Cassini - sonda kosmiczna Huygens
Organizacja |
NASA ( Cassini ) ESA ( Huygens ) ASI (Antena Cassini) |
---|---|
Pole | Studium systemu Saturna |
Rodzaj misji |
orbiter : Lądownik Cassini : Huygens |
Status | Misja wykonana |
Wyrzutnia | Tytan IV-Centaur |
Identyfikator COSPAR | 1997-061A |
Teren | saturn.jpl.nasa.gov |
Początek projektowania | 1988 |
---|---|
Uruchomić | 15 października 1997 r. |
Lecąc nad Jowiszem | 30 grudnia 2000 r. |
Wprowadzenie na orbitę wokół Saturna | 1 st lipca 2004 |
Lądowanie z Huygens na Tytanie | 14 stycznia 2005 r. |
Koniec misji | 15 września 2017 r. |
Msza podczas startu |
Cassini : 5712 kg Huygens : 320 kg |
---|---|
Instrumenty masowe |
362 kg ( Cassini ) 48 kg ( Huygens ) |
Napęd | Propelenty płynne |
Ergol | Hydrazyna |
Masa miotająca | 3267 kg |
v | ~ 2 km / s |
Kontrola postaw | Stabilizowany na 3 osiach |
Źródło energii | RTG |
Energia elektryczna | 885 watów |
Orbita | Orbita Saturna od 2004 do 2017 |
---|
ISS | Aparat fotograficzny |
---|---|
UVIS | Spektrograf do obrazowania w ultrafiolecie |
VIMS | Spektrometr na podczerwień / widzialny |
CIRS | Spektroskopia w podczerwieni |
x | Radar |
MIMI | Mapowanie z magnetosfery |
INMS | Spektrometr masowy |
CZAPKI | Spektrometr |
MAG | Magnetometr |
RPWS | Badanie fal plazmowych |
CDA | Analiza pyłu kosmicznego |
RS | Nauka radiowa |
Cassini-Huygens jest misja kosmosu z systemu Saturna przy użyciu sondy kosmicznej opracowanej przez amerykańską agencję kosmiczną, NASA , ze znacznych wkładów z Europejskiej Agencji Kosmicznej (15% kosztów) oraz " Włoskiej Agencji Kosmicznej . Rozpoczęty dnia15 października 1997 r., maszyna została umieszczona na orbicie wokół Saturna w 2004 roku. W 2005 roku europejski lądownik Huygens , po odłączeniu pod koniec 2004 roku od sondy-matki, wylądował na powierzchni satelity Tytan i może przekazywać informacje zebrane podczas opadania i po lądowanie. Następnie orbiter Cassini krąży wokół Saturna i kontynuuje naukowe badania gigantycznej planety gazowej , wykorzystując jej krótkie przeloty z jej satelitów do zbierania szczegółowych danych na ich temat. Misja, początkowo planowana na cztery lata, była dwukrotnie przedłużana: od 2008 do 2010 roku o misję równonocy ( Equinox Mission ), następnie od 2010 do 2017 roku o solstice Mission ( Solstice Mission ). W celu ochrony księżyców planety sonda kosmiczna kończy swoją podróż zanurzając się w atmosferę Saturna na15 września 2017 r..
W 1982 roku amerykańskie i europejskie środowiska naukowe niezależnie badały wysłanie misji badającej Saturna. Po pracy nad odrębnymi projektami, NASA i Europejska Agencja Kosmiczna rozpoczęły pod koniec lat 80. opracowanie wspólnej misji: NASA opracowała orbiter, a ESA lądownik, który miał wylądować na Tytanie. Projekt był wielokrotnie bliski anulowania, w związku z trudnościami budżetowymi NASA. Ruchy ekologiczne próbują zakazać wystrzelenia sondy kosmicznej, ponieważ pluton na pokładzie dostarcza energię do sondy kosmicznej. Wreszcie sonda kosmiczna zostaje uruchomiona15 października 1997 r.przez ciężką wyrzutnię Titan IV -B.
Misja szczególnie ambitny i kosztowny ( 3260000000 z dolarów amerykańskich ), Cassini jest dołączony jako taki do programu Flagship NASA. Przez jego masy całkowitej 5,7 tony (w tym 3.267 ton na paliwo i 320 kilogramów na Huygens lądownika ), jest to największy statek kosmiczny uruchomiona w kierunku planet zewnętrznych . Orbiter zawiera dwanaście instrumentów naukowych, w tym radar , a Huygens sześć. Cassini jest stabilizowana na trzech osiach, a jej energia pochodzi z trzech radioizotopowych generatorów termoelektrycznych (RTG) wykorzystujących pluton .
Misja Cassini-Huygens spełnia wszystkie swoje cele naukowe, dostarczając bogactwo danych o Saturnie, jego magnetosferze , pierścieniach , Tytanie i innych satelitach gigantycznej planety. Kamery orbitera dostarczają również jedne z najpiękniejszych obrazów w Układzie Słonecznym. Cassini pozwala nam udoskonalić naszą wiedzę o Titan szczególnie ( jezior z ciekłego metanu , wydm, składu atmosfery, etc.), aby odkryć gejzery z Enceladus , oznaki podziemnego oceanu może niosących formy życia „” do uzyskać pierwsze szczegółowe zdjęcia Phoebe , szczegółowo przeanalizować strukturę pierścieni Saturna, zaobserwować zadziwiające formacje atmosfery gigantycznej planety na poziomie jej bieguna północnego oraz odkryć tuzin nowych naturalnych satelitów małych (mniej niż 10 kilometrów ), zwiększając całkowitą liczbę znanych do tej pory satelitów Saturna do ponad 200 (2019 r.). Dane zebrane na pierścieniach Saturna podczas ostatnich orbit pozwalają datować ich pojawienie się: powstały niecałe 100 milionów lat temu i muszą zniknąć za mniej niż 100 milionów lat.
Pierwsze amerykańskie projekty eksploracji Saturna i jego układu (pierścienie i księżyce) za pomocą sondy kosmicznej umieszczonej na orbicie wokół gigantycznej planety pochodzą z początku lat 70-tych . W tym czasie Pioneer 11 był w drodze na pierwszy przelot Saturna, a sondy programu Voyager , które miały podążać jego śladem, były w trakcie opracowywania. W 1973 r. centrum badawcze Ames z NASA pracowało nad misją do Saturna, ponownie wykorzystując technologie opracowane dla Pioneer Venus i przyszłej sondy Galileo . W 1975 roku Biuro Nauk Kosmicznych Narodowej Rady Badawczej Stanów Zjednoczonych zaleciło wysłanie sondy przeznaczonej do badania Saturna, jego pierścieni i księżyców, w tym Tytana . Obserwacje z Ziemi tego księżyca, drugiego co do wielkości w Układzie Słonecznym po Ganimedesie , pozwalają wykryć obecność atmosfery, w której znajdują się ślady metanu i niewątpliwie złożonych węglowodorów , przez co wygląda on jak wczesna Ziemia . Centrum badawcze Ames zleca badanie pojazdu eksploracyjnego Titan. Rozważa się kilka typów statków kosmicznych , ponieważ niewiele wiadomo na temat właściwości atmosfery, a zwłaszcza jej gęstości. W 1976 r. centrum JPL NASA przewidziało, w ramach programu Purple Pigeons , jednoczesne wysłanie maszyny, która powinna gładko wylądować na powierzchni Tytana i sondy, która powinna wejść na orbitę wokół Saturna, zapowiadając Cassini - Misja Huygensa . Ten zestaw musi zostać wystrzelony z amerykańskiego wahadłowca kosmicznego , ze sceną Centaura odpowiedzialną za nadanie mu impetu umożliwiającego dotarcie do planety Saturn. Przy projektowaniu lądownika zakłada się, że atmosfera Tytana ma gęstość od 20 do 100% ziemskiej atmosfery i przewiduje się lądowanie na powierzchni jezior węglowodorowych. Wyniki nalotów systemu Saturn przez Voyager 1 w 1980 roku, a następnie Voyager 2 w 1981 roku zwiększyły zainteresowanie misją poświęconą eksploracji gigantycznej planety. W odniesieniu do Tytana, jednego z głównych celów programu Voyager , zebrane informacje są ograniczone, ponieważ powierzchnia satelity jest całkowicie przesłonięta grubą warstwą chmur . Tylko radar lub lądownik może przebić tę przeszkodę. Ponadto przelot sondy Voyager nad systemem Saturna odbywa się z dużą prędkością ( 30 kilometrów na sekundę). W tych warunkach zbieranie danych jest ograniczone czasem trwania przelotu, około dwóch tygodni, a także śledzoną trajektorią. W tym kontekście NASA bada wystrzelenie sondy kosmicznej pochodzącej z Galileo i niosącej dwie maszyny odpowiedzialne za badanie atmosfer Saturna i Tytana.
We wczesnych latach 80. raport Komitetu ds. Eksploracji Układu Słonecznego NASA , który wyznaczył cele NASA na następną dekadę, zalecał opracowanie czterech misji: Venus Radar Mapper , Mars Geoscience / Climatology Orbiter , Comet Rendezvous Asteroid Flyby (CRAF) i orbiter studiować Saturna. Jednocześnie Daniel Gautier z Obserwatorium Meudon i Wing-Huan Ip z Instytutu Maxa Plancka ( Niemcy ) zasugerowali rozwijanie partnerstwa między Europą a Stanami Zjednoczonymi w zakresie eksploracji Saturna na wzór niemieckiego -Amerykańska misja Galileo . Wraz z 27 innymi europejskimi badaczami, ci dwaj mężczyźni zaproponowali w 1982 roku projekt, który nazwali Cassini, w odpowiedzi na zaproszenie do składania wniosków z Europejskiej Agencji Kosmicznej . Europa musi opracować orbiter, podczas gdy NASA odpowiada za opracowanie lądownika , ponieważ tylko ona dysponuje niezbędną wiedzą. Kontakty są nawiązywane z amerykańskimi badaczami za pośrednictwem Tobiasa Owena z University of Hawaii . W tym samym roku 1982 Europejska Fundacja Nauki i Amerykańska Narodowa Akademia Nauk wspólnie utworzyły grupę roboczą w celu zdefiniowania wspólnych projektów dotyczących eksploracji Układu Słonecznego . Grupa ta zaleca opracowanie misji eksploracji układu Saturna, składającej się zarówno z orbitera, jak i lądownika, podejmując w ten sposób propozycję Cassini. Orbiter musi ponownie wykorzystać bardzo zaawansowaną platformę opracowywaną dla sondy Galileo , która pozwala na przenoszenie lądownika i zbieranie wielu informacji naukowych. Oczekuje się, że ESA opracuje lądownik, a NASA dostarczy orbiter. W swoich badaniach NASA zdecydowała się jednak, ze względu na koszty, opracować prostszą platformę o nazwie Mariner Mark II , wywodzącą się z maszyn programu Mariner . Musi to najpierw zostać wdrożone przez misję CRAF, a następnie przez misję skierowaną na Saturna. Jednak podjęcie decyzji zostało odłożone do końca dekady. W latach 1984-1985 NASA i ESA przeprowadziły techniczne studia wykonalności projektu. W 1986 roku dziesięcioletni raport eksploracji Układu Słonecznego, opublikowany przez amerykańskie władze akademickie ( Narodowa Akademia Nauk ), umieścił eksplorację Saturna i jego układu na szczycie priorytetów. ESA kontynuowała badania nad projektem w 1986 roku, natomiast w 1987 roku astronauta Sally Ride broniła w raporcie na ten temat pomysłu wspólnego projektu NASA i ESA.
Europejska Agencja Kosmiczna jest pierwszy się zanurzyć, wybierając25 listopada 1988, w ramach swojego programu naukowego Horizon 2000 , wśród czterech propozycji znalazł się lądownik Huygens , odpowiedzialny za lądowanie na Tytanie . W tym samym roku NASA uwzględniła w swoim budżecie projekt grupujący orbiter Cassini i sondę kosmiczną CRAF, które wykorzystywały tę samą platformę, ale na jego prośbę nie dostały zielonego światła do listopada 1989 r., przy niższym budżecie. Według pierwszych planów misja ma zostać wystrzelona początkowo w 1994 roku przez amerykański prom kosmiczny . Jednak po wypadku promu kosmicznego Challenger , który zabrania zabierania sceny Centaur , konieczne jest wycofanie się z wojskowej wyrzutni Titan IV . Zidentyfikowano trzy okna startowe , w grudniu 1995, kwietniu 1996 i 1997, a okno z 1996 roku zostaje zachowane. Oczekuje się, że sonda kosmiczna będzie korzystał z pomocy grawitacyjne Wenus, Ziemi i Jowisza , które wykonuje to krótki lot nad planetoid (66) Maia , i że pojawia się w systemie w 2002 r. Z Saturn ładowność wybrano jednocześnie we wrześniu 1990 roku przez dwie agencje kosmiczne. Oczekuje się, że operacje orbitera Cassini będą kontrolowane przez centrum JPL NASA, natomiast samoloty Huygens mają być obsługiwane z centrum ESA, znajdującego się w Darmstadt . Magistrala Mariner Mark II , wykorzystywana przez orbiter Cassini , musi zawierać moduł sterowalny, pozwalający na nakierowywanie instrumentów teledetekcyjnych, oraz drugi, stale obracający się moduł, przeznaczony dla instrumentów mierzących pola i cząstki.
