Het Cassini-ruimtevaartuig cirkelde rond Saturnus vanaf 30 juni 2004, tot 15 september 2017, toen de sonde zijn leven beëindigde met een duik in de atmosfeer van de planeet met een ring.
Deze opzettelijke doodduik werd uitgevoerd om ervoor te zorgen dat Cassini nooit besmet was een potentieel bewoonbare maan van Saturnus, zoals Enceladus of Titan.
De missie staat bekend om ontdekkingen zoals het vinden van waterstralen die uit Enceladus komen, en het opsporen van een paar nieuwe manen voor Saturnus.
Cassini is een gezamenlijk project van verschillende ruimteagentschappen, in tegenstelling tot de grote NASA-sondes uit het verleden, zoals Pioneer en Voyager. In dit geval zijn de belangrijkste deelnemers NASA, de European Space Agency en Agenzia Spaziale Italiana (de Italiaanse ruimtevaartorganisatie).
Ontwikkelingsgeschiedenis
Cassini was het eerste toegewijde ruimtevaartuig om naar te kijken Saturnus en zijn systeem. Het is genoemd naar Giovanni Cassini, een 17e-eeuwse astronoom die als eerste vier van de manen van Saturnus observeerde: Iapetus (1671), Rhea (1672), Tethys (1684) en Dione (1684).
Vóór dit ruimtevaartuig kwamen verschillende vliegbys van Saturnus door Pioneer 11 (1979), Voyager 1 (1980) en Voyager 2 (1981). Enkele van de ontdekkingen die uit deze missies voortkwamen, waren onder meer de ontdekking dat Het oppervlak van Titan is niet te zien in zichtbare golflengten (vanwege de dikke atmosfeer), en het spotten van verschillende ringen van Saturnus die niet zichtbaar waren met telescopen op de grond.
Het was kort na de laatste vlucht. , in 1982, dat wetenschappelijke comités in zowel de Verenigde Staten als Europa een werkgroep vormden om mogelijke toekomstige samenwerkingen te bespreken. De groep stelde een vlaggenschipmissie voor die rond Saturnus zou draaien en een atmosferische sonde naar Titan zou sturen. Er was echter een moeilijke “fiscaal klimaat” in het begin van de jaren tachtig, noteerde het Jet Propulsion Laboratory van NASA in een korte geschiedenis van de missie , waardoor de goedkeuring van Cassini tot 1989 werd geduwd.
De Europeanen en de Amerikanen overwogen elk samen te werken of solo te werken. In een rapport uit 1987 van voormalig astronaut Sally Ride werd bijvoorbeeld gepleit voor een solo-missie naar Saturnus. Het rapport, “NASAs leiderschap en Amerikas toekomst in de ruimte” genoemd, zei dat het bestuderen van de buitenste gasreuzenplaneten (zoals Saturnus) wetenschappers helpt meer te weten te komen over hun atmosfeer en interne structuur. (Tegenwoordig weten we ook dat dit soort onderzoek ons helpt de structuur van exoplaneten te voorspellen, maar de eerste exoplaneten werden pas in het begin van de jaren negentig ontdekt.)
“Titan is een bijzonder interessant doelwit voor verkenning omdat de organische chemie die daar nu plaatsvindt, biedt het enige laboratorium op planetaire schaal voor het bestuderen van processen die mogelijk belangrijk zijn geweest in de prebiotische aardse atmosfeer, voegde het rapport eraan toe, wat betekent dat op Titan chemie is die vergelijkbaar zou kunnen zijn met wat eerder op aarde aanwezig was. leven ontstond.
De ontwikkeling van Cassini bracht minstens twee grote uitdagingen met zich mee om door te gaan. In 1993 en 1994 had de missie een prijskaartje van $ 3,3 miljard (ongeveer $ 5 miljard in dollars van 2017, of ongeveer de helft van de kosten van de James Webb Space Telescope.) Sommige critici vonden dit overdreven hoog voor de missie. Als reactie hierop wees NASA erop dat het European Space Agency ook geld bijdroeg, en voegde eraan toe dat de technologieën van Cassini hielpen om en goedkopere NASA-missies zoals de Mars Global Surveyor, Mars Pathfinder en de Spitzer Space Telescope, volgens JPL.
Cassini kreeg ook luchtafweergeschut van milieugroeperingen die bezorgd waren dat wanneer het ruimtevaartuig langs de aarde vloog, de radio-isotoop thermo-elektrische generator (kernenergie) een bedreiging zou kunnen vormen voor onze planeet, voegde JPL eraan toe. Deze groepen dienden kort voor de lancering in 1997 een juridische uitdaging in Hawaï in, maar de uitdaging werd afgewezen door de federale districtsrechtbank in Hawaï en het Ninth Circuit Court of Appeals.
Om de zorgen over de radio-isotoop van het ruimtevaartuig weg te nemen. thermo-elektrische generatoren, die vaak worden gebruikt voor NASA-missies, reageerde NASA door een aanvullend document uit te geven over de flyby en een gedetailleerde beschrijving van de methodologie van het bureau voor het beschermen van de planeet, en zei dat er minder dan één op een miljoen kans was op een impact voorkomen.
Lancering en cruise
Cassini ging niet rechtstreeks naar Saturnus, zijn missie omvatte eerder gecompliceerde orbitale mechanica.Het ging langs verschillende planeten – waaronder Venus (tweemaal), de aarde en Jupiter – om een snelheidsboost te krijgen door gebruik te maken van de zwaartekracht van elke planeet.
Het ruimtevaartuig van bijna 12.600 pond (ongeveer 5.700 kilogram) werd op 15 oktober 1997 van de aarde gehesen. Het ging langs Venus in april 1998 en juni 1999, de aarde in augustus 1999 en Jupiter in december 2000.
Cassini vestigde zich op 1 juli 2004 in een baan rond Saturnus. . Een van de belangrijkste doelstellingen was om te zoeken naar meer manen, om erachter te komen wat de oorzaak was van de ringen van Saturnus en de kleuren in de ringen, en om meer te begrijpen over de manen van de planeet.
Misschien wel die van Cassini. gedetailleerde blik kwam na het vrijgeven van de Huygens-lander in de richting van Titan, de grootste maan van Saturnus. De lander is genoemd naar de Nederlandse wetenschapper Christiaan Huygens, die in 1654 een telescoop naar Saturnus richtte en opmerkte dat zijn vreemde klodderachtige vorm – Galileo Galilei voor het eerst had gezien de vorm in een telescoop en tekende het in zijn notitieboekje als zoiets als oren op de planeet – werd in feite veroorzaakt door r ings.
De Huygens-lander daalde door de mysterieuze nevel rond de maan en landde op 14 januari 2005. Hij straalde tijdens zijn afdaling bijna 2,5 uur lang informatie terug naar de aarde en bleef daarna doorgeven wat hij zag vanaf het oppervlak gedurende 1 uur en 12 minuten.
In dat korte tijdsbestek zagen onderzoekers fotos van een rotsveld en kregen ze informatie terug over de wind van de maan en gassen in de atmosfeer en het oppervlak.
Magnifieke manen
Een van de bepalende kenmerken van Saturnus is het aantal manen. Exclusief de triljoenen tonnen kleine rotsen waaruit zijn ringen bestaan, heeft Saturnus 62 manen ontdekt vanaf september 2012. NASA vermeldt 53 manen met namen op een van zijn websites.
In feite ontdekte Cassini twee nieuwe manen vrijwel onmiddellijk na aankomst (Methone en Pallene) en voordat 2004 was afgelopen, ontdekte het Polydeuces.
Terwijl de sonde langs de manen van Saturnus dwaalde, onthulden de bevindingen die hij naar de aarde stuurde nieuwe dingen over hun omgeving en uiterlijk. Enkele van de meer opmerkelijke bevindingen zijn:
- Het vinden van bewijs van vloeibaar water op Enceladus, een bevroren maan die ijzige stralen uitschiet terwijl het wordt vervormd door de zwaartekracht van Saturnus. In 2015 deed Cassini een reeks flybys van Enceladus om meer informatie te krijgen over het gas en het stof in de pluimen;
- Ontdekken en vervolgens vastzetten van meer details over een gigantisch methaanmeer op Titan;
- Aardverschuivingen van 50 mijl op Iapetus;
- Een close-up van Rhea, die een pokdalig oppervlak onthult;
- Een enorme ring, 8 miljoen mijl verwijderd van Saturnus, waarschijnlijk gemaakt afval van Phoebe.
Saturnus is ook niet genegeerd. In 2012 stelde een NASA-studie bijvoorbeeld dat de straalstromen van Saturnus in de atmosfeer mogelijk worden aangedreven door interne warmte in plaats van door energie van de zon. Wetenschappers geloven dat warmte waterdamp van de binnenkant van de planeet naar boven brengt, die condenseert. terwijl het stijgt en warmte produceert. Aangenomen wordt dat die warmte zich achter de vorming van straalstromen bevindt, evenals die van stormen.
Verlenging en einde van de missie
Cassini was oorspronkelijk gepland om vier jaar bij Saturnus, tot 2008, maar zijn missie is meerdere keren verlengd. Zijn laatste en laatste etappe heette de Cassini Solstice Mission, genoemd omdat de planeet en zijn manen de zonnewende weer bereikten tegen het einde van de missie. Saturnus draait elke 29 uur om de zon. Aardse jaren. Omdat de missie van Cassini 13 jaar duurde, betekende dit dat het ruimtevaartuig bijna de helft van de seizoensverandering van Saturnus waarnam terwijl de planeet rond zijn baan draaide.
In 2016 werd het ruimtevaartuig ingezet op een reeks laatste manoeuvres om de ringen van dichtbij te bekijken, wi Het uiteindelijke doel is om Cassini op 15 september 2017 in Saturnus te storten. Deze strategie is ontworpen om Enceladus en andere potentieel bewoonbare manen te beschermen tegen de (kleine) kans dat Cassini in botsing komt met het oppervlak, waardoor aardse microben worden verspreid.
De belangrijkste mijlpalen van de finale waren:
- Ringgrazende banen: elke week tussen 30 november 2016 en 22 april , 2017, Cassini maakte lussen rond de polen van Saturnus om naar de buitenrand van de ringen te kijken, om meer te weten te komen over hun deeltjes, gassen en structuur. Het observeerde ook kleine manen in deze regio, waaronder Atlas, Daphnis, Pan en Pandora.
- Op 22 april 2017 maakte Cassini de laatste scheervlucht van Titan.De flyby werd op zon manier gedaan om de baan van Cassini te veranderen, zodat het 22 duiken (één keer per week) tussen de planeet en zijn ringen begon. Dit was de eerste keer dat een ruimtevaartuig deze zone verkende, en het bracht enig risico met zich mee omdat de baan bracht het tussen het buitenste deel van de atmosfeer en de binnenste zone van de ringen (waar het risico loopt deeltjes of gasmoleculen te raken).
- Op 15 september 2017 maakte Cassini een suïcidale sprong in Saturnus, waarbij ze metingen verrichtten zolang zijn instrumenten konden communiceren met de aarde.
Een deel van de wetenschap die Cassini in deze periode uitvoerde, omvatte het maken van kaarten van de zwaartekracht en magnetische velden van de planeet , schatten hoeveel materiaal er in de ringen zit, en hoge resolutiebeelden maken van Saturnus en zijn ringen van dichtbij.
Het ruimtevaartuig deed een interessante ontdekking vanuit zijn nieuwe uitkijkpunt. Het ontdekte dat het magnetische veld van Saturnus nauw uitgelijnd is met de rotatie-as van de planeet, wat wetenschappers verbijsterd vanwege de manier waarop ze denken dat magnetische velden worden gegenereerd – door een verschil in hellingshoek tussen het magnetische veld en de rotatie van een planeet. eind juli 2017 waren wetenschappers echter van plan meer gegevens te verzamelen om te zien of de interne processen van Saturnus hun metingen misschien verwarren.
Cassinis nalatenschap
Kort nadat het ruimtevaartuig overlijden, vertelde Cassini-missieplanner Erick Sturm aan verslaggevers dat hij van plan was een rapport te schrijven over wat hij en zijn team leerden na zo lang een missie te hebben uitgevoerd. Terwijl enthousiasme de wetenschappers door de jaren heen hield (waarvoor soms tijdens de vakantie of midden in de nacht gewerkt moest worden), was engineering ook de sleutel.
Kim Steadman, een ingenieur in het Cassini-team voor 14 jaar, zei dat redundantie essentieel was. Ze zei dat een reactiewiel en een aantal van de stuwraketten van de sonde faalden tijdens de missie, wat zou hebben betekend dat het ruimtevaartuig zijn instrumenten niet kon richten om gegevens te verzamelen of met de aarde kon communiceren door de antenne op de planeet te richten. De missie van Cassini ging echter door omdat het back-ups had.
Het team is van plan het rapport uit te brengen om te helpen bij de toekomstige planning van ruimtevaartuigen; een van die aanbevelingen zou een gasmeter kunnen bevatten. Cassini stierf met ongeveer 1 procent. van zijn brandstof over, maar hoofdvoorstuwingsingenieur Todd Barber vertelde Space.com dat hij het moeilijk had om in te schatten hoeveel brandstof er nog over was in Cassini; hij moest dit doen via verschillende indirecte methoden. Dit betekende dat Barber tijdens de laatste maanden enigszins nerveus over manoeuvres die voortstuwing vereisen, aangezien er een foutmarge was voor zijn berekeningen en niet wist of er genoeg brandstof over was om ze uit te voeren.
De missie is misschien voorbij, maar wetenschappelijke resultaten zullen blijven decennia lang stromen omdat nog niet alle informatie is geanalyseerd. NASA bleef ook nieuwe fotos van het ruimtevaartuig vrijgeven, zelfs nadat Cassini was overleden. Eind september 2017 stuurde het bureau bijvoorbeeld een foto van Enceladus – een doelwit van grote belangstelling vanwege de vele geisers op het oppervlak van de maan.
Er zijn ook verschillende andere vroege missies. in de maak om naar Saturnus te vliegen Hoewel deze missies nog jaren verwijderd zijn – als ze ooit worden goedgekeurd – vertegenwoordigen ze wetenschappelijke interesse in Saturnus en zijn manen, en hun ontwerp is gebaseerd op de ontdekkingen van Cassini. Concreet strijden vijf Saturnus-gerelateerde concepten voor de volgende New Frontiers-missie, een programma dat in de afgelopen jaren het New Horizons Pluto-ruimtevaartuig, de Juno Jupiter-orbiter en het asteroïde-terugkerende ruimtevaartuig OSIRIS-REx heeft opgeleverd. De vijf voorstellen zijn:
SPRITE (Saturn Probe Interior and Atmosphere Explorer), die opzettelijk de atmosfeer van Saturnus zou binnenvliegen om ongeveer 90 minuten naar de samenstelling en structuur te kijken. Cassini duurde slechts een paar minuten tijdens zijn duik, maar het was niet ontworpen voor dit werk.
Oceanus, dat is ontworpen om naar het potentieel van Titan voor bewoonbaarheid te kijken door organische moleculen te onderzoeken door de methanologische cyclus heen en door uitwisselingsprocessen tussen de atmosfeer te beoordelen , oppervlakte en ondergrond, volgens een projectbeschrijving gepresenteerd op de 48e Lunar and Planetary Science Conference in The Woodlands, Texas.
Dragonfly, die periodiek vluchten zou maken in de atmosfeer van Titan om naar organische stoffen te kijken zijn oppervlak, op verschillende locaties.
Enceladus Life Finder, die meerdere keren door pluimen zou vliegen om de moleculen die er zijn te verzamelen en te karakteriseren – met name complexe organische verbindingen die kunnen duiden op voorlopers van leven.
Enceladus Life Signatures and Habitability, waarvan er maar weinig openbaar is gemaakt. Het kan zijn gericht op de pluimen van Enceladus, die periodiek door Cassini werden onderzocht tijdens flybys.
De winnende kandidaat uit de 12 voorgestelde New Frontiers-missies (de andere missies zijn gericht op Venus, de maan of kometen) zal worden geselecteerd medio 2019 voor lancering uiterlijk in 2025.Er is echter een selectie in de halve finale; NASA zal vóór die tijd twee of drie van deze voorstellen selecteren voor verder onderzoek, voordat de definitieve beslissing wordt genomen.