweidebahnen: Jede Woche zwischen dem 30. November 2016 und dem 22. April , 2017 hat Cassini Schleifen um die Pole des Saturn geschlungen, um den äußeren Rand der Ringe zu betrachten und mehr über ihre Partikel, Gase und Struktur zu erfahren. Es wurden auch kleine Monde in dieser Region beobachtet, darunter Atlas, Daphnis, Pan und Pandora.
- Am 22. April 2017 machte Cassini den letzten Vorbeiflug an Titan.Der Vorbeiflug wurde so durchgeführt, dass Cassinis Umlaufbahn so verändert wurde, dass 22 Tauchgänge (einmal pro Woche) zwischen dem Planeten und seinen Ringen begannen. Dies war das erste Mal, dass ein Raumschiff diese Zone erkundete, und es war mit einem gewissen Risiko verbunden, weil die Die Umlaufbahn brachte es zwischen den äußeren Teil der Atmosphäre und die innere Zone der Ringe (wo die Gefahr besteht, dass Partikel oder Gasmoleküle auftreffen).
- Am 15. September 2017 machte Cassini einen Selbstmord-Sprung in Saturn, Messungen so lange durchzuführen, wie seine Instrumente die Kommunikation zur Erde herstellen können.
Einige der in dieser Zeit durchgeführten wissenschaftlichen Arbeiten von Cassini umfassten die Erstellung von Karten der Schwerkraft und der Magnetfelder des Planeten Schätzen Sie, wie viel Material sich in den Ringen befindet, und nehmen Sie hochauflösende Bilder von Saturn und seinen Ringen aus der Nähe auf.
Das Raumschiff machte von seinem neuen Standpunkt aus eine interessante Entdeckung. Es stellte sich heraus, dass das Magnetfeld des Saturn eng mit der Rotationsachse des Planeten ausgerichtet ist, was die Wissenschaftler verblüffte, weil sie glauben, dass Magnetfelder erzeugt werden – durch einen Neigungsunterschied zwischen dem Magnetfeld und der Rotation eines Planeten Ende Juli 2017 planten die Wissenschaftler jedoch, weitere Daten zu sammeln, um festzustellen, ob die internen Prozesse des Saturn möglicherweise ihre Messungen verwirrten.
Cassinis Vermächtnis
Kurz nach dem des Raumfahrzeugs Cassick-Missionsplaner Erick Sturm sagte Reportern, er habe vor, einen Bericht darüber zu schreiben, was er und sein Team gelernt haben, nachdem sie eine Mission so lange durchgeführt hatten. Während die Begeisterung die Wissenschaftler über die langen Jahre (die manchmal die Arbeit in den Ferien oder mitten in der Nacht erforderten) am Laufen hielt, war auch das Engineering der Schlüssel.
Kim Steadman, Ingenieur im Cassini-Team seit 14 Jahren Jahre, sagte, dass Redundanz wesentlich war. Sie sagte, dass ein Reaktionsrad und einige der Triebwerke der Sonde während der Mission versagten, was bedeutet hätte, dass das Raumschiff seine Instrumente nicht zum Sammeln von Daten richten oder mit der Erde kommunizieren konnte, indem es seine Antenne auf den Planeten richtete. Cassinis Mission wurde jedoch fortgesetzt, da es Backups gab.
Das Team plant, den Bericht herauszugeben, um bei der zukünftigen Planung von Raumfahrzeugen zu helfen. Eine dieser Empfehlungen könnte darin bestehen, eine Gasanzeige einzuschließen. Cassini starb mit etwa 1 Prozent Todd Barber, leitender Antriebsingenieur, sagte gegenüber Space.com, dass es ihm schwer gefallen sei, abzuschätzen, wie viel Kraftstoff in Cassini noch vorhanden sei. Er musste dies mit verschiedenen indirekten Methoden tun. Dies bedeutete, dass Barber dies in den letzten Monaten tat etwas nervös wegen Manövern, die einen Antrieb erfordern, da seine Berechnungen eine gewisse Fehlerquote aufwiesen und nicht wussten, ob noch genügend Treibstoff vorhanden war, um sie auszuführen.
Die Mission ist möglicherweise beendet, aber die wissenschaftlichen Ergebnisse werden es tun fließen seit Jahrzehnten weiter, da noch nicht alle Informationen analysiert wurden. Die NASA veröffentlichte auch nach dem Tod von Cassini weiterhin neue Fotos vom Raumschiff. Ende September 2017 hat die Agentur beispielsweise ein Foto von Enceladus verschickt – ein Ziel von großem Interesse aufgrund der vielen Geysire auf der Mondoberfläche.
Es gibt auch mehrere andere Missionen im Frühstadium Während diese Missionen Jahre entfernt sind – falls sie jemals genehmigt werden -, repräsentieren sie wissenschaftliches Interesse an Saturn und seinen Monden, und ihr Design basiert auf Cassinis Entdeckungen. Insbesondere kämpfen fünf Saturn-bezogene Konzepte um die nächste New Frontiers-Mission, ein Programm, aus dem in den vergangenen Jahren das Raumschiff New Horizons Pluto, der Juno Jupiter-Orbiter und das Raumschiff OSIRIS-REx mit Asteroidenrücklauf hervorgingen. Die fünf Vorschläge lauten:
SPRITE (Saturn Probe Interior and Atmosphere Explorer), der absichtlich in die Saturnatmosphäre fliegen würde, um seine Zusammensetzung und Struktur etwa 90 Minuten lang zu untersuchen. Cassini dauerte nur ein paar Minuten während seines Eintauchens, aber es wurde nicht für diese Arbeit entwickelt.
Oceanus, mit dem das Bewohnbarkeitspotential von Titan untersucht werden soll, indem organische Moleküle während des Methanologiezyklus untersucht und Austauschprozesse zwischen der Atmosphäre bewertet werden , Oberfläche und Untergrund „, laut einer Projektbeschreibung, die auf der 48. Lunar and Planetary Science Conference in The Woodlands, Texas, vorgestellt wurde.
Libelle, die regelmäßige Flüge in Titans Atmosphäre durchführen würde, um organische Stoffe zu untersuchen seine Oberfläche an mehreren Stellen.
Enceladus Life Finder, der mehrmals durch Federn fliegen würde, um die dort vorhandenen Moleküle zu sammeln und zu charakterisieren – insbesondere komplexe organische Verbindungen, die auf Vorläufer des Lebens hinweisen könnten.
Enceladus Life Signatures and Habitability, von denen nur wenig öffentlich veröffentlicht wurde. Möglicherweise zielt es auf die Federn von Enceladus ab, die von Cassini während der Vorbeiflüge regelmäßig untersucht wurden.
Der Gewinner unter den 12 vorgeschlagenen New Frontiers-Missionen (die anderen Missionen zielen auf Venus, den Mond oder Kometen) wird ausgewählt Mitte 2019 für den Start spätestens 2025.Es gibt jedoch eine Halbfinale-Auswahl; Die NASA wird bis dahin zwei oder drei dieser Vorschläge für weitere Studien auswählen, bevor die endgültige Entscheidung getroffen wird.