Faza | Usługa | Koszt | Agencja |
---|---|---|---|
Rozwój (1988-1997) |
Cassini z instrumentami | 1,422 miliarda dolarów amerykańskich | NASA |
Huygens z instrumentami | US $ 500 mln | ESA | |
Antena Cassini | US $ 160 mln | UPS | |
Premiera (1997) | Wyrzutnia Tytana IV | US $ 422 mln | NASA |
Operacje (1997-2017) |
Operacje | US $ 710 mln | NASA |
Sieć telekomunikacyjna | US $ 54 mln | NASA |
Pierwsza modyfikacja wstępnych planów została dokonana w 1991 roku: start przyspieszono do 1995 roku. Sonda kosmiczna podczas przejścia musi dwukrotnie skorzystać z asysty grawitacyjnej (Wenus, potem Ziemia) i przelecieć nad asteroidą (302) Clarissa . Jednak plany te szybko zostały wywrócone do góry nogami przez cięcia budżetowe poniesione przez NASA, które przesunęły start na 1997 rok. Kilka miesięcy później anulowano rozwój bliźniaczej misji CRAF prowadzonej wspólnie przez NASA i niemiecką agencję kosmiczną, aby umożliwić do projektu Cassini, aby przetrwać. Ale rozwój wspólnej platformy Mariner Mark II , który nie jest już uzasadniony w tym nowym kontekście, nie przetrwał tego anulowania. W 1992 roku, aby sprostać rosnącym kosztom projektu, zrezygnowano z budowy modułu sterowanego i naprawiono antenę kierunkową. Środki te pozwalają zaoszczędzić 250 mln USD kosztem poważnej degradacji możliwości operacyjnych sondy kosmicznej. Nie może już zarówno zbierać danych naukowych, jak i przesyłać ich w czasie rzeczywistym na Ziemię. W nowej konfiguracji transfer danych, podobnie jak użycie niektórych instrumentów, wymaga reorientacji całej sondy kosmicznej. Prędkość kątowa w orbiterze będącego 18 razy wolniej niż przewidziane dla orientowanego modułów Zmiany te zmniejszają sprawność sondy przestrzeni i dlatego elastyczność operacyjną Cassini . Aby rozłożyć koszty, NASA postanawia wystrzelić statek kosmiczny z niekompletnym oprogramowaniem , którego rozwój musi być kontynuowany podczas podróży na Saturna. W tych warunkach nie planuje się już przelatywania nad asteroidą podczas tranzytu. Aby jeszcze bardziej obniżyć koszty, osiągnięto porozumienie między NASA a Włoską Agencją Kosmiczną (ASI), która wspiera rozwój części systemu telekomunikacyjnego , radaru i spektrometru dla światła widzialnego i podczerwieni orbitera. W 1994 r. NASA, ponownie znajdująca się pod presją budżetową, rozważała anulowanie projektu. Administrator NASA, Daniel Goldin , uruchomił swój program misji międzyplanetarnych niskim kosztem, pod hasłem Szybciej, taniej, lepiej ( „Szybciej, taniej, lepiej” ), kontrastując z podejściem złożonym, kosztownym i wolno rozwijającym się misjom, który Cassini wydawał mu się idealnym reprezentantem. Europejska Agencja Kosmiczna , która zainwestowała już 300 milionów dolarów w Huygens , wysyła do nas za pośrednictwem dyrektora Jean-Marie Luton , na wiceprezydenta Stanów Zjednoczonych Ala Gore'a , aby ostrzec go o zagrożeniach stwarzanych przez odwołania Cassini-Huygens za wspólne projekty naukowe między Europą a Stanami Zjednoczonymi, podkreślając po raz kolejny nierzetelność partnera amerykańskiego. Ta presja ze strony Europejskiej Agencji Kosmicznej pomogła odroczyć anulowanie tego roku, a także nową próbę Kongresu USA w 1995 roku. Podjęto inne środki oszczędnościowe: dodatkowa antena, która miała być użyta przez orbiter do przekazywania Huygens nadawanie programów radiowych zostaje przerwane, a części zamienne do programu Voyager zapewniają kamerę szerokokątną. Z drugiej strony , ponieważ produkcja rodzaju plutonu wykorzystywanego przez termoelektryczne generatory radioizotopów (RTG) jest zaniechana z powodu braku zastosowań cywilnych, linia produkcyjna musi zostać ponownie uruchomiona dużym kosztem, aby zapewnić paliwo niezbędne do misji.
Ostatecznie całkowity budżet misji szacowany jest na 3,27 mld USD . Wkład NASA jest 2,6 miliarda dolarów, podczas gdy ESA przyczynia się około 500 milionów i UPS do 160 milionów . Dla NASA główne pozycje wydatków to rozwój sondy Cassini i jej oprzyrządowania, a także produkcja plutonu, wyrzutni Titan IV i operacje wystrzeliwania ( 1,422 mld USD ), operacje orbitalne ( 710 mln ) oraz operacje telekomunikacyjne wspierane przez NASA Deep Space Network ( 54 mln ):
Sonda kosmiczna nosi imię dwóch astronomów, którzy odegrali ważną rolę w badaniu systemu Saturna: Giovanniego Domenico Cassini , włoskiego astronoma urodzonego w Perinaldo w byłej republice Genui , który odkrył cztery satelity i podział pierścienia Saturna, który nosi jego imię i Christian Huygens , holenderski astronom z tego samego wieku, który odkrywa Tytana.
Ponieważ sonda oddala się bardzo daleko od Słońca , nie jest możliwe wykorzystanie paneli słonecznych do dostarczenia energii potrzebnej do sondy. To dlatego zawiera trzy generatory GPHS-RTG : te modele radioizotopowych generatorów termoelektrycznych (RTG) wytwarzają energię elektryczną bezpośrednio z ciepła wytwarzanego przez naturalny rozpad plutonu 238 . Generatory RTG mają żywotność znacznie przekraczającą 11 lat misji. Sonda Cassini-Huygens zawiera 32,8 kg plutonu (głównie 238 Pu , bardzo radioaktywnego), co budzi kontrowersje wśród ekologów , fizyków i byłych członków NASA . Jeśli chodzi o ryzyko skażenia, oficjalne szacunki są następujące: prawdopodobieństwo wycieku plutonu w ciągu pierwszych 210 sekund wynosi 1 do 1400, wycieku podczas wynurzania wyrzutni 1 do 476, zanieczyszczenia gruntu w kolejnych mniej niż 1 cal milion, z ryzykiem 120 zgonów w ciągu 50 lat, jeśli takie zdarzenie nastąpi. Wielu obserwatorów podaje inne szacunki. Na przykład fizyk Michio Kaku przewiduje 200 000 zgonów, jeśli pluton skaże obszar zurbanizowany z powodu rozproszenia atmosferycznego, nawet jeśli trasa startu jest zaplanowana tak, aby przebiegała daleko od dużych metropolii i jeśli RTG jest zaprojektowane tak, aby zmniejszyć ryzyko rozproszenia plutonu w przypadku awarii wyrzutni. Podobnie dodatkowe ryzyko wynika z drugiego przejścia blisko Ziemi na18 sierpnia 1999. NASA publikuje informacje, które mają być wyczerpujące i uspokajające o zagrożeniach związanych z generatorem RTG.
Zanim misja Cassini-Huygens była opracowywana, trzy sondy kosmiczne – Pioneer 11 , Voyager 1 i Voyager 2 – badały już Saturna . Dostarczają wielu informacji i pozwalają odkryć naukowe znaczenie Tytana . Jednak ich krótki przegląd daje jedynie wgląd w złożoność świata Saturna. Dogłębne badanie pozostaje do zrobienia. Również cele wyznaczone dla misji Cassini-Huygens są liczne. Odnoszą się one zarówno do każdego z typów ciał niebieskich obecnych w układzie Saturna – Saturna, jego pierścieni , Tytana , lodowych księżyców Saturna i magnetosfery planety olbrzymów – jak i do interakcji między tymi różnymi składnikami.
Przestarzały | Zdarzenie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
15 października 1997 r. | Wystrzelenie sondy kosmicznej | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1997 - 2004 |
Tranzyt na Saturna
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
11 czerwca 2004 - 30 czerwca 2008 r. |
Misja główna
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 lipca 2008 - wrzesień 2010 |
Pierwsze rozszerzenie: misja Equinox
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
wrzesień 2010 - 15 września 2017 r. |
Drugie rozszerzenie: Misja Przesilenia
|
Głównym bohaterem misji jest Tytan. Ma być badany zarówno przez lądownik Huygens, jak i orbiter Cassini . Cele naukowe dotyczące tego to:
Wśród drugorzędnych celów misji niektóre dotyczą magnetosfery gazowego giganta; to jest :
Od czasu odkrycia pierścieni Saturna są one jednym z najczęściej badanych obiektów w Układzie Słonecznym; w przypadku tej misji jest to:
Nie da się prześcignąć księżyców Saturna; to jest :
Wreszcie, jeśli chodzi o samego Saturna, chodzi o:
Aby wypełnić misję Cassini-Huygens , NASA i Europejska Agencja Kosmiczna opracowały najcięższą sondę kosmiczną, jaką kiedykolwiek wystrzelono do Układu Słonecznego. Przy masie 5712 kg w momencie startu waży dwa razy więcej niż sonda Galileo, która okrążyła Jowisza (1995-2003). Ten statek obejmuje orbiter Cassini i lądownik Huygens . Cassini Orbiter to sonda kosmiczna odpowiedzialna za badanie układu planetarnego Saturna i jest wyposażona w łącznie 12 instrumentów naukowych. Ten orbiter przenosi lądownik Huygens . Zrzucony w pobliżu Tytana , największego satelity Saturna, lądownik musi przejść przez jego atmosferę, badając go przed lądowaniem na jego ziemi.
Cassini orbiter jest rozwijany przez NASA JPL centrum kosmicznego , przy udziale ESA dla PSE ( Probe sprzętu pomocniczego ) modułu służącego jako przekaźnik z Huygens , a ASI dla wysokiej komunikacji anteny. Zysku. Sonda kosmiczna mierzy ponad 6,7 metra wysokości i 4 metry szerokości. Sonda kosmiczna składa się ze stosu 4 komór. Od góry do dołu znajdujemy antenę satelitarną o średnicy 4 metrów, górny moduł sprzętowy, moduł napędowy i dolny moduł sprzętowy. Do tego zestawu dołączona jest po bokach paleta grupująca naukowe instrumenty teledetekcyjne, takie jak kamery, paleta grupująca instrumenty naukowe przeznaczone do badania pól i cząstek oraz lądownik Huygens . Na orbicie, prostopadle do osi sondy kosmicznej, rozmieszczono 11-metrowy wysięgnik podtrzymujący czujniki magnetometryczne i trzy anteny do badania plazmy.
Masa pusta Cassini wynosi 2125 kilogramów, do których dodaje się 3267 kilogramów paliwa, a także ważąca 320 kilogramów sonda Huygens . Paliwo służy do korekty kursu podczas przelotu na Saturna i zmiany orbity podczas jego misji w układzie Saturna, w celu optymalizacji przelotów nad księżycami. Większość masy paliwa zużywana jest na umieszczenie sondy kosmicznej na orbicie wokół Saturna. Orbiter nosi imię astronoma Giovanniego Domenico Cassiniego , który szczegółowo badał pierścienie Saturna i odkrył niektóre z głównych księżyców gigantycznej planety ( Japet , Rhea , Tethys i Dione ).
Napęd główny zapewniają dwa silniki rakietowe na paliwo ciekłe o stałym i niesterowalnym ciągu około 445 niutonów . Te ponownie uruchamiane propelenty spalają mieszaninę monometylohydrazyny (MMH) i nadtlenku azotu, które są pod ciśnieniem z helem .
Sonda jest stabilizowana w 3 osiach podczas wszystkich faz misji. System kontroli położenia odpowiada za utrzymanie orientacji sondy kosmicznej. Praktycznie cały sprzęt orbitera jest naprawiany, to od tego systemu zależy zapewnienie ich nakierowania na cele. Obejmuje to w szczególności skierowanie anten w kierunku Ziemi w przypadku sesji telekomunikacyjnych, wykorzystanie anteny o dużym zysku jako nadajnika-odbiornika radarowego lub w przypadku sesji radiotechnicznych, orientację osi optycznej instrumentów teledetekcyjnych w kierunku obiektu docelowego oraz utrzymanie orientacji, gdy główne silniki są uruchomione. Kontrola orientacji odbywa się głównie za pomocą celowników gwiazd , czujników słońca i jednostki bezwładności , z których wszystkie występują w dwóch egzemplarzach, aby móc poradzić sobie z awarią. Zmiany w polityce są dokonywane za pomocą czterech kół reakcyjnych , w tym reliefu, oraz czterech grup czterech małych pędników jednopędnych spalających hydrazynę.
Trzy radioizotopowe generatory termoelektryczne dostarczają energię elektryczną, przekształcając ciepło wytwarzane przez radioaktywność plutonu w energię elektryczną. System ten uniezależnia satelitę od oświetlenia słonecznego, które jest sto razy słabsze na orbicie Saturna niż na orbicie Ziemi. Trzy RTG razem dostarczają 885 watów na początku misji i 630 watów pod koniec misji nominalnej w 2008 roku. Energia elektryczna jest rozprowadzana w postaci prądu stałego o napięciu 30 woltów.
Do komunikacji z Ziemią Cassini wykorzystuje trzy różne anteny: stałą antenę paraboliczną o wysokim zysku o średnicy czterech metrów i dwie anteny o niskim zysku. Antena paraboliczna o masie 100 kg wykonana jest z plastra miodu z aluminium i zaprojektowana tak, aby radzić sobie z dużymi naprężeniami termicznymi: na orbicie Saturna musi pracować w temperaturze -200 °C po podniesieniu do 180 °C na początku misji kiedy krąży na orbicie Wenus, gdzie jest używany jako osłona przeciwsłoneczna. Sygnał dociera do Ziemi od 68 do 84 minut w zależności od pozycji Saturna i Ziemi na ich orbicie. Telekomunikacja wykonywana jest w paśmie X (8,4 GHz w transmisji, 7,2 GHz w odbiorze) o mocy nadawania 20 watów. Na poziomie Saturna zastosowanie anteny o dużym zysku umożliwia osiągnięcie przepływu 116 kilobitów na sekundę w dół, jeśli odbiór na Ziemi odbywa się za pomocą anteny parabolicznej o średnicy 60 metrów (ale tylko 36 kilobitów z anteną 34 metry ).
