Cassini-Huygens: Exploring Saturnus System

Cassini rymdfarkosten kretsade kring Saturnus från 30 juni 2004, fram till den 15 september 2017, när sonden avslutade sitt liv med ett dopp i den ringade planetens atmosfär.

Detta avsiktliga dödsdyk utfördes för att säkerställa att Cassini aldrig förorenades en potentiellt beboelig Saturnmån, som Enceladus eller Titan.

Uppdraget är känt för upptäckter som att hitta vattenstrålar som bryter ut från Enceladus och spåra några nya månar för Saturnus.

Cassini är ett gemensamt projekt bland flera rymdorganisationer, vilket är en kontrast från de stora NASA-sonderna från det förflutna som Pioneer och Voyager. I detta fall är de viktigaste deltagarna NASA, Europeiska rymdorganisationen och Agenzia Spaziale Italiana (den italienska rymdorganisationen).

Utvecklingshistoria

Cassini var den första dedikerade rymdfarkosten att titta på Saturnus och dess system. Det namngavs efter Giovanni Cassini, en astronom från 1600-talet som var den första som observerade fyra av Saturnusmånarna – Iapetus (1671), Rhea (1672), Tethys (1684) och Dione (1684).

Innan detta rymdfarkost kom flera flybys av Saturnus av Pioneer 11 (1979), Voyager 1 (1980) och Voyager 2 (1981). Några av de upptäckter som kom ut ur dessa uppdrag inkluderade att ta reda på att Titans yta kan inte ses i synliga våglängder (på grund av dess tjocka atmosfär) och spottar flera ringar av Saturnus som inte var synliga med markbaserade teleskop.

Det var strax efter den sista flyby 1982, att vetenskapliga kommittéer i både USA och Europa bildade en arbetsgrupp för att diskutera möjliga framtida samarbeten. Gruppen föreslog ett flaggskeppsuppdrag som skulle kretsa kring Saturnus och skicka en atmosfärisk sond in i Titan. Det fanns dock en svår ”finanspolitiskt klimat” i början av 1980-talet, noterade NASA: s Jet Propulsion Laboratory i en kort historia av uppdraget , som drev godkännande av Cassini till 1989.

Européerna och amerikanerna övervägde var och en antingen att arbeta tillsammans eller arbeta ensam. En rapport från den tidigare astronauten Sally Ride från 1987 förespråkade till exempel ett solomission till Saturnus. Kallas ”NASA: s ledarskap och Amerikas framtid i rymden”, säger rapporten att studera de yttre gasjättplaneterna (som Saturnus) hjälper forskare att lära sig om deras atmosfärer och interna struktur. (Idag vet vi också att denna typ av studier hjälper oss att förutsäga strukturen hos exoplaneter, men de första exoplaneterna upptäcktes inte förrän i början av 1990-talet.)

”Titan är ett särskilt intressant mål för prospektering eftersom organisk kemi som nu äger rum där ger det enda laboratoriet i planetskala för att studera processer som kan ha varit viktiga i den prebiotiska markbundna atmosfären, ”tillade rapporten, vilket betyder att på Titan finns kemi som kunde ha liknat det som fanns på jorden tidigare livet uppstod.

Cassinis utveckling kom med åtminstone två stora utmaningar för att gå vidare. 1993 och 1994 hade uppdraget en prislapp på 3,3 miljarder dollar (ungefär 5 miljarder dollar i 2017 dollar, eller ungefär hälften av kostnaden) av James Webb-rymdteleskopet.) Vissa kritiker uppfattade detta som alltför högt för uppdraget. Som svar påpekade NASA att Europeiska rymdorganisationen också bidrog med medel och tillade att teknik från Cassini hjälpte till att und billigare NASA-uppdrag som Mars Global Surveyor, Mars Pathfinder och Spitzer Space Telescope, enligt JPL.

Cassini fick också flak från miljögrupper som var oroliga över att när rymdfarkosten flög förbi jorden, skulle dess radioisotop termoelektriska generator (kärnkraft) kunna utgöra ett hot mot vår planet, tillade JPL. Dessa grupper lämnade in en juridisk utmaning på Hawaii strax före lanseringen 1997, men utmaningen avvisades av den federala tingsrätten på Hawaii och den nionde Circuit Court of Appeals.

Att ta itu med oro över rymdfarkostens radioisotop termoelektriska generatorer, som ofta används för NASA-uppdrag, svarade NASA genom att utfärda ett kompletterande dokument om flyby och redogöra för byråns metod för att skydda planeten och sa att det var mindre än en till en miljon chans att påverka förekommer.

Saturnus största måne, Titan, passerar framför planeten och dess ringar i denna sanna färgmoment från NASA: s Cassini rymdfarkost. Denna vy vetter mot den norra, solbelysta sidan av ringarna från strax ovanför ringplanet. Det togs den 21 maj 2011, när Cassini var cirka 2,3 miljoner kilometer från Titan. (Bildkredit: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

Lansering och kryssning

Cassini gick inte direkt till Saturn, snarare involverade dess uppdrag komplicerade omloppsmekanik.Det gick förbi flera planeter – inklusive Venus (två gånger), Jorden och Jupiter – för att få en hastighetsökning genom att dra nytta av varje planets tyngdkraft.

