Sonda Cassini okrążyła Saturna od 30 czerwca 2004 roku, do 15 września 2017 r., kiedy sonda zakończyła swoje życie, zanurzając się w atmosferze pierścieniowej planety.
To celowe nurkowanie po śmierci zostało przeprowadzone, aby upewnić się, że Cassini nigdy nie została skażona potencjalnie nadający się do zamieszkania księżyc Saturn, taki jak Enceladus lub Titan.
Misja znana jest z odkryć, takich jak znalezienie strumieni wody wypływających z Enceladusa i wyśledzenie kilku nowych księżyców Saturna.
Cassini to wspólny projekt kilku agencji kosmicznych, będący przeciwieństwem dużych sond NASA z przeszłości, takich jak Pioneer i Voyager. W tym przypadku głównymi uczestnikami są NASA, Europejska Agencja Kosmiczna i Agenzia Spaziale Italiana (włoska agencja kosmiczna).
Historia rozwoju
Cassini był pierwszym wyspecjalizowanym statkiem kosmicznym, któremu przyjrzeli się Saturn i jego system. Został nazwany imieniem Giovanniego Cassiniego, XVII-wiecznego astronoma, który jako pierwszy zaobserwował cztery księżyce Saturna – Japeta (1671), Rheę (1672), Tetydę (1684) i Dione (1684).
Zanim ten statek kosmiczny przeleciał kilka razy obok Saturna przez Pioneera 11 (1979), Voyager 1 (1980) i Voyager 2 (1981). Niektóre z odkryć dokonanych podczas tych misji obejmowały stwierdzenie, że Powierzchni Tytana nie można zobaczyć w widzialnych długościach fal (ze względu na gęstą atmosferę) i dostrzec kilka pierścieni Saturna, które nie były widoczne za pomocą naziemnych teleskopów.
Było to krótko po ostatnim przelocie w 1982 r. komitety naukowe w Stanach Zjednoczonych i Europie utworzyły grupę roboczą w celu omówienia możliwej przyszłej współpracy. Grupa zasugerowała misję flagową, która miałaby okrążyć Saturna i wysłać sondę atmosferyczną na Tytana. Jednak było trudne „klimat fiskalny” we wczesnych latach 80-tych, laboratorium napędu odrzutowego NASA odnotowało w krótkiej historii misji , co popchnęło aprobatę Cassiniego do 1989 roku.
Zarówno Europejczycy, jak i Amerykanie rozważali współpracę lub pracę w pojedynkę. Na przykład raport z 1987 roku byłej astronautki Sally Ride opowiadał się za samodzielną misją na Saturna. Raport, nazwany „Przywództwem NASA i przyszłością Ameryki w kosmosie”, stwierdza, że badanie zewnętrznych gazowych olbrzymów (takich jak Saturn) pomaga naukowcom poznać ich atmosferę i strukturę wewnętrzną. (Dziś wiemy również, że tego rodzaju badania pomagają nam przewidzieć strukturę egzoplanet, ale pierwsze egzoplanety odkryto dopiero na początku lat 90.).
„Tytan jest szczególnie interesującym celem do eksploracji, ponieważ Obecnie zachodząca tam chemia organiczna stanowi jedyne laboratorium na skalę planetarną do badania procesów, które mogły być ważne w prebiotycznej ziemskiej atmosferze ”- dodano w raporcie, co oznacza, że na Tytanie jest chemia, która mogła być podobna do tej, która była wcześniej obecna na Ziemi. życie powstało.
Rozwój Cassini wiązał się z co najmniej dwoma poważnymi wyzwaniami. W latach 1993 i 1994 misja kosztowała 3,3 miliarda dolarów (około 5 miliardów dolarów w 2017 roku, czyli około połowy kosztów Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba). Niektórzy krytycy uznali to za zbyt wysokie jak na misję. W odpowiedzi NASA wskazała, że Europejska Agencja Kosmiczna również wniosła fundusze i dodała, że technologie z Cassini pomagają oraz tańsze misje NASA, takie jak Mars Global Surveyor, Mars Pathfinder i Spitzer Space Telescope, według JPL.