Schemat sondy Cassini z lokalizacją instrumentów naukowych i głównych urządzeń
| ||
1 magnetometr MAG , 2 spektrometr VIMS w zakresie widzialnym i podczerwieni , 3 analizatory plazmy i fal radiowych RPWS , 4 kamery ISS , 5 spektrometr podczerwieni CIRS , 6 spektrografów ultrafioletowych UVIS , 7 aparatów do obrazowania magnetosfery MIMI , 8 spektrometrów plazmowych CAPS , 9 spektrometr mas jonów i atomów neutralnych INMS , 10 Radar , (w tych widokach nie widać detektora pyłu kosmicznego ani naukowej skrzynki radiowej) . |
Orbiter Cassini zawiera dwanaście instrumentów. Cztery z nich to instrumenty teledetekcyjne , czyli obserwacja zdalna . Są one zamocowane na nieruchomej scenie, a ich osie optyczne są współliniowe. Aby wycelować w dany punkt, należy zmienić orientację całej sondy. Te instrumenty to:
Sześć innych instrumentów poświęconych jest badaniu pól i cząstek oraz przeprowadzaniu ich pomiarów in situ , czyli w środowisku otaczającym ich czujniki. Są montowane w różnych miejscach. CAPS, INMS i dwa czujniki MIMI są umieszczone na tej samej płycie stałej. Instrument MIMI jest zamontowany na tym samym stoliku, co instrumenty teledetekcyjne, a jego linia widzenia jest wyrównana z linią tych instrumentów. Te instrumenty to:
Cassini bierze również na pokład:
Instrument | Rodzaj | Miary | Charakterystyka techniczna | Przedstawienia | Masa | Konsumpcja | Maksymalny przepływ | Oficer naukowy |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CIRS | Spektrometr podczerwieni z transformacją Fouriera. | Pomiar emisji podczerwieni. | Apertura teleskopu 508 mm | • Długości fal: średnia i daleka podczerwień od 7 do 1000 µm • Rozdzielczość przestrzenna:? μrad / piksel • Rozdzielczość widmowa: • Pole widzenia: 0,273 mrad 2 |
39,4 kg | 26,7 watów | 6 kilobitów / s |
Centrum lotów kosmicznych Virgila G. Kunde Goddarda |
ISS | Aparat szerokokątny i teleobiektyw | Widoczne obrazy w bliskiej podczerwieni i ultrafiolecie | Kamera szerokokątna WAC: Przysłona 200 mm • Długości fal: 380-1100 nm • Rozdzielczość przestrzenna:? μrad / piksel • Pole widzenia: teleobiektyw NAC: Przysłona 2 m • Długości fal: 200-1 100 nm • Rozdzielczość przestrzenna:? μrad / piksel • Pole widzenia: |
57,83 kg | 55,9 watów | 366 kilobitów / s |
Uniwersytet Carolyn C. Porco w Kolorado |
|
UVIS | Imager spektrografu ultrafioletowego | Obrazy i widma w ultrafiolecie | Długości fal: 56-190 nm | 14,6 kg | 11,83 watów | 32 kilobity / s |
Larry L. Esposito University of Colorado |
|
VIMS | Spektrometr obrazowy | Obrazy i widma w świetle widzialnym i podczerwonym | Długości fal: 350-5100 nm | 37,4 kg | 27,2 watów | 183 kilobity / s |
Robert H. Brown University of Colorado of |
|
CZAPKI | Energia elektryczna i ładunek elektronów i protonów | 37,4 kg | 27,2 watów | 183 kilobity / s |
David T. Young Southwest Research Institute |
|||
CDA | Wykrywacz kosmicznego pyłu | 16,36 kg | 18,38 watów | 0,5 kilobita / s |
Eberhard Grün Institut Max-Planck |
|||
INMS | Spektrometr | Oznaczanie składu i struktury jonów i cząstek obojętnych | 9,25 kg | 27,7 watów | 1,5 kilobita / s |
Hunter Waite Southwest Research Institute |
||
MAG | Magnetometr | Wektor i natężenie lokalnego pola magnetycznego | 3 kg | 3,1 wata | 3,6 kilobitów / s |
David J. Southwood Imperial College Londyn |
||
MIMI | Detektory cząstek naładowanych i neutralnych | 16 kg | 14 watów | 7 kilobitów / s |
Stamatios M. Krimigis Johns Hopkins University |
|||
RPWS | Detektor fal radiowych i plazmy | 6,8 kg | 7 watów | 0,9 kilobita / s |
Uniwersytet Donalda A. Gurnetta w Iowa |
|||
RADAR | Radar z aperturą syntetyczną | Kartografia, topografia, pomiar temperatury | Radar pasma Ku 13,78 GHz • Wysokościomierz, pasmo Ku 13,78 GHz • Radiometr pasma Ku 13,78 GHz |
Rozdzielczość przestrzenna: 0,5 do 1,7 km • Dokładność pozioma: 24 do 27 km w pionie: 90 do 150 m . • Rozdzielczość: 7 do 310 km |
41,43 kg | 108 watów | 365 kilobitów / s |
Laboratorium napędów odrzutowych Charlesa Elachiego |
RSS | Nauka radiowa | Pomiar deformacji fal radiowych | Długość fali nadajnika radiowego 14 cm . Pasmo S • Długość fali 4 cm . Pasmo X • Długość fali 1 cm . Ka band |
14,38 kg | 81 watów | Nie dotyczy |
Laboratorium napędów odrzutowych Arvydas J. Kliore |
Sonda kosmiczna Cassini niesie ze sobą mały 318-kilogramowy statek kosmiczny Huygens , opracowany przez Europejską Agencję Kosmiczną . Po sondy na orbicie wokół Saturna Huyghens jest odrzucana, a mieści się w atmosferze o Titan , analizę jego właściwości i powstaje gładka na powierzchni, a następnie zakończenie zbierania danych. Żywotność Huygensa jest ograniczona, zarówno ze względu na nieodnawialne źródło energii (baterie), jak i konieczność przejścia przez przekaźnik, utworzony przez orbiter Cassini , którego trajektoria nie pozwala mu pełnić tej roli tylko przez kilka godzin. Sonda nosi imię astronoma Christiana Huygensa , który 25 marca 1655 odkrył satelitę Tytana .
Huygens składa się z dwóch podzespołów: the atmospheric stożkach czołowych modułu ( Assembly Wejście lub ENA), a moduł zejście ( Descent Module lub DM). Pierwszy zapewnia transport drugiego, od separacji z Cassini na Tytana, chroni go za pomocą osłony termicznej przed ogromnym wzrostem temperatury podczas ponownego wejścia w atmosferę Tytana i spowalnia sondę za pomocą jej spadochrony, przed wypuszczeniem modułu opadania. Ten ostatni składa się z aluminiowej skorupy w kształcie cienkiego cylindra o zaokrąglonych konturach i zawiera całe oprzyrządowanie naukowe, a także własne spadochrony do końcowej fazy opadania, a także system kontroli orientacji sondy.
Oprzyrządowanie Huygensa , znajdujące się w module zniżania, obejmuje następujące instrumenty:
Wybrana do wystrzelenia sondy kosmicznej wyrzutnia Titan- IVB/ Centaur jest najpotężniejszą z istniejących wyrzutni. Wersja Titan IV B do tej pory poleciała tylko raz, w kwietniu 1997 r., w celu umieszczenia na orbicie amerykańskiego satelity wojskowego. Zastosowanie sceny Centaur w tej wersji jest zupełnie nowe. Przy szczególnie wysokim koszcie (422 miliony dolarów w tamtym czasie) ta wyrzutnia nigdy nie zostanie ponownie wykorzystana do wystrzelenia sondy kosmicznej. Huygens i Cassini przybywają do bazy startowej na przylądku Canaveral w kwietniu i maju 1997 r., aby przeprowadzić ostateczny test przed złożeniem ich z wyrzutnią.
Konieczne jest wystrzelenie sondy Cassini-Huygens podczas okna startowego od 6 października do 15 listopada 1997 roku, ponieważ jest to ostatnia sonda, dzięki której sonda kosmiczna może skorzystać z pomocy grawitacyjnej Jowisza. Poniższe rozwiązania wypalania sprawiają, że sonda kosmiczna trafia do systemu Saturn w 2009 roku, a nie w 2004 roku. Na miesiąc przed otwarciem okna uszkodzona instalacja klimatyzacyjna uszkodziła zabezpieczenie termiczne sondy Huygens . Trzeba zdemontować sondę kosmiczną zainstalowaną już na wyrzutni w miejscu na wyrzutni, wymienić uszkodzoną powłokę i wymienić sondę pod owiewką . Wszystkie te zadania można ukończyć dopiero 13 października. Po ostatnim incydencie, ze względu na problem z komputerem, który popycha dwudniowe Launch, wyrzutni sprężyn ponieważ strzelanie n ° 40 z Cape Canaveral w dniu 15 października 1997 roku na 8 godz 43 czasu uniwersalnego ( 4 h 43 czasu lokalnego). Centaur etapie umieszcza sonda w orbicie oczekiwania i następnie, 19 minut później, jest ponownie włączany przez 7 minut i 15 sekund, aby umieścić Cassini HUYGENS w heliocentrycznym orbicie . Ujęcie jest prawie idealne i wymaga jedynie minimalnej korekty 2,7 m/s , przeprowadzonej 9 listopada 1997 roku.
Pomimo mocy wyrzutni, prędkość osiągana przez Cassini-Huygens jest niewystarczająca, aby dotrzeć do Saturna. Aby to osiągnąć, wyrzutnia Titan musiałaby rozpędzić sondę kosmiczną do prędkości 15,1 km/sw heliocentrycznym układzie odniesienia (prędkość od Słońca) lub zważywszy na jej masę. Wyrzutnia mogła komunikować się z prędkością jedynie 12,4 km/s . Projektanci misji planowali zatem uzyskać brakującą prędkość, korzystając z pomocy grawitacyjnej Wenus (dwukrotnie) i Ziemi . Ostatnia asysta grawitacyjna Jowisza służy do skrócenia czasu podróży. Sonda kosmiczna kieruje się najpierw w stronę Wenus. W miarę zbliżania się do Słońca parabola anteny o dużym wzmocnieniu jest umieszczona między gwiazdą a korpusem statku kosmicznego, aby ograniczyć nagrzewanie. 27 kwietnia 1998 r. Cassini otarł się o planetę przechodzącą 287 km od powierzchni, co pozwoliło jej na zagięcie trajektorii o 70 ° , przyspieszenie o 3,7 km/s (w heliocentrycznym układzie odniesienia) i umieszczenie na orbicie którego aphelion leży poza Marsem . 3 grudnia 1998 r. główny system napędowy został użyty do przeprowadzenia dużej korekty prędkości (a więc trajektorii) 452 m/s , co spowodowało, że sonda kosmiczna po raz drugi znalazła się nad Wenus, 24 czerwca 1999 r., na 603 kilometrów nad poziomem morza. Z uzyskanym przyspieszeniem ( 3,1 km/sw heliocentrycznym układzie odniesienia) sonda kosmiczna przeleciała nad Ziemią zaledwie 56 dni później, na wysokości 1166 km, 18 sierpnia 1999 r. Pomoc grawitacyjna powiązana z tym Przelotem w skręt zapewnia dodatkowe przyspieszenie o 4,1 km/s , oraz zwiększa prędkość sondy kosmicznej do 19,1 km/s , co teraz pozwala jej dolecieć do Saturna. Z powodu braku budżetu wszystkie przeloty Wenus odbywają się bez gromadzenia danych naukowych. Przyrządy są używane do operacji kalibracyjnych, podczas przelotu Ziemi i przejścia w pobliżu Księżyca . 1 st grudnia 1999 r orientacja statku kosmicznego ulega zmianie, tak że antena high-gain jest skierowany w stronę Ziemi: biorąc pod uwagę odległość od Słońca, to nie jest konieczne, to s „pośredniczy między Słońcem a ciała z sonda kosmiczna. 23 stycznia 2000 r. sonda kosmiczna przeszła 1,5 miliona kilometrów od asteroidy (2685) Masursky . Będzie to jedyna asteroida, nad którą Cassini przelatuje podczas przelotu na Saturna, a odległość jest taka, że Masursky pojawia się tylko jako pojedyncza kropka na zdjęciu zrobionym teleobiektywem Cassini .
W lutym 2000 r. realistyczne testy wydajności symulujące połączenia radiowe między Huygens i Cassini , przeprowadzone podczas schodzenia na ziemię Tytana, wykazały, że w tych warunkach 90% danych przesyłanych przez Huygens zostało utraconych. Śledztwo przeprowadzone przez komisję składającą się z przedstawicieli ESA, NASA i zainteresowanych przemysłowców - Alenię Spazio jako projektanta systemu telekomunikacyjnego oraz Alcatela ex-Aerospatiale jako integratora - pozwala stwierdzić, że zmiany, jakie zaszły w projekcie Cassini wywołały pewną niejasność w specyfikacjach systemu telekomunikacyjnego Huygensa . W rezultacie dane są przesyłane przez Huygens w zakresie częstotliwości znajdującym się praktycznie poza możliwościami odbiornika Cassini , po zastosowaniu efektu Dopplera wywołanego względnymi ruchami dwóch statków kosmicznych. Aby obejść tę anomalię, w lipcu 2001 r. podjęto decyzję o dużej modyfikacji trajektorii orbitera i scenariusza separacji obu maszyn. Aby ograniczyć efekt Dopplera, odległość między orbiterem a lądownikiem w czasie przybycie tych ostatnich na Tytanie zwiększa się z 1200 do 65 000 kilometrów, co znacznie zmniejsza prędkość względną jednej maszyny w porównaniu z drugą. Aby jednak uzyskać ten wynik, konieczne jest skrócenie pierwszej orbity wokół Saturna ze 148 do 116 dni, co zmniejsza z jednej czwartej do jednej trzeciej ilość materiałów pędnych dostępnych na pozostałą część misji. Jest to potencjalnie skrócone z ośmiu do dziesięciu miesięcy.
Pierwsze dane naukowe misji zbierane są podczas lotu nad planetą Jowisz . Można to zaprogramować dzięki wyjątkowej koniunkcji dwóch planet olbrzymów, która występuje tylko co 19,88 lat . Przelot planowany jest głównie po to, aby sonda kosmiczna mogła skorzystać z pomocy grawitacyjnej planety olbrzyma, a tym samym odzyskać 2,1 km/s , zwiększając prędkość do 11,6 km/s na wyjściu z układu Jowisza. Uzyskany zysk umożliwia skrócenie czasu tranzytu na Saturna o dwa lata. Sonda mija stosunkowo dużą odległość od Jowisza - 9,72 mln kilometrów - dzięki czemu uzyskane przyspieszenie nie jest zbyt duże, co wymagałoby więcej paliwa, aby zahamować sondę kosmiczną i umieścić ją na orbicie wokół Saturna. Naukowy komponent tego przeglądu obejmuje badanie magnetosfery Jowisza , a także cząstek oraz pól elektrycznych i magnetycznych w połączeniu z sondą Galileo krążącą wokół Jowisza od 1996 roku. Cassini wykonuje również zdjęcia planety (wypełnia to pole kamery z odległość 23,3 miliona kilometrów), aby umożliwić badanie jego atmosfery. Sonda kosmiczna oficjalnie rozpoczyna swoją kampanię obserwacyjną w dniu1 st październik 2000, robiąc pierwsze zdjęcie gigantycznej planety, która wciąż znajduje się w odległości 84,4 miliona kilometrów. Jednak 15 grudnia 2000 r. jedno z kół reakcyjnych używanych do kontroli orientacji sondy kosmicznej wykazywało oznaki nieprawidłowego tarcia. ON -board oprogramowania , który nadzoruje działanie sondy kosmicznej, automatycznie wyłącza kół reakcyjnych i daje kontrolę orientacji małe RCS suwakami płonących hydrazyny . Incydent został wykryty przez inżynierów NASA dopiero dwa dni później. Przyrządy wymagające stałej korekty orientacji, takie jak kamery, są wyłączane w celu ograniczenia zużycia paliwa. Działają tylko przyrządy pomiarowe in situ . W dniu 18 sierpnia 2000 roku Cassini przeszedł 4.42 miliona kilometrów od Himalia , jednego z Jowisza księżyce , ale środki podjęte w celu zmniejszenia zużycia materiałów miotających ograniczone informacje zebrane. Inżynierom NASA udało się ustalić, że problem tarcia wynika ze słabego smarowania, gdy koło reakcyjne kręci się z małą prędkością przez długi czas, ale znika, gdy koło kręci się z dużą prędkością. Działanie sondy i jej instrumentów wróciło do normy 28 grudnia, na dwa dni przed tym, jak Cassini przeleciała jak najbliżej Jowisza, ale obserwacje księżyców i pierścieni, które zostały zaprogramowane głównie podczas badań inżynierów NASA, nie można było przeprowadzić. 30 grudnia 2000 r. Cassini przeszła jak najbliżej gigantycznej planety, w odległości 9,72 miliona kilometrów. Sonda kosmiczna wykonuje serię zdjęć atmosfery Jowisza przez wyjątkowo długi okres, co pozwala na zaobserwowanie dynamicznego zachowania tego ostatniego. Kampania obserwacyjna Jowisza zakończyła się 22 marca 2001 roku.
Na Ziemi, od czasu odejścia Cassini , przeprowadzono liczne obserwacje układu Saturna za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a , radioteleskopu Arecibo oraz najpotężniejszych naziemnych teleskopów optycznych, wyposażonych w optykę adaptacyjną . Wyniki doprowadziły do odkrycia licznych nieregularnych satelitów Saturna. Obecność mórz węglowodorów na powierzchni Tytana jest kontrowersyjnym tematem, ale poczynione obserwacje nie dostarczają żadnych rozstrzygających dowodów. Podczas podróży między Jowiszem a Saturnem Cassini dokonuje kilku drobnych korekt kursu. Jedno z kół reakcyjnych wykazuje sporadycznie oznaki nieprawidłowego tarcia i zostało zastąpione w swojej roli przez koło zapasowe. Instrument RPWS zaczyna odbierać sygnały radiowe wytwarzane przez Saturna, podczas gdy sonda kosmiczna wciąż znajduje się w odległości 2,5 jednostki astronomicznej od gigantycznej planety.
Systematyczne obserwacje atmosfery Saturna i jego pierścieni rozpoczęły się w grudniu 2003 roku, kiedy sonda znajdowała się 111 milionów kilometrów od celu. Powstały pierwsze zdjęcia Saturna6 lutego 2004i Tytana w kwietniu. Wszystkie inne instrumenty naukowe są stopniowo uruchamiane. Członkowie misji szukają, za pomocą instrumentów sondy kosmicznej i teleskopów opartych na Ziemi, obecności ewentualnych przeszkód na trajektorii, którą podąża Cassini , gdy sonda przecina płaszczyznę pierścieni. Zdjęcia wykonane przez sondę kosmiczną ujawniają dwa małe satelity o średnicy kilku kilometrów, Méthone i Pallène , które znajdują się na orbicie w pobliżu Mimasa .
Cassini wchodzi do systemu Saturna przelatując nad księżycem Phoebe , który krąży 13 milionów kilometrów od planety i którego średnica wynosi około 200 kilometrów . Phoebe jest najważniejszym z nieregularnych satelitów planety olbrzymów, charakteryzującym się odległością od niej i znacznym nachyleniem , aw niektórych przypadkach wstecznym , ich orbity. Te satelity, biorąc pod uwagę tę specyfikę, nie uformowały się z Saturnem, ale zostały przechwycone przez gigantyczną planetę. 11 czerwca 2004 r. sonda kosmiczna przeszła 2071 kilometrów od księżyca, którego nigdy nie zaobserwowano z bliska. Zdjęcia Phoebe pokazują nieregularny świat, pokryty dużymi kraterami. Do manewru, który umożliwi wprowadzenie sondy kosmicznej na orbitę wokół Saturna, pozostały trzy tygodnie. 1 st 2 lipca do 00 (czas uniwersalny) statki, żagle pod płaszczyźnie orbitalnej z pierścieni Saturna , przechodzi przez nią z prędkością 22 km / s , na pełzanie do teoretycznie wolnego miejsca „przeszkód znajdujących się między cienkiego pierścienia F , który wyznacza granicę Roche'a dla planety, oraz pierścień G ( patrz diagram ). To przejście odbywa się z anteną paraboliczną skierowaną do przodu, aby chronić ciało Cassini przed możliwymi cząsteczkami. Pół godziny później, gdy sonda obróciła się o 180 °, aby skierować dysze do przodu, główny silnik zostaje odpalony, aby zmniejszyć prędkość sondy Cassini i umożliwić jej wejście na orbitę wokół Saturna. Silnik rakiety działa 96 minut , zużywając 830 kilogramów paliwa, a prędkość spada do 622 m/s . Podczas tej fazy, sonda przechodzi 19,880 kilometrów od góry chmury planety lub 0,3 razy promieniu Saturna. Sonda jest pierwszym obiektem stworzonym przez człowieka, który okrążył Saturna: orbita ta jest pokryta w 116 dni, z perycentrum znajdującym się 78 520 kilometrów od centrum Saturna (18 000 kilometrów nad warstwą chmur) , apocentrum na 9,06 miliona kilometrów i nachylenie 16,8 ° . Natychmiast po zatrzymaniu napędu Cassini używa instrumentów VIMS i UVIS do robienia zdjęć pierścieni, do których nigdy nie będzie tak blisko podczas pozostałej części misji. Celem jest w szczególności uzyskanie informacji o ich strukturze. O 5 h 50 sonda ponownie przemierza płaszczyznę orbity pierścieni, pomiędzy pierścieniami F i G. Następnego dnia sonda dokonała pierwszego przewrócenia Tytana, ale jest to daleki zasięg (339 000 km), a instrumenty zapewniają mało informacji. Orbita, po której krąży Cassini, jest tymczasowa, ponieważ sonda przechodzi przez pierścienie. Również główny napęd jest używany po raz ostatni, 23 sierpnia, przez 51 minut, aby przyspieszyć sondę do 398 m/s i zwiększyć jej perycentrum do 300 000 km, czyli na zewnątrz najgęstszej. pierścienie, około trzech czwartych odległości Ziemia-Księżyc .
Faza badania układu Saturna przez orbiter trwa początkowo cztery lata (2004-2008).
26 października 2004, sonda kosmiczna Cassini wykonuje pierwszy lot w niewielkiej odległości (1200 kilometrów) od Tytana. Satelita, otoczony nieprzezroczystą zasłoną chmur, do tej pory niewiele ujawnił o swojej naturze, pomimo licznych obserwacji z Ziemi lub podczas lotu przez sondy Voyager . Wiele informacji oczekuje się od przejścia sondy, dzięki niewielkiej odległości i obecności radaru, zdolnego do obserwacji powierzchni przez chmury. Wśród głównych celów tego przeglądu znajduje się walidacja modelowania atmosfery w celu opracowania scenariusza opadania samolotu Huygens w kierunku gleby Tytana oraz pomiar pionowej ekspansji atmosfery Tytana dla kolejnych przelotów na niższych wysokościach. Wszystkie przyrządy nieruchome, kierujące radar w stronę powierzchni, wchodzą w konflikt z użyciem przyrządów teledetekcyjnych i niektórych przyrządów do pomiaru pól i cząstek, które nie mają tych samych linii widzenia. Również użycie radaru jest stosunkowo krótkie i dotyczy jedynie wąskiego pasma lądu o szerokości 120 kilometrów i długości 2000, czyli mniej niż 1% powierzchni Tytana, z maksymalną rozdzielczością 300 metrów . Informacje zebrane przez radar i kamery pracujące w świetle widzialnym i podczerwieni pozwalają na rozróżnienie młodej powierzchni, czyli praktycznie pozbawionej kraterów uderzeniowych , o bardzo zróżnicowanej charakterystyce, odzwierciedlającej dynamiczną geologię z kanałami obecności i być może kriowulkany odrzucające mieszanina lodu wodnego i metanu zakopana pod powierzchnią. Według teorii opracowanych przed lotem, obecność mórz metanu jest niezbędna do wyjaśnienia obecności atmosfery zawierającej znaczną część tego gazu, chociaż żywotność jest stosunkowo krótka. Ale nie wykryto dużej powierzchni cieczy. Magnetometr wskazuje, że Titan nie generuje pola magnetycznego. Dwa dni później orbiter osiąga perycentrum i tym samym kończy swoją pierwszą orbitę wokół Saturna, zanim zacznie oddalać się od gigantycznej planety. Drugi lot nad Tytanem odbył się 16 grudnia na niemal identycznej wysokości. Tym razem radar nie jest używany, a obserwacje skupiają się w szczególności na zachowaniu atmosfery i jej składzie. Asysta grawitacyjna Tytana służy do dostrojenia następnego przejścia nad Tytanem, któremu musi towarzyszyć lądowanie Huygensa.
16 grudnia sonda Cassini zmodyfikowała swoją trajektorię za pomocą swoich silników przez 85 sekund , aby móc umieścić pozbawiony środków manewrowych lądownik Huygens na kursie kolizyjnym z Tytanem. 23 grudnia dokonano ostatniej drobnej korekty, a dwa dni później lądownik odłączył się od Cassini : sprężyny dały mu lekki wzrost prędkości o 33 cm/s , co stopniowo oddalało go od statku transportowego. Wcześniej Huygens był obracany wokół własnej osi ( 7,5 obrotu na minutę), dzięki czemu jego orientacja pozostawała stabilna aż do przybycia na obrzeża Tytana, 22 dni później. 28 grudnia orbiter Cassini koryguje swoją trajektorię za pomocą swoich silników przez 153 sekundy, aby ominąć Tytana. 31 grudnia 2004 r. orbiter przeszedł stosunkowo niewielką odległość (123 000 kilometrów) od oświetlonej półkuli Japetusa , co pozwoliło uzyskać dobrej jakości obrazy o maksymalnej rozdzielczości 700 metrów . Do tej pory nie udało się zrobić żadnego szczegółowego zdjęcia tego księżyca, który przedstawia niewyjaśniony kontrast kolorystyczny między jego przednią ścianą (w kierunku jego poruszania się po orbicie) a tylną ścianą. Kilka cech zaintrygowało naukowców w danych zebranych podczas przelotu: Iapetus ma grzbiet równikowy o szerokości 20 kilometrów i wysokości 13 kilometrów, który biegnie wzdłuż równika. Jego wymiary, 749 × 747 × 713 km , nadają mu niewytłumaczalny owalny kształt jak na taki obiekt niebieski. Analizy spektroskopowe powierzchni początkowo nie dostarczają zadowalającego wyjaśnienia kontrastu kolorów obu twarzy.
Powrót do atmosferyJako jego oddzielenia od Cassini , Huygens kładzie się spać. Gdy 14 stycznia dotarł do Tytana, sprzęt sondy został reaktywowany. Orbiter Cassini , który porusza się równoległą trasą, obraca się, aby skierować swoją antenę o wysokim wzmocnieniu w stronę lądownika, gdy ten przygotowuje się do wejścia w atmosferę. Stosunkowo bliski orbiter może odbierać większą ilość danych i będzie działał jako przekaźnik między Huygens a stacjami na Ziemi. Jednak kilka naziemnych radioteleskopów również słucha audycji Huygensa , aby wykryć falę nośną radiową, która powinna zasygnalizować pomyślne rozłożenie głównego spadochronu. Na 9 pm 6 TU Huygens wchodzi w atmosferę Tytana na wysokości 1270 km z prędkością 5 km / s . Tarcie o dużej prędkości w atmosferze doprowadza osłonę termiczną sondy do temperatury 1700 ° C , jednocześnie spowalniając ją z opóźnieniem , które osiąga maksimum przy 13 g . Trzy minuty później, gdy prędkość statku kosmicznego spadła do mniej niż 1,4 km/h i znajduje się na wysokości 160 kilometrów , pierwszy spadochron pilotujący o średnicy 2,6 metra zostaje wypuszczony i wyrzuca tylną osłonę termiczną. Główny spadochron o średnicy 8,3 metra został wypuszczony 2,5 sekundy później. Mija minuta, po czym przednia osłona termiczna zostaje zwolniona i włącza się nadajnik radiowy Huygensa . Nadawany sygnał jest odbierany w bardzo stłumiony sposób przez naziemny radioteleskop Green Bank około 67 minut później (czas potrzebny na przebycie sygnału z prędkością światła). Instrumenty podwozia są włączone. Kamera DISR zajmuje pierwsze zdjęcie, gdy sonda jest między 143 i 140 kilometrów , a przywraca słabo oświetlonym atmosferę. GCMS chromatograf gazowy zaczyna zbieranie danych, natomiast pyrolizer ACP rozpoczyna próbkowanie 130 kilometrów dalej . Rozmieszczono czujniki z zestawu instrumentów Huygens Atmospheric Structure Instruments (HASI), a spektrometr masowy GCMS przeprowadza wstępną analizę atmosfery na wysokości 140 kilometrów i wykonuje trzy inne przed lądowaniem na 85, 55 i 20 kilometrach . Uruchomiony zostaje również Pakiet Nauk o Powierzchni (SSP), mierzący właściwości atmosfery. Huygens zaczyna przesyłać zebrane dane w kierunku Cassini , która przewija się w odległości 60 000 kilometrów.
Obserwacje atmosferycznePiętnaście minut po rozpoczęciu powrotu do atmosfery główny spadochron zostaje uwolniony, a następny spadochron mniejszy (o średnicy trzech metrów) przejmuje kontrolę. Prędkość rzeczywiście spadła wystarczająco i lądownik musi szybko dolecieć do ziemi, aby jego baterie były w stanie dostarczyć energię po wylądowaniu, podczas gdy orbiter wciąż znajduje się nad linią horyzontu. W 9 h 42 , podczas gdy sonda jest 60 km npm, Huygens włącza jej wysokościomierz radarowy, który teraz musi zmierzyć jego wysokość. Wykonane zdjęcia gruntu są znacznie mniej ostre niż oczekiwano, ponieważ lądownik przechodzi przez warstwy gęstej mgły, składającej się z nasyconego metanu. Pierwsza panorama gruntu, w której możemy rozróżnić niewyraźne kształty, świecące i ciemne, wykonana jest między 50 a 29 kilometrami nad poziomem morza. Około 35 kilometrów sondą, która porusza się poziomo z prędkością 20 m/s , wstrząsa silne turbulencja. Atmosfera oczyściła się po około 30 kilometrach . Na 11 h 23 , w pobliżu powierzchni Huyghens światło lampy, które muszą zapewnić jednorodne i lekkie i znanych właściwości, w celu podjęcia decyzji kolejnych obrazów. Na 11 h 38 , dwie i pół godziny, po po rozpoczęciu ponownego wprowadzenia, Huyghens dotyka ziemi z prędkością 17 kilometrów na godzinę. Charakter terenu jest nieznany, ale najprawdopodobniej może to być lód.
Operacje naziemne na TytanieSurface Science Pakiet rozpoczyna przekazywanie informacji wkrótce po Huygensa lądowania . Półtorej godziny po wylądowaniu Cassini przeszła pod horyzontem Tytana, uniemożliwiając jakąkolwiek transmisję danych z Huygens . Lądownikowi udało się przesłać 474 megabajty danych od początku opadania. W wyniku błędu programowania podwozia utracono połowę z 1215 zdjęć wykonanych podczas schodzenia i na ziemi oraz wszystkie pomiary wiatru wykonane przez instrument DWE.
Podczas pobytu w układzie Saturna Cassini nie może zadowolić się pozostaniem na swojej orbicie, ponieważ aby osiągnąć cele naukowe, sonda kosmiczna musi przelatywać nad różnymi obiektami (planetą, pierścieniami, księżycami i magnetosferą), przy jednoczesnym przestrzeganiu ograniczeń pozycjonowania . W zależności od przypadku polega to na przejściu w niewielkiej odległości od obserwowanego obiektu, nachyleniu się względem płaszczyzny pierścieni lub w położeniu względnym względem Słońca lub Ziemi itp. Orbita musi zatem podążać dokładnie obliczoną trajektorią, co wymaga częstych manewrów, a jednocześnie oszczędza nieliczne materiały miotające, którymi dysponuje. Główne cele nałożone na trajektorię to:
Zmiany w orbicie Cassini sondy używać głównie pomoc grawitacyjne z Tytana . Każdy lot nad Tytanem umożliwia, jeśli nastąpi na odpowiednio małej wysokości, zmianę trajektorii równoważną zmianie prędkości o 850 m/s , podczas gdy dostępne do manewrów na pokładzie Cassini materiały miotające pozwalają jedynie na zmianę prędkości całkowitej o 500 m/s. s przez cały czas trwania misji. Inne księżyce Saturna nie są wystarczająco masywne, aby znacząco wpłynąć na orbitę Cassiniego : Rhea , najcięższy satelita Saturna po Tytanie, ma tylko 2% swojej masy. Wynikające z tego ograniczenie polega na tym, że każdy lot nad Tytanem musi zbliżyć sondę kosmiczną do Tytana (prawdopodobnie po kilku orbitach), aby zmiany trajektorii mogły być kontynuowane. W zależności od kąta zbliżenia się do księżyca można uzyskać różne rodzaje modyfikacji trajektorii. Przechodząc nad tyłem Tytana (w stosunku do jego postępu na orbicie), sonda kosmiczna zwiększa swoją prędkość i wydłuża okres jego orbity . I odwrotnie, przechodząc przed Tytanem, sonda skraca swój okres orbitalny. Manewry te modyfikują również linię absyd . Z innych kątów lotu okres orbity jest zachowany, ale zmienia się ekscentryczność orbity i jej nachylenie .
Zmiany orbity podczas głównej misjiPierwsze trzy orbity sondy Cassini wokół Saturna mają na celu zmniejszenie zarówno inklinacji orbity, która jest praktycznie zniesiona, jak i okresu obrotu orbity, który skraca się z 48 do około 20 dni. Ponadto linia apsyd orbity jest zmodyfikowana w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, tak aby łączyła się z osią Saturn-Słońce i aby apoapsyd znajdował się po stronie Słońca. Sonda kosmiczna ma zatem czas na obserwacje atmosfery Saturna po stronie jego oświetlonej twarzy. Przelot Tytana umożliwia wtedy zorientowanie linii węzłów tak, aby była praktycznie prostopadła do Ziemi, co umożliwia, podczas następnych siedmiu orbit, uzyskanie zakrycia Ziemi przez Saturna. Podczas drugiej fazy głównej misji, która rozpoczyna się wPaździernik 2005po bliskiej serii ukierunkowanych przelotów lodowych satelitów Saturna, orbita jest „obracana” przez serię przelotów Tytana naprzemiennie stroną zwróconą w stronę Saturna i tą zwróconą na zewnątrz. Celem jest, aby przeanalizować ten magnetosheath in situ . Podczas trzeciej fazy misji pierwotnej, która rozpoczęła się w lipcu 2006 roku, nachylenie było stopniowo zwiększane, przy czym okres utrzymywał się na poziomie 16 dni , co umożliwiło prowadzenie obserwacji pierścieni z niewielkiej odległości pod kątem zapewniającym wysokie poziomy nowych wiadomości. Po osiągnięciu szczytowej wartości 55 ° nachylenie obniża się do 0 °, a linia absydów obraca się o 180 ° , dzięki czemu linia węzłów pokrywa się z osią Saturn-Słońce. Faza 4 , która rozpoczęła się wsierpień 2007, głównym celem jest maksymalne zwiększenie nachylenia orbity (około 75 ° ) do badania pierścieni oraz pomiarów in situ pól i cząstek.
17 lutego 2005sonda Cassini mija 1577 km od księżyca Enceladusa . Cechuje się to tym, że albedo jest bardzo bliskie 1, odbijając praktycznie całe otrzymane światło. Zdjęcia wykonane przez kamery, dziesięciokrotnie bardziej szczegółowe niż te wykonane przez sondy Voyager , pokazują kulę lodu, praktycznie dziewicę krateru uderzeniowego , poprzecinaną bruzdami i zgrubieniami o wyglądzie bardzo zbliżonym do księżyców Jowisza Ganimedesa i Europy. . Analizy spektralne pokazują, że powierzchnia składa się z prawie czystego lodu wodnego, co wyjaśnia jego wysokie albedo. Podczas drugiego przejazdu przeprowadzonego16 marca 2005 r., magnetometr sondy kosmicznej wykrywa zmianę w polu magnetycznym Saturna, która ujawnia obecność atmosfery. To, biorąc pod uwagę słabość pola grawitacyjnego Księżyca, niewątpliwie zdradza wyrzut gazu poprzez formę aktywności wulkanicznej. Podczas tych przelotów detektor pyłu wykazał szczególnie dużą gęstość cząstek, które mogły pochodzić albo z Enceladusa, albo z pierścienia E. Aby usunąć niepewność co do ich źródła, postanowiono obniżyć wysokość kolejnego lotu, który ma odbędą się w lipcu. 10 majaJPL potwierdza odkrycie księżyca w nowiu, tymczasowo ochrzczonego S/2005 S1 , który później przyjmie nazwę Daphnis . Zostało to już wykryte wmaj 2004, ale o jego istnieniu świadczy zdjęcie wykonane podczas przelotu nad pierścieniami. 14 lipca sonda kosmiczna wykonała nowy przelot na małej wysokości ( 175 km ) nad Enceladusem. Z wykonanych zdjęć wynika, że ziemie bieguna południowego są geologicznie młode. Są one zablokowane czterema tajemniczymi uskokami i zaśmiecone bryłami lodu, które mogą osiągać rozmiary budynku. Cztery uskoki o długości około 130 kilometrów i oddalone od siebie o 40 kilometrów , które zostały ochrzczone „ tygrysimi paskami ”, są w bardzo młodej skali geologicznej (między 10 a 1000 lat). Istnieją otwory wentylacyjne, które stale wyrzucają parę wodną i lód wodny. Temperatura na biegunie południowym, mierzona przez spektrometr w podczerwieni, jest znacznie wyższa niż przewidywały modele, biorąc pod uwagę wysokie albedo powierzchni i częstość padania promieni słonecznych na tych szerokościach geograficznych. Spektrometr masowy mierzy, że atmosfera wokół Księżyca składa się w 65% z pary wodnej, w 20% z wodoru cząsteczkowego, a także z mniejszej ilości dwutlenku węgla, azotu cząsteczkowego i tlenku węgla.
23 września 2005 Cassini przeleciał nad Téthys na 1500 kilometrach. 25 września 2005sonda mija 514 kilometrów od Hyperiona . To jedyny przelot Hyperiona zaplanowany podczas pierwotnej misji: odsłania on bardzo szczegółowo zadziwiającą strukturę jego powierzchni, podobną do gąbki, jaka powstałaby w wyniku wielokrotnych uderzeń, na księżyc o małej gęstości i dużej porowatości. Stosunkowo długi lot nad Enceladusem umożliwia pomiary spektralne dżetów materii z bieguna południowego i potwierdzenie hipotezy, że są one źródłem materiału dla pierścienia E.
12 marca 2008, Cassini zbliża się na mniej niż 50 kilometrów od wysokości Enceladus , krzyżując swoje gejzerów. Wykonane zdjęcia pokazują, że biegun północny, w przeciwieństwie do bieguna południowego, jest mocno pokryty kraterami, a więc stary, ale poprzecinany jest również równoległymi szczelinami powstałymi w wyniku aktywności tektonicznej. Pomiary temperatury o wysokiej rozdzielczości, wykonane za pomocą spektrometru podczerwieni, pokazują, że temperatura wzdłuż „tygrysich pasów” może osiągnąć −93 °C , czyli o 115 °C wyższa niż w innych rejonach Księżyca. Biorąc pod uwagę te wysokie temperatury, prawdopodobne jest, że pod powierzchnią Enceladusa znajduje się ciekły ocean. Charakterystyki materiałów wyrzucanych przez gejzery są zaskakująco zbliżone do materiałów, z których składają się komety.
Główna misja programu Cassini kończy się w dniu 30 czerwca 2008 r., po 76 obrotach wokół Saturna. W tej chwili sonda wciąż ma duże rezerwy materiałów miotających, które są niezbędne do tego, by kilka razy w miesiącu modyfikować swoją orbitę i kontynuować zbieranie danych przez latanie nad różnymi celami satelitarnymi. 15 kwietnia 2008NASA postanawia, biorąc pod uwagę pozostałe rezerwy materiałów miotających, przedłużyć misję o dwa lata. Przedłużenie misji nosi nazwę „ Misja Cassini Equinox ”, ponieważ równonoc Saturna ma nastąpić w11 sierpnia 2009. Podczas tej nowej fazy misji sonda kosmiczna przemierzy 60 dodatkowych orbit wokół Saturna, wykonując 21 przelotów nad Tytanem , siedem nad Enceladus , sześć z Mimas , osiem z Tethys i jeden nad Dione , Rhea i Helena .
11 sierpnia 2008, sonda przelatuje nad Enceladusem i robi zdjęcia w wysokiej rozdzielczości lądu, z którego wyrastają gejzery. Zdjęcia ponownie pokazują „ tygrysie pasy ”, głębokie na 300 metrów uskoki sekcji w kształcie litery V, w których znajdują się gejzery. Według pierwszych analiz punkty wynurzenia gejzerów są po kilku miesiącach lub latach blokowane przez lód i dlatego poruszają się w sposób ciągły. Dwa inne przeloty odbyły się 9 i31 października 2008. Zebrane dane sugerują, że Enceladus jest miejscem formacji tektoniki płyt, ale w przeciwieństwie do Ziemi ruch odbywa się w jednym kierunku.
W sierpniu 2009 jest równonoc na Saturnie. Promieniowanie słoneczne uderza w pierścienie prostopadle do ich krawędzi, powodując, że wizualnie znikają. Zespół naukowy Cassini korzysta z okazji, aby zbadać pionową strukturę słojów, którą podkreśla pasące się oświetlenie. W przeciwieństwie do wysuniętych hipotez, które oceniały grubość pierścieni na około dziesięć metrów, obrazy ujawniają miejscami „dodatkowe grubości”, które czasami sięgają czterech kilometrów wysokości.
Myśli o drugim rozszerzeniu misji zaczynają się jeszcze przed rozpoczęciem pierwszego rozszerzenia. Wluty 2010NASA informuje , że przeznaczyła budżet w wysokości 60 milionów dolarów na przedłużenie misji Cassini o siedem lat , licząc odlipiec 2010 aż do wrzesień 2017. Nowa misja nosi nazwę Cassini Solstice Mission , ponieważ pozwala na obserwację układu Saturna w czasie przesilenia letniego na jego północnej półkuli, które ma miejsce w maju 2017 roku. W tej fazie Cassini musi wykonać 155 orbit wokół Saturna, wykonaj 54 przeloty Tytana, z których 38 znajduje się w odległości mniejszej niż 2000 kilometrów, jedenaście Enceladusa, w tym dwa w niewielkiej odległości, trzy Dione i trzy Rhea. Przedłużenie to odbywa się jednak w mniej korzystnych warunkach: ograniczona ilość materiałów miotających nie pozwala zbliżyć się do Japet, a wsparcie zespołów naziemnych podczas nalotów ogranicza się do kilku dni, aby obniżyć koszty. W tej fazie Cassini obserwuje procesy zależne od zmian czasowych i sezonowych, które wpływają na Saturna, Tytana, zamarznięte księżyce i pierścienie. Ta faza umożliwia pełne obserwacje Tytana i Enceladusa. Wreszcie, w końcowej fazie, umożliwia przeprowadzenie badań porównawczych Saturna i Jowisza, badanych przez sondę kosmiczną Juno, która ma rozpocząć obserwacje w sierpniu 2016 roku.
Proces2 listopada 2010 sonda kosmiczna automatycznie przechodzi w tryb przetrwania , po wykryciu przez komputer pokładowy odwrócenia bitu (bit o wartości 0 staje się 1 lub odwrotnie w danych komputerowych), tryb, w którym maszyna odcina wszelkie zbędne urządzenia pokładowe. Incydent jest szósty od początku misji i jest niewątpliwie spowodowany uderzeniem cząstki promieniowania kosmicznego . Ale jego reperkusje są ważniejsze, ponieważ pojawia się na krótko przed lotem nad Tytanem, a kontrolerzy na ziemi wolą, ze względów bezpieczeństwa, zrezygnować z gromadzenia danych naukowych przewidywanych podczas tego lotu.
Kryzys gospodarczy lat 2010 doprowadził do znacznej redukcji budżetu NASA. Na początku 2013 roku, aby poradzić sobie z tymi ograniczeniami budżetowymi, NASA planuje zatrzymać niektóre międzyplanetarne misje kosmiczne, w tym Cassini . W ramach tego procesu budżetowego wyniki dostarczone przez Cassini są oceniane przez naukowy komitet doradczy NASA, który ocenia je jako doskonałe, umieszczając misję na czele misji, których zakończenie jest przewidziane. Wreszcie wwrzesień 2014amerykańska agencja kosmiczna postanawia sfinansować ostatnie trzy lata misji Cassini (2015-2017).
W lipcu 2012 roku Cassini zmienia swoje nachylenie orbity , to znaczy kąt, jaki wyznacza jej trajektoria, gdy przecina równikową płaszczyznę Saturna. Na nowej orbicie instrumenty sondy kosmicznej mają lepszą perspektywę do obserwacji pierścieni Saturna , a także atmosfery Saturna i księżyców. Sonda kosmiczna może również przelecieć nad północnym biegunem Saturna, który jest oświetlony od początku wiosny na półkuli północnej. Zdjęcia zdumiewającej, sześciokątnej formacji chmur skupionej na biegunie zostały zrobione pod koniec 2012 roku.
28 października 2015sonda przelatuje nad Enceladusem na wysokości 49 kilometrów, a19 grudnia 2015, wykonał swój ostatni lot nad satelitą na wysokości około 4999 kilometrów.
W 2017 roku sonda kosmiczna spędziła trzynaście lat na orbicie wokół Saturna, co nastąpiło po siedmiu latach tranzytu między Ziemią a gigantyczną planetą. Materiały miotające , niezbędne do kontynuowania misji naukowej i kontrolowania jej trajektorii, są praktycznie wyczerpane. Jednak metody niszczenia sondy kosmicznej muszą być kontrolowane, aby Cassini nie dokończył wyścigu na powierzchni Enceladusa lub Tytana . Te dwa satelity mogą w rzeczywistości zawierać formy życia, a ziemskie mikroorganizmy, które przenosi Cassini , pomimo sterylizacji przeprowadzonej przed jego wystrzeleniem, nie mogą ich zanieczyścić. NASA bada kilka scenariuszy ostatniej fazy. Wysłanie sondy kosmicznej na inną planetę zewnętrzną lub asteroidę centaura znajdującą się między Jowiszem a Neptunem nie zostaje zachowane, ponieważ tranzyt zajmuje zbyt dużo czasu. Zespół misji planuje umieścić Cassini na stabilnej orbicie, poza satelitami Phoebe lub Titan.
Wybór scenariusza zakończenia misjiWybrana trajektoria jest wybierana, ponieważ dostarcza ważnych wyników naukowych, które można uzyskać tylko w ramach zakończenia misji. Polega to na obniżenie perycentrum z Cassini tak, że sonda ślizga się na jego ostatnie orbity w szerokim przedziale 2400 kilometrów między pierścieniem D najbliżej powierzchni Saturna, którego krawędź wnętrze 65.000 km od centrum Saturna i najmniej gęstej części górnej warstwy atmosfery gigantycznej planety, która wznosi się do 62 000 kilometrów. Ostatnia faza trwa odkwiecień 2017 w wrzesień 2017. Rozpoczyna się od dwudziestu orbit ślizgających się po zewnętrznej stronie pierścienia F, dostarczając wysokiej rozdzielczości obrazów pierścieni F i A, po których następują 22 „orbity zbliżeniowe”, przechodzące wewnątrz pierścienia D. Misja kończy się zanurzeniem sondy kosmicznej w serce gigantycznej planety,15 września 2017 r.. Wszystkie te manewry wymagają jedynie przesunięcia od 5 do 30 m/s , zgodnego z zapasami paliwa. Najnowsze orbity umieszczają sondę w idealnej pozycji do spełnienia kilku głównych celów naukowych:
Zdarzenie | Numer orbity | Data WT ¹ | Opis |
---|---|---|---|
Apoapside pierwsza orbita Wielkiego Finału | 271 | 23 kwietnia 2017 | |
Pierwsze przejście między pierścieniami a Saturnem | 26 kwietnia | Cassini po raz pierwszy przedziera się między wewnętrznym pierścieniem a górną warstwą atmosfery Saturna, wykorzystując antenę satelitarną jako osłonę przed możliwymi uderzeniami cząstek. Sonda kosmiczna wykona 22 takie orbity przed zanurzeniem się w atmosferze. | |
Apoapside ostatnia pełna orbita | 292 | 5 września | |
Apoapside ostatnia orbita | 293 | 12 września | |
Najnowsze zdjęcia systemu Saturna |
14 września 18 godz. 58 WT |
Cassini wykonuje ostatnie zdjęcia układu Saturna i retransmituje zdjęcia księżyców Tytana i Enceladusa, bieguna północnego i pierścieni Saturna. | |
Rozpocznij transmisję danych w czasie rzeczywistym |
15 września 7 godz. 14 WT |
Trzy godziny przed zakończeniem misji sonda kosmiczna obraca się z prędkością jednego obrotu na pięć minut, aby zoptymalizować analizę atmosfery in situ przez instrument INMS. Cassini zaczyna przesyłać w czasie rzeczywistym z prędkością 27 kilobitów na sekundę dane zebrane przez kamery CIRS, UVIS oraz przyrządy do pomiaru plazmy i pola magnetycznego (zwykle dane te są przesyłane po przejściu co najwyżej w pobliżu Saturna ). | |
Zanurz się w atmosferę Saturna |
15 września 10 godz. 30 WT |
Cassini wchodzi w atmosferę Saturna około 1920 kilometrów nad warstwą chmur. Ciąg silników rakietowych jest ustawiony na 10% ich zdolności do utrzymania orientacji sondy kosmicznej pomimo rosnących sił wywieranych przez atmosferę, dzięki czemu możliwe jest skierowanie anteny parabolicznej w kierunku Ziemi w celu transmisji danych. | |
Utrata sygnału |
15 września 10 godz. 31 WT |
Sonda kosmiczna, która wciąż znajduje się 1510 km nad warstwą chmur, wykorzystuje 100% ciągu swoich silników, ale nie może już kompensować oporu generowanego przez atmosferę. Działa jak bączek i antena paraboliczna nie jest już skierowana w stronę Ziemi (odchylenie od osi widzenia anteny o ułamek stopnia powoduje utratę połączenia): komunikacja z nią zostaje zerwana. Utrata połączenia radiowego następuje, gdy sonda kosmiczna znajduje się 1510 kilometrów nad warstwą chmur. | |
Zniszczenie sondy |
15 września 11 godz. 55 WT |
W ciągu kilku minut po utracie sygnału sonda kosmiczna jest stopniowo niszczona przez siły mechaniczne i ciepło wytwarzane przez jej prędkość w coraz gęstszej atmosferze. | |
¹ Dane są odbierane na Ziemi 1 h 23 min później (czas transmisji z prędkością światła ) ; Czas francuski = czas UTC + 2 godziny . |
Podczas swej misji Cassini sonda kosmiczna zakończyła 293 orbity wokół Saturna i wykonane 127 przeloty Tytana, 23 Enceladus i 162 inne księżyce gigantycznej planety w warunkach, które pozwoliły na rozległych badań.. Zebrano 653 gigabajty danych naukowych i wykonano ponad 450 000 zdjęć.
Główne odkrycia dokonane przez misję Cassini-Huygens są następujące.
Instrumenty Cassini-Huygens obserwowały Jowisza przez prawie sześć miesięcy, od1 st październik 2000 w 22 marca 2001. Sonda kosmiczna jest zbliżył się na odległość 9,7 mln z kilometrach30 grudnia 2000 r.. W tej fazie misji wykonano około 26 000 zdjęć gigantycznej planety, w tym najdokładniejsze, jakie kiedykolwiek wykonano. Na niektórych zdjęciach najmniejsze widoczne szczegóły mierzą około 60 kilometrów.
Główne odkrycie dotyczy cyrkulacji atmosferycznej Jowisza . Niektóre zdjęcia pokazują ciemne pasy na przemian z jaśniejszymi obszarami w atmosferze. Naukowcy od dawna uważali te obszary, z ich przezroczystymi chmurami, za ascendenty, zakładając, że na Ziemi chmury tworzą się głównie w ten sposób. Ale analiza zdjęć zrobionych przez Cassiniego dała inne wyjaśnienie. Poszczególne komórki burzowe z wznoszącymi się białymi chmurami, zbyt małymi, by można je było zobaczyć z Ziemi, pojawiają się niemal wszędzie, także w ciemnych obszarach. Według Anthony'ego Del Genio z Goddard Institute for Space Studies z NASA , dane pokazują, że pasy muszą być strefami ruchu w górę atmosfery Jowisza, co sugeruje, że pasma są strefami opadania atmosfery.
Inne obserwacje atmosferyczne ujawniły ciemną, wirującą owalną strukturę w górnej atmosferze, podobną wielkością do Wielkiej Czerwonej Plamy , w pobliżu północnego bieguna Jowisza. Obrazy w podczerwieni ujawniły pewne aspekty cyrkulacji atmosferycznej w pobliżu biegunów. Ujawnili strukturę podobną do pasma otaczającą planetę, otoczoną sąsiednimi pasmami, w których wiatry wieją w przeciwnych kierunkach. To samo ogłoszenie umożliwiło zakwestionowanie natury pierścieni Jowisza . Rozpraszanie światła przez cząstki pierścieni wykazała, że te cząstki miały bardzo nieregularne kształty i są prawdopodobnie pochodzić z materiału wyrzucane w wyniku oddziaływania mikrometeorytami o bardzo małych satelitów Jupiter, prawdopodobnie na METiS i Adrastée , którego pole grawitacyjne (grawitacja) jest bardzo słabe.
Długi pobyt Cassini w pobliżu Saturna umożliwił zbadanie bardzo unikalnej struktury atmosfery Saturna na biegunie północnym, odkrytej w 1981 roku przez sondę kosmiczną Voyager 2 . System chmur ma stabilny w czasie sześciokątny kształt , którego każda strona mierzy 13 800 kilometrów i który dokonuje pełnego obrotu w 10 godzin i 39 minut . W centrum tej formacji znajduje się centralne oko huraganu o średnicy 2000 kilometrów, który napędza chmury w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara z prędkością ponad 500 km/h . Inne wiry, znajdujące się wewnątrz sześciokąta i mniejsze, obracają się w przeciwnym kierunku. Dokładny mechanizm powstawania tej formacji jest wciąż nieznany.
Rok na Saturnie trwa nieco ponad 29 ziemskich lat i jest podzielony na pory roku, ponieważ oś planety jest nachylona, podobnie jak Ziemia. Sezonową burzę (a więc co 29 lat ) związaną z ociepleniem powierzchni zaobserwowano kilkakrotnie przed przybyciem Cassini . Nazywana „ Wielką Białą Plamą ” ze względu na swoje widoczne cechy, zaczyna się serią białych plam, które stopniowo rozciągają się na długości geograficznej, aż okrążą planetę. Jest systematycznie zlokalizowany na półkuli północnej, nie będąc w stanie wyjaśnić dlaczego. Burzę można było szczegółowo zbadać, gdy pojawiła się wgrudzień 2010, czyli dziesięć lat przed planowaną datą. Sonda kosmiczna ustaliła, że burza wypycha parę wodną i inne materiały znajdujące się na głębokości 160 kilometrów . Instrumenty sondy kosmicznej zaobserwowały po raz pierwszy, zwłaszcza podczas tej burzy, błyskawice zarówno po oświetlonej, jak i ciemnej stronie planety.
Badanie syderalnego okresu rotacji SaturnaOkreślenie okresu rotacji gwiezdnej planety jest niezbędne do badania wszystkich zjawisk fizycznych, które są z nią związane, ponieważ na tym okresie rotacji gwiezdnej opiera się ustalenie układu długości geograficznej planety. W przypadku planet tellurycznych wystarczy obserwować ziemię, aby uzyskać ten okres rotacji. W przypadku planet gazowych nie ma „gleby”, a serce jest zakopane bardzo głęboko pod atmosferą planety. Jedynym możliwym do zaobserwowania okresem związanym z rotacją jąder tych planet jest ich pole magnetyczne. Dlatego badamy modulacje indukowane przez rotację pola magnetycznego planety badanego na podstawie jej naturalnych emisji radiowych, aby poznać jej okres rotacji syderycznej.
W przypadku Jowisza uzyskany w ten sposób okres ( 9 h 55 min 29,68 s ) jest więc wyznaczany z bardzo dużą dokładnością (różnica pomiędzy każdym pomiarem nie przekracza 0,08 s , co daje dokładność względną 0,000 1 % ). . W przypadku Saturna okres rotacji określany jest najpierw na podstawie danych z sondy Voyager . Okres syderyczny Saturna wynosi zatem 10 godz. 39 min 24 s (z dokładnością względną |0,02%). W 2000 roku naukowcy, wykorzystując dane radiowe z sondy Ulysses , zaobserwowali, że okres modulacji emisji radiowych Saturna zmienił się od czasu pomiarów Voyagera . Nowe pomiary dają okres o 1% dłuższy niż zmierzony przez Voyagera . Pomiary radiowe uzyskane instrumentem Cassini / RPWS / HFR potwierdzają zmienność okresu modulacji emisji radiowych Saturna. Obserwacje dokonane w ciągu pierwszych dwóch lat orbitowania wokół Saturna (2004-2005) wydają się wskazywać, że okres radiowy zmienia się powoli (w skali roku) o kilka ułamków procenta.
Ponieważ gwiazdowa prędkość rotacji serca Saturna nie może się zmieniać, to interpretacja modulacji emisji radiowych niewątpliwie musi zostać zweryfikowana. Są one emitowane głównie po dziennej stronie magnetosfery Saturna i są silnie skorelowane z dynamicznym ciśnieniem wiatru słonecznego. Proponowane są różne interpretacje:
Żaden jeszcze tak naprawdę nie wyjaśnia obserwowanej zmienności, ani nie pozwala uzyskać okresu rotacji gwiazdowej Saturna.
Problem zdefiniowania systemu długości geograficznej na Saturnie pozostaje zatem nierozwiązany. Problem jest szczególnie drażliwy, ponieważ jeśli okres obrotu Saturna jest rzeczywiście o 1% wolniejszy niż okres mierzony przez Voyagera , to cały system atmosferyczny Saturna jest w superrotacji (to znaczy wiruje szybciej niż serce Saturna). planeta), co jest trudne do wytłumaczenia.
Chmury Saturna.
Atmosfera Saturna w fałszywych kolorach.
Burza na półkuli północnej (2012).
Fałszywy kolor szczegółu burzy pokazujący zmienną przezroczystość górnej warstwy chmur.
Przed zakończeniem misji Cassini przywoływane są dwa scenariusze dotyczące pochodzenia pierścieni:
Niejednorodność materiału obserwowanego przez instrument UIS zdawała się wykluczać katastrofalne pochodzenie, w którym źródłem materiału byłby pojedynczy księżyc. Według przeciwników tego scenariusza nagromadzenie kurzu od tego czasu powinno sprawić, że pierścienie będą znacznie mniej jasne.
Ostatnie orbity Cassini pod koniec 2017 roku, które miały miejsce między pierścieniami a górną warstwą atmosfery Saturna, pozwoliły na podjęcie decyzji. Manewrując w bardzo niewielkiej odległości od pierścieni, Cassini był w stanie wykonać pomiary grawitacyjne (obserwując wpływ pierścieni na ich trajektorię) i tym samym określić masę nagromadzonej materii. Pierścienie wykonane są z około 15,4 × 10 15 ton materiału, czyli dwadzieścia razy mniej niż poprzednie szacunki. Masa ta odpowiada dwóm piątym masy księżyca Mimasa . Instrumenty Cassini pozwoliły już określić, jaki jest udział pyłu w pierścieniach i jaka objętość pyłu jest okresowo wtłaczana do pierścieni. Wszystkie te informacje pozwalają nam powiedzieć, że pierścienie uformowały się 10 do 100 milionów lat temu i prawdopodobnie znikną całkowicie w ciągu 100 milionów lat. Pierwotnie pierścienie miały być znacznie większe i znacznie jaśniejsze. Przeprowadzone pomiary nie pozwalają na precyzyjne określenie kataklizmu u źródła powstania pierścieni. Ślady są niewątpliwie zachowane w warstwach geologicznych księżyców Saturna.
Struktura i skład pierścieniCassini odkrył kilka pierścieni, których nie wykryto ani z Ziemi, ani z poprzednich sond kosmicznych. Pierwszy pierścień, szeroki na 5000 kilometrów i niezbyt gęsty, znajduje się na poziomie orbity Janusa i Epimeteusza . Fragmenty pierścienia, zwane łukami, zostały wykryte wwrzesień 2006, na poziomie orbity Méthone (10 ° część orbity), in (10czerwiec 2007na orbicie Anthei , aw 2006 na orbicie Pallene . Cassiniego przyrządy pozwoliło ustalić, że materiał pierścienia E, znajduje się między orbitami Mimasa i rhea i charakteryzują się bardzo małą średnicę jego elementarnych części składowych jest dostarczana przez materiały z gejzerow z Enceladus . Orbiter odkrył również pochodzenie podziału Keelera , znajdującego się w pierścieniu A, niedaleko jego zewnętrznej krawędzi. Ta bruzda, szeroka na 42 kilometry , jest tworzona przez odsłonięty z tej okazji mały księżyc Daphnis . Orbita tego odbiega nieznacznie od płaszczyzny orbity pierścieni, co generuje falowanie, mające składową pionową, która może osiągnąć wysokość 1,5 kilometra . Zjawisko to, wyjątkowe w pierścieniu, o grubości na ogół kilkudziesięciu metrów, ujawnił jego cień, widoczny w czasie równonocy Saturna. Pierścień F jest znana od Pioneer 11 przeleciał w 1979. Ten pierścień kilkaset kilometrów szerokości, jest otoczony przez dwa satelity owczarki , Prometheus i Pandora , co zapewnia jego stabilność. Spektakularne zdjęcia wykonane przez Cassini uwypukliły ciągłą ewolucję pierścienia, podlegającego grawitacyjnemu przyciąganiu Prometeusza, który rozdziera włókna materii na swojej drodze, tworząc draperie, w których czasami ślizgają się miniksiężyce o średnicy jednego kilometra. , przyciągany również przez przyciąganie księżyca. Wmaj 2005, Cassini zaczęły serię eksperymentów obserwacji prowadzonych, mające na celu określenie rozkładu wymiarów cząstek w pierścieniach i wykonać pomiar atmosferze Saturna. Sonda wykonała w tym celu badane orbity. W tym celu sonda przeszła przez pierścienie i wyemitowała fale radiowe w kierunku Ziemi. Następnie zbadano zmiany mocy, częstotliwości i fazy tych fal, aby określić strukturę pierścieni.
Materiał pierścienia F jest zaburzony przez Prometeusza.
Światło słoneczne zamaskowane przez Saturna umożliwia rozróżnienie rozproszonych pierścieni zewnętrznych E i G.
Na krawędzi pierścienia B widoczne są pionowe struktury zakończone na 2,5 km .
Charakterystyka magnetosfery Saturna nie są znane przed przybyciem Cassini jako wynikające wyłącznie krótkie obserwacje przez Pioneer 11 i sond Voyager w trakcie ich badania Saturna w 1970 i 1980. Cassini pomogła swoje uwagi w ciągu kilku lat z dużo bardziej precyzyjny instrumenty. Misja odkryła, że w przeciwieństwie do innych planet Układu Słonecznego z polem magnetycznym, Saturn ma oś, która dokładnie pokrywa się z osią obrotu. Cassini ustalił, że pole magnetyczne planety podlega dużej fluktuacji, która powtarza się z częstotliwością 10 godzin 47 minut . Ta modulacja, której naukowcy nadal nie wyjaśniają pod koniec 2012 roku, ma swoją korespondencję w dziedzinie fal radiowych ( Saturn Kilometric Radiation lub SKR). Instrumenty naukowe sondy umożliwiły odkrycie, że materia obecna w magnetosferze pochodzi głównie z gejzerów znajdujących się na południowym biegunie księżyca Enceladusa . Skład tych materiałów jest zdominowany przez jony i cząsteczki wytwarzane przez połączenie składników wody wyrzucanej przez gejzery. Wbrew przypuszczeniom naukowców, nie możemy znaleźć znaczących ilości azotu, który prawdopodobnie wydostanie się z atmosfery Tytana. Instrument MIMI wykrył obecność pasa radiacyjnego w kształcie pączka wewnątrz pierścienia D, najbliżej powierzchni Saturna.
Po prawie siedmiu latach i 3,5 miliarda kilometrów podróży w Układzie Słonecznym na grzbiecie Cassini , Huygens wylądował na Tytanie dzięki osłonom termicznym i prawidłowemu rozłożeniu dwóch spadochronów,14 stycznia 2005 r., wysyłając z powrotem na Ziemię, oddaloną o 1,2 miliarda kilometrów, informacje i zdjęcia (wykonane przez DISR ) o jakości niezrównanej do tej pory.
Naukowy moduł powierzchniowy ( SSP ) ujawnia, że tutaj, pod twardą, cienką skorupą, gleba ma konsystencję piasku. Krajobrazy Tytana są podobne do ziemskich, wyjaśnia Martin G. Tomasko, szef DISR , instrumentu, który robił zdjęcia. Mgły, ślady opadów atmosferycznych, erozja, ścieranie mechaniczne, sieci kanałów odwadniających, systemy rzeczne, wyschnięte jeziora, krajobrazy przybrzeżne i ciągi wysp: „procesy fizyczne, które ukształtowały Tytana, są bardzo podobne do tych, które ukształtowały Ziemię. Z drugiej strony materiały są bardziej „egzotyczne” – dodaje Martin Tomasko z ESA , ponieważ wodę (H 2 O) zastępuje metan (CH 4 ), który może występować w postaci ciekłej lub gazowej. Tytan. Kiedy pada, jest to wytrącanie się metanu zmieszanego ze śladowymi ilościami węglowodorów , które osadzają na ziemi substancje z atmosfery. Deszcze spadłyby „w niezbyt odległej przeszłości”, dodaje Martin Tomasko,21 stycznia 2005.
Zgodnie z tymi informacjami Tytan ma zatem jednolitą atmosferę, złożoną z różnych gazów (metanu, azotu itp.), a na ziemi ma aktywność kriowulkaniczną , obfitującą w płynny metan w postaci rzek i jezior. Na jego ziemi, zamrożone w temperaturze -180 ° C, zgodnie z pomiarami na miejscu, znajdują się niezliczone kamyczki lodu, czasami tak duże jak samochody.
Misji tej zawdzięczamy także odkrycie jeziora Ontario , jeziora ciekłego etanu, które jest pierwszym w Układzie Słonecznym (poza Ziemią) miejscem, w którym wykryto ciecz na powierzchni, a następnie dogłębne badania mórz i jezior. Tytana .
ĆwiczenieSamo lądowanie rodzi kilka pytań. Sonda miała wyłonić się z mgły na wysokości od 50 do 70 kilometrów . W rzeczywistości Huygens zaczął wynurzać się z chmur zaledwie 30 kilometrów nad powierzchnią. Może to oznaczać zmianę kierunku wiatrów na tej wysokości. Dźwięki zarejestrowane podczas lądowania sondy sugerują, że dotarła do mniej lub bardziej błotnistej powierzchni, przynajmniej bardzo elastycznej. „Nie było problemu z uderzeniem. Lądowanie było znacznie płynniejsze niż oczekiwano . "
„Cząstki materii zgromadziły się na obiektywie aparatu DISR o wysokiej rozdzielczości, który był skierowany w dół, co sugeruje, że:
„Ostatni spadochron z sondy nie pojawia się na zdjęciach po wylądowaniu, więc sonda prawdopodobnie nie jest skierowana na wschód, gdzie spadochron widzielibyśmy. "
Podczas projektowania misji zdecydowano, że 20-watowa lampa lądowania powinna włączyć się 700 metrów nad powierzchnią i oświetlić miejsce co najmniej 15 minut po wylądowaniu. „W rzeczywistości nie tylko światło lądowania zapaliło się dokładnie na 700 metrach , ale nadal działało przez ponad godzinę później, gdy Cassini zniknął za horyzontem Tytana, aby kontynuować swoją misję wokół Saturna” – powiedział Tomasko. Spektrometr mas na pokładzie Huygens , który służy do analizy molekuł w atmosferze, wykrył obecność grubej chmury metanu o wysokości od 18 000 do 20 000 metrów nad powierzchnią.
Dalsze wskazówki z DISR , umieszczone z przodu w celu ustalenia, czy Huygens zapadł się głęboko w ziemię, ujawniły coś, co wydaje się być mokrym piaskiem lub gliną. John Zarnecki, szef Chromatografu Gazowego i Spektrometru Masowego (GCMS), który analizuje powierzchnię Tytana, powiedział: „Jesteśmy zaskoczeni, ale możemy założyć, że jest to materiał pokryty cienką warstwą, pod którą znajduje się warstwa stosunkowo jednolita konsystencja, taka jak piasek lub błoto. "
Dolina rzeki w kierunku północnego bieguna Tytana.
Nad południowym biegunem Tytana trwa stagnacja cyklonu.
Część niedawnego krateru uderzeniowego sfotografowanego przez radar Cassini.
Sotra Facula , hipotetyczny kriowulkan.
Do czasu przybycia Cassini do układu Saturna, jedynymi godnymi uwagi cechami małego księżyca Enceladusa ( o średnicy 500 kilometrów ), wynikającymi ze zdjęć wykonanych przez sondę kosmiczną Voyager , były jego szczególnie gładka powierzchnia w niektórych regionach i najwyższe albedo (zdolność odbijania) ciała w Układzie Słonecznym. Od 2005 roku kilka kolejnych obserwacji uczyniło Enceladusa najciekawszym obiektem układu Saturna , obok Tytana . Pomiary pola magnetycznego Saturna w pobliżu Księżyca pokazują, że jest ono zniekształcone przez obecność atmosfery. Bliskie przeloty pokazują, że gejzery, stale wypływające z rejonu bieguna południowego, wyrzucają z prędkością 400 metrów na sekundę mieszaninę lodu wodnego i prostych związków chemicznych. Gejzery sugerują istnienie mniej lub bardziej dużych zbiorników ciekłej wody pod powierzchnią, ale dziesięć lat badań zajmie z pewnością ustalenie, że Enceladus ukrywa pod swoją lodową skorupą ciekły ocean, pomimo temperatury gruntu wynoszącej -200 ° C . Część wysunięta materiał spada na powierzchnię, a reszta jest przyczyną powstawania pierścienia E . Analiza składników tego pierścienia, przeprowadzona następnie za pomocą przyrządów sondy kosmicznej, wykazała, że zawierają one krzemionkę , która może powstać tylko wtedy, gdy woda doprowadzona do temperatury powyżej 90 °C oddziałuje ze skałą. Taka konfiguracja sugeruje, że źródło wody w stanie ciekłym styka się ze skalistym jądrem, z którego wypływają kominy hydrotermalne .
Zdjęcia powierzchni bieguna południowego, wykonane z bardzo niewielkiej odległości, ukazywały szczególnie młodą powierzchnię, usianą bryłami lodu wielkości domu, poprzecinaną szczelinami przypominającymi aktywność tektoniczną i zwieńczoną chmurą pary wodnej. Pewne głębokie szczeliny, zwane tygrysimi pręgami , są miejscami powstawania gejzerów. Kolejne przeloty potwierdziły, że powierzchnia południowego bieguna Enceladusa ulegała ruchom tektonicznym. Motorem tej aktywności może być siła pływowa wytwarzana przez Saturna, podobnie jak rola Jowisza w wulkanizmie Io . Siła ta działa nie tylko na powierzchniową warstwę lodu, ale także na rdzeń skały, o czym świadczy obecność krzemionki, ale także wodoru z kominów hydrotermalnych . Obecność podziemnego oceanu została potwierdzona w 2015 roku pomiarami pola grawitacyjnego i ruchów libracyjnych Księżyca na jego orbicie. Zebrane dane pozwalają oszacować, że ocean o głębokości dziesięciu kilometrów rozciąga się do poziomu bieguna południowego, zakopany pod warstwą lodu o grubości od 30 do 40 kilometrów . Zaskakująco w tak dużej odległości od Słońca Enceladus łączy w sobie wszystkie warunki do pojawienia się formy życia: ciepło, obfitość wody w stanie ciekłym i związki organiczne. Ale Cassini nie dysponuje instrumentem umożliwiającym prowadzenie dochodzeń w tej dziedzinie. Jednak badanie z 2018 r. na danych dostarczonych przez Cosmic Dust Analyzer oraz instrumenty Ion and Neutral Mass Spectrometer wykazało obecność makrocząsteczek organicznych o masie kilkuset ujednoliconych jednostek masy atomowej w gejzerach Enceladusa.
Schemat przedstawiający wewnętrzną strukturę Enceladusa pod biegunem południowym, zgodnie z najczęstszym scenariuszem.
Powierzchnia bieguna północnego jest starsza, ale także poprzecinana pęknięciami.
Na tym zdjęciu widać aktywność gejzerów.
Temperatura nad tygrysimi paskami jest o około 20 kelwinów wyższa.
Phoebe jest najbardziej oddalonym z księżyców o znacznych rozmiarach: znajduje się cztery razy dalej ( 13 milionów kilometrów) od powierzchni Saturna niż księżyc podążający za Japetem . Krąży po orbicie wstecznej o quasi-biegunowym nachyleniu (173 °). Nieregularnie kulisty kształt, ma średnicę około 220 kilometrów i jest bardzo ciemny. Jedyne zdjęcia przed misją Cassini zostały zrobione przez Voyager 2 w 1981 roku; dostarczają niewiele informacji, biorąc pod uwagę odległość (ponad dwa miliony kilometrów lub pięć odległości Ziemia-Księżyc), z której zostały pobrane. Cassini leci nad Księżycem tylko raz, 16 dni przed jego wprowadzeniem na orbitę wokół Saturna, ponieważ znajduje się poza orbitą sondy kosmicznej. 11 czerwca 2004 Cassini przeszła 2068 kilometrów od Phoebe i dzięki prędkości obrotu księżyca udało się sfotografować praktycznie całą jego powierzchnię. Ma bardzo ciemną powierzchnię ( albedo 0,06), pokrytą kraterami, z których niektóre mają 80 kilometrów średnicy i ściany o wysokości do 16 kilometrów . Hipotezę asteroidy przechwyconej przez Saturna obala obserwacja znacznie jaśniejszego materiału wewnątrz kraterów, sygnalizując obecność lodu wodnego ukrytego pod warstwą pyłu, która może osiągnąć średnicę od 300 do 500 . Lód wodny stanowi 30% masy Phoebe (wobec 50% dla głównych lodowych księżyców Saturna). Phoebe jest niewątpliwie protoplanetą o cechach zbliżonych do Plutona, który tworzy się w pasie Kuipera na samym początku historii Układu Słonecznego . Na początku swojego istnienia przechodzi proces planetarnego różnicowania . Po ostygnięciu jego powierzchnia jest kuta uderzeniami, nadając jej obecny nieregularny kształt. Następnie zostaje przechwycony przez planetę Saturn.
JapetIapetus jest pod względem wielkości trzecim księżycem Saturna. Jej obrót jest zsynchronizowany z obrotem gigantycznej planety, to znaczy, że twarz zwrócona do niej jest zawsze taka sama. Przedstawia spektakularną różnicę kolorów pomiędzy półkulą położoną w kierunku jej przemieszczenia na orbicie, bardzo ciemną ( albedo między 0,03 a 0,05), a przeciwną, jasną (albedo od 0,5 do 0,6). Sonda kosmiczna Cassini dostarcza odpowiedzi na tę wielowiekową zagadkę. Jego instrumenty pracujące w podczerwieni odkrywają, że Phoebe jest źródłem pierścienia utworzonego przez szczątki wyrwane z Księżyca przez uderzenia meteorytów. Ten bardzo cienki pierścień nie został odkryty przez astronomów prowadzących obserwacje z Ziemi. Japetus, krążąc w rejonie tego pierścienia, gromadzi na przedniej powierzchni (zwróconej w kierunku swojego ruchu) materiały z Phoebe, które nadają mu ciemny kolor.
HyperionCassini dostarcza pierwszych szczegółowych obserwacji Hyperiona , największego z nieregularnych (niesferycznych) satelitów Układu Słonecznego. Voyager 2 , który przeleciał nad nim w 1981 roku z dużej odległości, pozwolił jednak narysować pierwszy portret tego księżyca w kształcie ziemniaka (410 × 260 × 220 kilometrów), pokrytego głębokimi kraterami i prezentującego chaotyczną oś obrotu, prawdopodobnie w wyniku zniszczenia większego ciała niebieskiego. Spektakularne zdjęcia wykonane przez Cassini pokazują świat przypominający gąbkę. Bardzo głębokie kratery, które osłaniają jego powierzchnię praktycznie bez śladu wyrzutów, są niewątpliwie związane z bardzo dużą porowatością i niską gęstością księżyca: bombardowanie meteorytów nie wyrzucało materiałów, ale je zagęszczało. Ściany kraterów lśnią, zdradzając obecność lodu wodnego. Z drugiej strony dno kraterów jest ciemne i czerwonawe, ponieważ bardzo niska temperatura ( -180 °C ) powoduje sublimację materiałów lotnych i nagromadzenie ciemniejszych materiałów. Według kontrowersyjnej hipotezy wyjątkowa głębokość kraterów wynika z koncentracji promieni słonecznych przez ciemną materię, co z kolei prowadziłoby do sublimacji lodu wodnego. Ekscentryczność orbity księżyca byłaby utrzymywana dzięki bliskości Tytana (260 000 kilometrów między średnimi orbitami dwóch księżyców), z którym Hyperion znajduje się w rezonansie orbitalnym . Uważa się, że niskie albedo Hyperiona (0,3) jest spowodowane obecnością dwutlenku węgla i innych węglowodorów , w tym metanu, który uciekł z Tytana. Biorąc pod uwagę niską zmierzoną gęstość Hyperiona (nieco ponad 0,5), prawdopodobnie składa się on ze stosu mniejszych ciał, których nie skompresowała stosunkowo niska grawitacja.
Nowi księżyce SaturnaMisja Cassini-Huygens umożliwiła odkrycie pod koniec 2012 roku dziesięciu nowych małych księżyców (o średnicy poniżej dziesięciu kilometrów), które zostały dodane do około pięćdziesięciu księżyców znanych lub odkrytych w ostatnich latach za pomocą teleskopów. na podstawie. Kilka z nich nosi tylko tymczasowy numer seryjny w tym dniu, w oczekiwaniu na dodatkowe uwagi potwierdzające ich istnienie. W 2004 roku odkryto Méthone (średnica 1,6 kilometra ) i Pallene (średnica 3 kilometry), znajdujące się pomiędzy Mimas i Enceladus i tworzące podgrupę Alcyonidów , oraz Polluks (średnica 3 kilometry), który dzieli orbitę Dione wokół Tylny punkt Lagrange'a Saturna L 5 . Daphnis (o średnicy ośmiu kilometrów), odkryty w 2005 roku, jest po Pan ( 26 kilometrów ) drugim co do wielkości satelitą krążącym w pierścieniach Saturna . Jest twórcą dywizji Keelera ( szerokość 42 km ), która dzieli pierścień A Saturna bardzo blisko jego obrzeży i poza dywizję Enckego . Jego przejście oczyszcza podział, ale jego pole grawitacyjne generuje również fale wewnątrz pierścienia A o głębokości kilkuset kilometrów, co widać na zdjęciach wykonanych przez Cassiniego . W 2007 roku zespół obrazowania Cassini odkrył Anthée , księżyc o średnicy dwóch kilometrów, położony jak Méthone i Pallène pomiędzy Mimasem a Enceladusem. Odkryty w 2008 roku Aegon o średnicy 500 metrów krąży w pierścieniu G , niewątpliwie utworzonym przez szczątki wyrzucone przez zderzenia z tym księżycem.
Tetyda (duża) i Enceladus (mała).
Quasi-ustawienie czterech księżyców Saturna.
Dione pokolorowane.
Mimas .
W dniu 10 października 2003 roku, włoski astrofizyk Bruno Bertotti z Uniwersytetu w Pawii i jego współpracownicy Luciano Less z Uniwersytetu w Rzymie „La Sapienza” Paolo Tortora z Uniwersytetu w Bolonii zaprezentować wyniki teoretycznego testu. Einsteina teorii względności , że Sonda Cassini wykonana w poprzednim roku. Latem 2002 roku Ziemia, Słońce i sonda Cassini-Huygens są dokładnie wyrównane, Słońce znajduje się pomiędzy Ziemią a sondą. Podczas komunikacji z sondą i dzięki antenie o średnicy czterech metrów oraz nowej stacji naziemnej NASA Deep Space Network zlokalizowanej w Goldstone w Kalifornii , zespół włoskich astrofizyków obserwuje zmianę częstotliwości w falach radiowych odbieranych przez i emitowane przez sondę Cassini-Huygens , gdy przemieszczają się one blisko Słońca. Zgodnie z ogólną teorią względności, uważa się, że masywny obiekt, taki jak Słońce, zakrzywia czasoprzestrzeń wokół siebie. Tak więc promień świetlny lub fala radiowa przechodząca w pobliżu gwiazdy musi przebyć większą odległość z powodu tej krzywizny . Ta nadmierna odległość przebyta przez fale emitowane przez sondę w celu dotarcia do Ziemi opóźnia ich odbiór, opóźnienie, które jest mierzone i określane ilościowo i umożliwia weryfikację teorii z dokładnością pięćdziesiąt razy większą niż w poprzednich eksperymentach przeprowadzonych na sondach Vikinga. .
Chociaż niektóre modele kosmologiczne przewidują odchylenia od ogólnej teorii względności, w tym eksperymencie nie obserwuje się żadnych. Przeprowadzone pomiary są zgodne z teorią z dokładnością rzędu 1 na 50 000.
Eksploracja sondą kosmiczną planety tak odległej jak Saturn jest kosztowna, w szczególności ze względu na prędkość, jaką musi osiągnąć statek kosmiczny, aby osiągnąć swój cel, czas trwania misji oraz konieczność wykorzystania źródeł energii zdolnych do zastąpienia promieniowania słonecznego , 100 razy słabsze w tej odległości od Słońca: bardzo duże panele słoneczne lub radioizotopowy generator termoelektryczny . Pomimo oczywistego naukowego zainteresowania Saturna, jego księżycami (w szczególności Tytanem i Enceladusem ) oraz jego pierścieniami, Cassini niewrzesień 2017 brak następcy w rozwoju.
W 2008 r. NASA i Europejska Agencja Kosmiczna wspólnie badały misję Titan Saturn System (TSSM), składającą się z orbitera, lądownika i balonu na ogrzane powietrze przeznaczone do badania Tytana , ale projekt ten został porzucony w następnym roku. TSSM jest kosztowną misją klasy Cassini, a następnie mniej ambitne misje są oceniane przez NASA w ramach programu Discovery (misje niskokosztowe): są to Titan Mare Explorer (2011) i Enceladus Life Finder (2015), które są również nie zachowane.
W 2017 roku, nie mniej niż pięć misji są oferowane jako część z New Frontiers programu (NASA misji średnich kosztów): statek kosmiczny, który wykonuje badanie przez nurkowania w atmosferze Saturna (SPRITE), dwie misje, które analizują dokładnie materiały wyrzucane przez gejzery z Enceladus latając nad tym księżycu kilka razy i określenia ewentualnej obecności śladów form życia (Elsah i ELF) i wreszcie dwie misje przeznaczone do badania Titan głębokości, pierwszy z orbity ( Oceanus ), a drugi, szczególnie odważnych na poziomie technicznym za pomocą drona wykonującego kilkudziesięciokilometrowe loty wykorzystując dużą gęstość atmosfery i niską grawitację tego księżyca ( Dragonfly ). Misja Dragonfly została wybrana w 2019 r. na planowany odlot w 2026 r. i przybycie na Tytana w 2034 r.
Historia projektu
Zestawy prasowe NASA
Opis techniczny
Instrumenty
Wyniki
Książki popularyzatorskie
Filmografia
Infografiki i pliki