Rymdfarkosten på nästan 12 600 pund (cirka 5700 kg). drevs bort från jorden den 15 oktober 1997. Det gick av Venus i april 1998 och juni 1999, jorden i augusti 1999 och Jupiter i december 2000.

Cassini bosatte sig i omloppsbana runt Saturnus den 1 juli 2004 Bland dess främsta mål var att leta efter fler månar, ta reda på vad som orsakade Saturnus ringar och färgerna i ringarna, och förstå mer om planetens månar.

Kanske Cassini mest detaljerad blick kom efter att ha släppt Huygens landare mot Titan, Saturnus största måne. Landaren fick sitt namn efter den holländska forskaren Christiaan Huygens, som 1654 vände ett teleskop mot Saturnus och observerade att dess udda blobliknande form – Galileo Galilei hade först sett formen i ett teleskop och ritade den i sin anteckningsbok som något som öron på planeten – orsakades faktiskt av r ingar.

Huygens landare kom ner genom den mystiska disen som omger månen och landade den 14 januari 2005. Den strålade information tillbaka till jorden i nästan 2,5 timmar under dess nedstigning och fortsatte sedan att vidarebefordra det den såg från ytan i 1 timme och 12 minuter.

Under det korta tidsfönstret såg forskare bilder på ett bergfält och fick tillbaka information om månens vind och gaser i atmosfären och ytan.

Detta första panorama av Titan släppt av ESA visar en fullständig 360-gradersvy runt Huygens Vänster sida visar en gräns mellan ljusa och mörka områden. De vita strimmorna som ses nära denna gräns kan vara ”dimma”, eftersom de inte omedelbart var synliga från högre höjder. Huygens drev över en platå (bildens mitt) och var på väg mot landningsplatsen i ett mörkt område (till höger) under nedstigningen. (Bildkredit: ESA / NASA / University of Arizona.)

Magnifika månar

Ett av Saturnus definierande drag är dess antal månar. Uteslutande biljoner ton små stenar som utgör sina ringar, har Saturnus 62 upptäckta månar från och med september 2012. NASA listar 53 namngivna månar på en av sina webbplatser. nästan omedelbart efter ankomsten (Meton och Pallene) och innan 2004 hade upphört upptäcktes det Polydeuces.

När sonden vandrade förbi Saturnus månar avslöjade resultaten som den skickade tillbaka till jorden nya saker om deras miljöer och utseende. Några av de mer anmärkningsvärda resultaten inkluderar:

  • Hitta bevis för flytande vatten på Enceladus, en frusen måne som skjuter ut isiga strålar när den förvrängs av Saturnus gravitation. År 2015 gjorde Cassini en serie flybys av Enceladus för att få mer information om gasen och dammet i plommorna.
  • Upptäcka och sedan fästa mer detaljer om en jätte metansjö på Titan;
  • 50-mils jordskred på Iapetus;
  • En närbild av Rhea som avslöjar en pockmarked yta;
  • En enorm ring, 8 miljoner mil från Saturnus, troligen gjort av skräp från Phoebe.

Saturnus har inte heller ignorerats. Till exempel postulerade en NASA-studie 2012 att Saturnus strålströmmar i atmosfären kan drivas av intern värme istället för energi från solen. Forskare tror att värme ger upp vattenånga från insidan av planeten, som kondenserar. när den stiger och producerar värme. Den värmen tros ligga bakom bildandet av strålströmmar, liksom stormarna.

Uppdragets förlängning och slut

Cassini var ursprungligen planerad till sista fyra år vid Saturnus, fram till 2008, men dess uppdrag har förlängts flera gånger. Dess sista och sista etapp kallades Cassini Solstice Mission, namngiven på grund av att planeten och dess månar nådde solståndet igen mot missionens slut. Saturnus kretsar kring solen var 29: e månad Jordår. Med Cassinis uppdrag som varade i 13 år innebar detta att rymdfarkosten observerade nästan hälften av Saturnus säsongsförändring när planeten gick runt sin omloppsbana.

År 2016 sattes rymdfarkosten på en serie sista manövrer för att ge närbild av ringarna, wi det ultimata målet att kasta Cassini in i Saturnus den 15 september 2017. Denna strategi utformades för att skydda Enceladus och andra potentiellt beboliga månar från (liten) chans att Cassini kolliderar med ytan och sprider jordmikrober.

Viktiga milstolpar i finalen inkluderade:

  • Rinnande banor: Varje vecka mellan 30 november 2016 och 22 april , 2017, gjorde Cassini öglor runt Saturnus stolpar för att titta på ringens ytterkant, för att lära sig mer om deras partiklar, gaser och struktur. Den observerade också små månar i denna region, inklusive Atlas, Daphnis, Pan och Pandora.
  • Den 22 april 2017 gjorde Cassini den sista flyby av Titan.Flyby gjordes på ett sådant sätt för att ändra Cassinis omlopp så att det började 22 dyk (en gång i veckan) mellan planeten och dess ringar. Detta var första gången någon rymdfarkost utforskade denna zon, och det medför viss risk eftersom bana förde den mellan den yttre delen av atmosfären och den inre zonen av ringarna (där det riskerar att slå partiklar eller gasmolekyler).
  • Den 15 september 2017 gjorde Cassini ett självmordsstycke in i Saturnus och mätte så länge som dess instrument kunde göra kommunikation tillbaka till jorden.