Cassini otrzymała również odrzut od grup środowiskowych, które obawiały się, że kiedy statek kosmiczny przeleciał nad Ziemią, jego radioizotopowy generator termoelektryczny (energia jądrowa) może stanowić zagrożenie dla naszej planety, dodał JPL. Grupy te złożyły pozew sądowy na Hawajach na krótko przed wystrzeleniem w 1997 r., Ale wyzwanie to zostało odrzucone przez federalny sąd okręgowy na Hawajach i Dziewiąty Okręgowy Sąd Apelacyjny.
Aby odpowiedzieć na obawy dotyczące radioizotopu statku kosmicznego generatory termoelektryczne, które są powszechnie używane w misjach NASA, NASA odpowiedziała, wydając dodatkowy dokument dotyczący przelotu i wyszczególniając metodologię agencji dotyczącą ochrony planety, mówiąc, że istnieje mniej niż jedna na milion szans na zderzenie występujące.
Start i rejs
Cassini nie udał się prosto do Saturn – jego misja obejmowała raczej skomplikowaną mechanikę orbitalną.Minął kilka planet – w tym Wenus (dwukrotnie), Ziemię i Jowisza – aby uzyskać zwiększenie prędkości, wykorzystując grawitację każdej planety.
Sonda o masie prawie 12600 funtów (około 5700 kilogramów) został wyniesiony z Ziemi 15 października 1997 r. Przeleciał obok Wenus w kwietniu 1998 i czerwcu 1999, Ziemi w sierpniu 1999 i Jowisza w grudniu 2000.
Cassini osiadł na orbicie wokół Saturna 1 lipca 2004 . Wśród jego głównych celów było poszukiwanie większej liczby księżyców, ustalenie, co spowodowało pierścienie Saturna i kolory w pierścieniach, a także zrozumienie więcej na temat księżyców planety.
Być może najbardziej szczegółowe spojrzenie pojawiło się po wypuszczeniu lądownika Huygens w kierunku Tytana, największego księżyca Saturna. Lądownik został nazwany imieniem holenderskiego naukowca Christiaana Huygensa, który w 1654 r. zwrócił teleskop w kierunku Saturna i zauważył, że jego dziwny, przypominający kropelkę kształt – Galileo Galilei po raz pierwszy zobaczył kształt w teleskopie i narysowany w swoim notatniku jako coś w rodzaju uszu na planecie – był w rzeczywistości spowodowany przez r ings.
Lądownik Huygens opuścił tajemniczą mgłę otaczającą księżyc i wylądował 14 stycznia 2005 roku. Podczas opadania wysyłał informacje z powrotem na Ziemię przez prawie 2,5 godziny, a następnie kontynuował przekazywanie tego, co widział. z powierzchni przez 1 godzinę i 12 minut.
W tym krótkim przedziale czasu naukowcy zobaczyli zdjęcia pola skalnego i uzyskali informacje o wietrze księżyca i gazach w atmosferze i na powierzchni.
Wspaniałe księżyce
Jedną z charakterystycznych cech Saturna jest liczba księżyców. Nie licząc bilionów ton małych kamieni, które tworzą jego pierścienie, Saturn we wrześniu 2012 roku odkrył 62 księżyce. NASA wymienia 53 nazwane księżyce na jednej ze swoich witryn internetowych.
W rzeczywistości Cassini odkrył dwa nowe księżyce prawie natychmiast po przybyciu (Methone i Pallene), a przed końcem 2004 roku, wykrył Polideuces.
Gdy sonda wędrowała obok księżyców Saturna, odkrycia, które wysłała z powrotem na Ziemię, ujawniły nowe rzeczy dotyczące ich środowiska i wyglądu. Niektóre z bardziej znaczących ustaleń obejmują:
- Znalezienie śladów wody w stanie ciekłym na Enceladusie, zamarzniętym księżycu, który wystrzeliwuje lodowate strumienie, gdy jest on wypaczany przez grawitację Saturna. W 2015 roku Cassini wykonał serię przelotów nad Enceladusem, aby uzyskać więcej informacji na temat gazu i pyłu w pióropuszach;
- Odkrywając, a następnie ustalając więcej szczegółów na temat gigantycznego jeziora metanowego na Tytanie;
- 50-milowe osuwiska na Japetus;
- Zbliżenie Rhea, odsłaniając dziobową powierzchnię;
- Ogromny pierścień, 8 milionów mil od Saturna, prawdopodobnie śmieci z Phoebe.
Saturn też nie został zignorowany. Na przykład w 2012 roku badanie NASA postulowało, że strumienie odrzutowe Saturna w atmosferze mogą być zasilane ciepłem wewnętrznym, a nie energią słoneczną. Naukowcy uważają, że ciepło przenosi parę wodną z wnętrza planety, która skrapla się gdy wznosi się i wytwarza ciepło. Uważa się, że ciepło to występuje za formowaniem się strumieni strumieniowych, a także za burzami.
Przedłużenie i zakończenie misji
Cassini pierwotnie miał trwać cztery lat na Saturnie, aż do 2008 roku, ale jego misja była wielokrotnie przedłużana. Jej ostatni i ostatni etap nazwano Misją Przesilenia Cassini, nazwaną tak, ponieważ planeta i jej księżyce ponownie osiągnęły przesilenie pod koniec misji. Saturn okrąża Słońce co 29 minut Ziemskie lata. Ponieważ misja Cassini trwała 13 lat, oznaczało to, że sonda obserwowała prawie połowę sezonowych zmian Saturna, gdy planeta okrążyła swoją orbitę.
W 2016 roku sonda została ustawiona na seria końcowych manewrów, aby pokazać z bliska pierścienie, wi ostatecznym celem jest zanurzenie Cassini w Saturnie 15 września 2017 r. Ta strategia została opracowana, aby chronić Enceladusa i inne potencjalnie nadające się do zamieszkania księżyce przed (małą) szansą zderzenia Cassini z powierzchnią, rozprzestrzeniając mikroby Ziemi.
Główne kamienie milowe finału to:
- Pierścieniowe orbity wypasowe: co tydzień od 30 listopada 2016 do 22 kwietnia , 2017, Cassini wykonała pętle wokół biegunów Saturna, aby przyjrzeć się zewnętrznym krawędziom pierścieni, aby dowiedzieć się więcej o ich cząsteczkach, gazach i strukturze. Zaobserwował również małe księżyce w tym regionie, w tym Atlas, Daphnis, Pan i Pandora.
- 22 kwietnia 2017 roku Cassini dokonał ostatniego przelotu obok Tytana.Przelot został wykonany w taki sposób, aby zmienić orbitę Cassiniego, tak aby rozpoczął 22 nurkowania (raz w tygodniu) między planetą a jej pierścieniami. To był pierwszy raz, kiedy statek kosmiczny badał tę strefę i wiązał się z pewnym ryzykiem, ponieważ orbita sprowadziła go między zewnętrzną część atmosfery a wewnętrzną strefę pierścieni (gdzie jest zagrożona uderzeniem cząstek lub cząsteczek gazu).
- 15 września 2017 roku Cassini dokonał samobójczego zanurzenia do Saturna, dokonując pomiarów tak długo, jak długo jego instrumenty mogłyby nawiązać komunikację z powrotem na Ziemię.
Niektóre z badań przeprowadzonych przez Cassini w tym okresie obejmowały tworzenie map grawitacji i pól magnetycznych planety szacując ilość materiału w pierścieniach i robiąc z bliska zdjęcia Saturna i jego pierścieni w wysokiej rozdzielczości.
Ze swojego nowego punktu obserwacyjnego sonda dokonała interesującego odkrycia. Okazało się, że pole magnetyczne Saturna jest ściśle zrównane z osią obrotu planety, co zaskoczyło naukowców ze względu na sposób, w jaki według nich generowane są pola magnetyczne – poprzez różnicę nachylenia między polem magnetycznym a obrotem planety. pod koniec lipca 2017 roku naukowcy planowali jednak zebrać więcej danych, aby sprawdzić, czy być może wewnętrzne procesy Saturna pomylili ich pomiary.
Dziedzictwo Cassini
Krótko po tym, jak statek kosmiczny śmierci, planista misji Cassini, Erick Sturm, powiedział dziennikarzom, że planuje napisać raport o tym, czego on i jego zespół nauczyli się po przeprowadzeniu misji przez tak długi czas. Chociaż entuzjazm pozwalał naukowcom przetrwać długie lata (co czasami wymagało pracy w święta lub w środku nocy), kluczowa była również inżynieria.
Kim Steadman, inżynier w zespole Cassini od 14 lat lat, powiedział, że konieczne jest zwolnienie. Powiedziała, że koło reakcyjne i niektóre silniki sondy zawiodły podczas misji, co oznaczałoby, że statek kosmiczny nie mógłby skierować swoich instrumentów w celu zbierania danych lub komunikować się z Ziemią poprzez skierowanie anteny na planetę. Jednak misja Cassini była kontynuowana, ponieważ miała kopie zapasowe.
Zespół planuje opublikować raport, aby pomóc w przyszłym planowaniu statku kosmicznego; jednym z tych zaleceń może być uwzględnienie wskaźnika gazu. Cassini zmarł z około 1 procentem paliwa zostało, ale główny inżynier napędu Todd Barber powiedział Space.com, że miał trudności z oszacowaniem ilości paliwa pozostałego w Cassini; musiał to zrobić różnymi metodami pośrednimi. Oznaczało to, że w ostatnich miesiącach Barber był nieco zdenerwowany manewrami wymagającymi napędu, ponieważ w jego obliczeniach był margines błędu i nie wiedział, czy zostało jeszcze wystarczająco dużo paliwa, aby je wykonać.
Misja może się skończyć, ale wyniki naukowe będą przepływają przez dziesięciolecia, ponieważ nie wszystkie informacje zostały jeszcze przeanalizowane. NASA nadal publikowała nowe zdjęcia ze statku kosmicznego, nawet po śmierci Cassini. Na przykład pod koniec września 2017 roku agencja wysłała zdjęcie Enceladusa – celu, który wzbudza duże zainteresowanie ze względu na liczne gejzery na powierzchni Księżyca.
Jest też kilka innych misji na wczesnym etapie w pracach nad lotem na Saturna. Chociaż misje te są odległe o lata – jeśli kiedykolwiek zostaną zatwierdzone – reprezentują naukowe zainteresowanie Saturnem i jego księżycami, a ich projekt jest oparty na odkryciach Cassini. Konkretnie, pięć koncepcji związanych z Saturnem walczy o kolejną misję New Frontiers, program, w ramach którego w minionych latach powstała sonda New Horizons Pluto, orbiter Juno Jupiter oraz statek kosmiczny OSIRIS-REx powracający z asteroidy. Pięć propozycji to:
SPRITE (Saturn Probe Interior and Atmosphere Explorer), który celowo wleciałby w atmosferę Saturna, aby przyjrzeć się jej składowi i strukturze przez około 90 minut. Cassini trwał tylko kilka minut podczas zanurzania, ale nie został zaprojektowany do tej pracy.
Oceanus, który ma na celu zbadanie potencjału Tytana do zamieszkania przez badanie cząsteczek organicznych w cyklu metanologicznym i ocenę procesów wymiany między atmosferą powierzchni i podpowierzchni ”, zgodnie z opisem projektu przedstawionym na 48. Konferencji Nauk o Księżycu i Planetarności w The Woodlands w Teksasie.
Dragonfly, który wykonywał okresowe loty w atmosferze Tytana, aby przyjrzeć się substancjom organicznym jego powierzchni w kilku miejscach.
Enceladus Life Finder, który przelatywałby wiele razy przez pióropusze, aby zebrać i scharakteryzować znajdujące się tam cząsteczki – szczególnie złożone związki organiczne, które mogą wskazywać na prekursory życia.
Enceladus Life Signatures and Habitability, z których niewiele zostało ujawnionych publicznie. Może celować w pióropusze Enceladusa, które były okresowo badane przez Cassiniego podczas przelotów.
Zwycięski kandydat spośród 12 proponowanych misji New Frontiers (pozostałe misje są skierowane na Wenus, księżyc lub komety) zostanie wybrany w połowie 2019 r. do uruchomienia nie później niż w 2025 r.Jest jednak wybór półfinałowy; NASA wcześniej wybierze dwie lub trzy z tych propozycji do dalszych badań, przed podjęciem ostatecznej decyzji.