Romfartøyet Cassini gikk i bane rundt Saturn fra 30. juni 2004, til 15. september 2017, da sonden endte sitt liv med et stup i den ringede planetens atmosfære.
Dette forsettlige dødsdykk ble utført for å sikre at Cassini aldri ble forurenset en potensielt beboelig Saturnmåne, som Enceladus eller Titan.
Oppdraget er kjent for funn som å finne vannstråler som bryter ut fra Enceladus, og spore noen få nye måner for Saturn.
Cassini er et felles prosjekt blant flere romfartsorganisasjoner, som er en kontrast fra de store NASA-sonderne fra fortiden som Pioneer og Voyager. I dette tilfellet er de viktigste deltakerne NASA, European Space Agency og Agenzia Spaziale Italiana (den italienske romfartsorganisasjonen).
Utviklingshistorie
Cassini var det første dedikerte romfartøyet å se på Saturn og dens system. Den ble oppkalt etter Giovanni Cassini, en astronom fra 1600-tallet som var den første til å observere fire av Saturnusmåner – Iapetus (1671), Rhea (1672), Tethys (1684) og Dione (1684).
Før dette romfartøyet kom flere flybys av Saturn av Pioneer 11 (1979), Voyager 1 (1980) og Voyager 2 (1981). Noen av oppdagelsene som kom ut av disse oppdragene inkluderte å finne ut at Titans overflate kan ikke sees i synlige bølgelengder (på grunn av dens tykke atmosfære), og oppdage flere ringer av Saturn som ikke var synlige med bakkebaserte teleskoper.
Det var kort tid etter siste flyby , i 1982, at vitenskapelige komiteer i både USA og Europa dannet en arbeidsgruppe for å diskutere mulige fremtidige samarbeid. Gruppen foreslo et flaggskipoppdrag som skulle gå i bane rundt Saturn, og som ville sende en atmosfærisk sonde inn i Titan. Imidlertid var det en vanskelig «finanspolitisk klima» tidlig på 1980-tallet, bemerket NASAs Jet Propulsion Laboratory i en kort historie om oppdraget , som presset godkjenningen av Cassini til 1989.
Europeerne og amerikanerne vurderte hver for seg å jobbe sammen eller jobbe alene. En rapport fra 1987 av den tidligere astronauten Sally Ride fortalte for eksempel et solomisjon til Saturn. Kalt «NASAs Leadership and Americas Future in Space», sa rapporten at å studere de ytre gassgigantplanetene (som Saturn) hjelper forskere å lære om deres atmosfærer og indre struktur. (I dag vet vi også at denne typen undersøkelser hjelper oss med å forutsi strukturen til eksoplaneter, men de første eksoplanetene ble ikke oppdaget før på begynnelsen av 1990-tallet.)
«Titan er et spesielt interessant mål for leting fordi organisk kjemi som nå foregår der, gir det eneste laboratoriet på planetarisk skala for å studere prosesser som kan ha vært viktige i den prebiotiske terrestriske atmosfæren, «la rapporten til, noe som betyr at på Titan er kjemi som kunne ha vært lik det som var tilstede på jorden før livet oppsto.
Cassinis utvikling kom med minst to store utfordringer for å fortsette. Innen 1993 og 1994 hadde oppdraget en prislapp på 3,3 milliarder dollar (omtrent 5 milliarder dollar i 2017 dollar, eller omtrent halvparten av kostnaden av James Webb-romteleskopet.) Noen kritikere oppfattet dette som altfor høyt for oppdraget. Som svar påpekte NASA at Den europeiske romfartsorganisasjonen også bidro med midler, og la til at teknologiene fra Cassini var med på å f und billig NASA-oppdrag som Mars Global Surveyor, Mars Pathfinder og Spitzer Space Telescope, ifølge JPL.
Cassini fikk også flak fra miljøgrupper som var bekymret for at når romfartøyet fløy forbi jorden, kunne dets radioisotop termoelektriske generator (kjernekraft) utgjøre en trussel mot planeten vår, la JPL til. Disse gruppene inngav en juridisk utfordring på Hawaii kort før lanseringen i 1997, men utfordringen ble avvist av den føderale tingretten på Hawaii og den niende kretsloppsdomstolen.
Å ta opp bekymringer om romfartøyets radioisotop. termoelektriske generatorer, som ofte brukes til NASA-oppdrag, reagerte NASA ved å utstede et tilleggsdokument om flyby og detaljere byråets metode for å beskytte planeten og sa at det var mindre enn en million million sjanse for innvirkning. forekommer.
Lansering og cruise
Cassini hadde ikke hodet rett til Saturn, snarere involverte oppdraget komplisert banemekanikk.Det gikk forbi flere planeter – inkludert Venus (to ganger), Jorden og Jupiter – for å få et hastighetsløft ved å dra nytte av hver planets tyngdekraft.
Romfartøyet på nesten 12.600 kg (ca. 5700 kg). ble hevet fra jorden 15. oktober 1997. Det gikk av Venus i april 1998 og juni 1999, jorden i august 1999 og Jupiter i desember 2000.
Cassini bosatte seg i bane rundt Saturn 1. juli 2004 Blant de viktigste målene var å lete etter flere måner, finne ut hva som forårsaket Saturnus ringene og fargene i ringene, og forstå mer om planetens måner.
Kanskje Cassini mest detaljert blikk kom etter å ha sluppet Huygens-landeren mot Titan, Saturnus største måne. Landeren ble oppkalt etter den nederlandske forskeren Christiaan Huygens, som i 1654 vendte et teleskop mot Saturn og observerte at den rare blob-lignende formen – Galileo Galilei hadde først sett formen i et teleskop og tegnet den i notatboken som noe som ører på planeten – var faktisk forårsaket av r inginger.
Huygens-landeren sank ned gjennom den mystiske disen som omgir månen og landet 14. januar 2005. Den strålte informasjon tilbake til jorden i nesten 2,5 timer under nedstigningen, og fortsatte deretter å videreformidle det den så fra overflaten i 1 time og 12 minutter.
I det korte tidsvinduet så forskerne bilder av et bergfelt og fikk informasjon tilbake om månens vind og gasser i atmosfæren og overflaten.
Storslåtte måner
Et av de definerende trekkene ved Saturn er antallet måner. Med unntak av billioner av tonn med små bergarter som utgjør ringene, har Saturn 62 oppdagede måner i september 2012. NASA lister opp 53 navngitte måner på et av nettstedene.
Faktisk oppdaget Cassini to nye måner nesten umiddelbart etter ankomst (Meton og Pallene) og før 2004 var avsluttet, oppdaget den Polydeuces.
Da sonden vandret forbi Saturns måner, avslørte funnene den sendte tilbake til jorden nye ting om deres miljø og utseende. Noen av de mer bemerkelsesverdige funnene inkluderer:
- Finne bevis på flytende vann på Enceladus, en frossen måne som skyter ut isete stråler mens den blir vridd av Saturnus tyngdekraft. I 2015 gjorde Cassini en serie flybys av Enceladus for å få mer informasjon om gass og støv i plommene;
- Oppdage og deretter pinne ned flere detaljer om en gigantisk metansjø på Titan;
- 50-mils skred på Iapetus;
- Et nærbilde av Rhea, avslørende en pockmarked overflate;
- En enorm ring, 8 millioner miles unna Saturn, sannsynligvis laget opp av rusk fra Phoebe.
Saturn har heller ikke blitt ignorert. For eksempel, i 2012, postulerte en NASA-studie at Saturns jetstrømmer i atmosfæren kan drives av intern varme, i stedet for energi fra solen. Forskere mener at varmen bringer opp vanndamp fra innsiden av planeten, som kondenserer. når den stiger og produserer varme. Det antas at varmen ligger bak jetstråledannelse, så vel som stormer.
Oppdragets utvidelse og slutt
Cassini ble opprinnelig planlagt til de siste fire år på Saturn, frem til 2008, men oppdraget har blitt utvidet flere ganger. Dets siste og siste etappe ble kalt Cassini Solstice Mission, oppkalt fordi planeten og dens måner nådde solstice igjen mot oppdragets slutt. Saturn kretser rundt solen hver 29. år Jord-år. Med Cassinis oppdrag som varte i 13 år, betydde dette at romfartøyet observerte nesten halvparten av Saturnus sesongmessige forandring da planeten gikk rundt sin bane.
I 2016 ble romfartøyet satt på en serie siste manøvrer for å gi nærbilde av ringene, wi det endelige målet med å kaste Cassini inn i Saturn 15. september 2017. Denne strategien ble designet for å beskytte Enceladus og andre potensielt beboelige måner fra (liten) sjanse for at Cassini kolliderer med overflaten og sprer jordmikrober.
Viktige milepæler i finalen inkluderte:
- Ringbeitebaner: Hver uke mellom 30. november 2016 og 22. april , 2017, gjorde Cassini løkker rundt Saturns poler for å se på ringens ytterkant, for å lære mer om partikler, gasser og struktur. Den observerte også små måner i denne regionen, inkludert Atlas, Daphnis, Pan og Pandora.
- 22. april 2017 gjorde Cassini den siste flybyen til Titan.Flybyen ble gjort på en slik måte for å endre Cassinis bane slik at den startet 22 dykk (en gang i uken) mellom planeten og dens ringer. Dette var første gang et romfartøy utforsket denne sonen, og det medførte en viss risiko fordi bane førte den mellom den ytre delen av atmosfæren og den indre sonen av ringene (der det er fare for å slå partikler eller gassmolekyler).
- 15. september 2017 gjorde Cassini et selvmordssprang inn i Saturn, og tok målinger så lenge instrumentene kunne gjøre kommunikasjon tilbake til jorden.
Noe av vitenskapen Cassini utførte i denne perioden inkluderte å lage kart over planetens tyngdekraft og magnetfelt. , estimere hvor mye materiale som er i ringene, og ta bilder med høy oppløsning av Saturn og dens ringer fra nærbilde.
Romfartøyet gjorde et interessant funn fra sitt nye utsiktspunkt. Den fant at Saturnus magnetfelt er nøye justert med planetens rotasjonsakse, som forvirret forskere på grunn av hvordan de tror magnetfelt genereres – gjennom en tiltningsforskjell mellom magnetfeltet og en planets rotasjon. i slutten av juli 2017 planla forskerne imidlertid å samle inn mer data for å se om kanskje Saturnus interne prosesser forvekslet målingene deres.
Cassinis arv
Kort tid etter romfartøyets død, fortalte Cassini misjonsplanlegger Erick Sturm til journalister at han planla å skrive en rapport om hva han og teamet hans lærte etter å ha drevet et oppdrag i så lang tid. Mens entusiasmen holdt forskerne igjennom de lange årene (som noen ganger krevde å jobbe i løpet av ferien eller midt på natten), var ingeniørarbeid også nøkkelen.
Kim Steadman, ingeniør i Cassini-teamet i 14 år år, sa at redundans var viktig. Hun sa at et reaksjonshjul og noen av sondens thrustere sviktet under oppdraget, noe som ville ha betydd at romfartøyet ikke kunne peke instrumentene sine for å samle inn data, eller kommunisere med jorden ved å rette antennen mot planeten. Imidlertid fortsatte Cassinis oppdrag fordi det hadde sikkerhetskopier.
Teamet planlegger å utstede rapporten for å hjelpe med fremtidig romfartøyplanlegging. En av disse anbefalingene kan være å inkludere en gassmåler. Cassini døde med omtrent 1 prosent av drivstoffet sitt igjen, men blyfremdriftsingeniør Todd Barber fortalte Space.com at han hadde en tøff tid på å estimere hvor mye drivstoff som var igjen i Cassini; han måtte gjøre det gjennom forskjellige indirekte metoder. Dette betydde at Barber i løpet av de siste månedene litt nervøs for manøvrer som krever fremdrift, siden det var en feilmargin for beregningene hans og ikke visste om det var nok drivstoff igjen til å gjennomføre dem.
Oppdraget kan være over, men vitenskapelige resultater vil fortsette å flyte i flere tiår fordi ikke all informasjonen er analysert ennå. NASA fortsatte også å gi ut nye bilder fra romfartøyet selv etter at Cassini hadde dødd. I slutten av september 2017 sendte byrået for eksempel ut et bilde av Enceladus – et mål med stor interesse på grunn av de mange geysirene på månens overflate.
Det er også flere andre oppdrag i tidlig fase mens disse oppdragene er flere år unna – hvis de noen gang blir godkjent – representerer de vitenskapelig interesse for Saturn og dens måner, og deres design er basert på Cassinis oppdagelser. Spesielt kjemper fem Saturn-relaterte konsepter for neste New Frontiers-oppdrag, et program som de siste årene ga New Horizons Pluto-romfartøyet, Juno Jupiter-orbiteret og asteroide-retur-romfartøyet OSIRIS-REx. De fem forslagene er:
SPRITE (Saturn Probe Interior and Atmosphere Explorer), som bevisst vil fly inn i Saturnus atmosfære for å se på sammensetningen og strukturen i omtrent 90 minutter. Cassini varte bare et par minutter under sitt stup, men det var ikke designet for dette arbeidet.
Oceanus, som er designet for å se på Titans potensial for beboelighet ved å undersøke organiske molekyler «gjennom den metanologiske syklusen og vurdere utvekslingsprosesser mellom atmosfæren. , overflate og undergrunn, «ifølge en prosjektbeskrivelse presentert på den 48. Lunar and Planetary Science Conference i The Woodlands, Texas.
Dragonfly, som ville gjøre periodiske flyvninger i Titans atmosfære for å se på organiske overflaten, flere steder.
Enceladus Life Finder, som ville fly gjennom plumes flere ganger for å samle og karakterisere molekylene som er der – spesielt komplekse organiske forbindelser som kan indikere forløpere til livet.
Enceladus Life Signatures and Habitability, hvorav lite er utgitt offentlig. Det kan være rettet mot fjærene til Enceladus, som ble undersøkt med jevne mellomrom av Cassini under flybys.
Den vinnende kandidaten blant de 12 foreslåtte New Frontiers-oppdragene (de andre oppdragene er rettet mot Venus, månen eller kometer) vil bli valgt i midten av 2019 for lansering senest i 2025.Det er imidlertid et semifinale utvalg; NASA vil velge to eller tre av disse forslagene før da for videre studier, før de tar den endelige avgjørelsen.