En del av vetenskapen som Cassini utförde under denna period inkluderade att skapa kartor över planetens gravitation och magnetfält. , uppskatta hur mycket material som finns i ringarna, och ta bilder med hög upplösning av Saturnus och dess ringar från närbild.

Rymdfarkosten gjorde en intressant upptäckt från dess nya utsiktspunkt. Den fann att Saturnus magnetfält ligger nära linje med planetens rotationsaxel, vilket förvirrade forskare på grund av hur de tror att magnetfält genereras – genom en skillnad i lutning mellan magnetfältet och planetens rotation. i slutet av juli 2017 planerade forskarna dock att samla in mer data för att se om Saturnus interna processer förvirrade deras mätningar.

Cassinis arv

Strax efter rymdfarkosten bortgång, berättade Cassini missionsplanerare Erick Sturm för journalister att han planerade att skriva en rapport om vad han och hans team lärde sig efter att ha drivit ett uppdrag under så lång tid. Medan entusiasmen höll forskarna igång de långa åren (som ibland krävde arbete under semestern eller mitt på natten) var ingenjörskonst också nyckeln.

Kim Steadman, ingenjör i Cassini-teamet i 14 år år, sade att redundans var nödvändig. Hon sa att ett reaktionshjul och några av sondens drivkrafter misslyckades under uppdraget, vilket skulle ha inneburit att rymdfarkosten inte kunde peka sina instrument för att samla in data eller kommunicera med jorden genom att rikta antennen mot planeten. Men Cassinis uppdrag fortsatte eftersom det hade säkerhetskopior.

Teamet planerar att utfärda rapporten för att hjälpa till med framtida planering av rymdfarkoster. En av dessa rekommendationer kan vara att inkludera en gasmätare. Cassini dog med cirka 1 procent av sitt bränsle kvar, men blydrivningsingenjör Todd Barber berättade för Space.com att han hade svårt att uppskatta hur mycket bränsle som fanns kvar i Cassini, han var tvungen att göra det genom olika indirekta metoder. Detta innebar att Barber under de sista månaderna något nervös för manövrer som kräver framdrivning, eftersom det fanns en felmarginal för hans beräkningar och inte visste om det fanns tillräckligt med bränsle kvar för att genomföra dem.

Uppdraget kan vara över, men vetenskapliga resultat kommer att fortsätter att flöda i årtionden eftersom inte all information har analyserats än. NASA fortsatte också att släppa nya foton från rymdfarkosten även efter att Cassini hade dött. I slutet av september 2017 skickade byrån till exempel ut ett foto av Enceladus – ett mål av högt intresse på grund av de många gejsrarna på månens yta.

Det finns också flera andra uppdrag i ett tidigt skede. i arbetet för att flyga till Saturnus. Medan dessa uppdrag är flera år borta – om de någonsin godkänns – representerar de vetenskapligt intresse för Saturnus och dess månar, och deras design bygger på Cassinis upptäckter. Specifikt tävlar fem Saturn-relaterade koncept för nästa New Frontiers-uppdrag, ett program som under de senaste åren gav New Horizons Pluto-rymdfarkosten, Juno Jupiter-orbiter och asteroid-retur-rymdfarkosten OSIRIS-REx. De fem förslagen är:

SPRITE (Saturn Probe Interior and Atmosphere Explorer), som medvetet skulle flyga in i Saturnus atmosfär för att titta på dess sammansättning och struktur i ungefär 90 minuter. Cassini varade bara ett par minuter under sitt stup, men det var inte designat för detta arbete.

Oceanus, som är utformat för att titta på Titans potential för bebobarhet genom att undersöka organiska molekyler ”genom den metanologiska cykeln och utvärdera utbytesprocesser mellan atmosfären , ytan och underytan, ”enligt en projektbeskrivning som presenterades vid den 48: e mån- och planetvetenskapskonferensen i The Woodlands, Texas.

Dragonfly, som skulle göra periodiska flygningar i Titans atmosfär för att titta på organiska ämnen på dess yta, på flera platser.

Enceladus Life Finder, som skulle flyga genom plommon flera gånger för att samla och karakterisera de molekyler som finns där – särskilt komplexa organiska föreningar som kan indikera livets föregångare.

Enceladus Life Signatures and Habitability, av vilka lite har släppts offentligt. Det kan vara inriktat på Enceladus-plymerna, som periodiskt undersöktes av Cassini under flybys.

Den vinnande kandidaten bland de 12 föreslagna New Frontiers-uppdragen (de andra uppdragen riktar sig mot Venus, månen eller kometer) kommer att väljas i mitten av 2019 för lansering senast 2025.Det finns dock ett semifinalval; NASA kommer att välja två eller tre av dessa förslag innan dess för vidare studier innan det slutliga beslutet fattas.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *