“卡西尼号”第二次离开地球后,才飞往太阳系的外层。2000年12月,它在距木星约1000万千米处飞掠,获得了木星引力的加速。这时,它的速度超过了每秒30千米。然后,它才向目的地土星飞去。
土星离开地球的距离,最近时不到13亿千米,最远时也不超过16亿千米,然而“卡西尼号”由于采用了上述迂回的飞行路线,飞往土星的行程长达35亿千米。不过,磨刀不误砍柴功,飞行的时间并没有因此增加,而燃料却大大节省了。
“卡西尼号”太空探测器在经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行之后,于北京时间2004年7月1日12时12分按计划顺利进入环绕土星转动的轨道,开始对土星大气、光环和卫星进行历时4年的科学考察。
▲图为卡西尼号达到土星轨道前的飞行轨迹
“卡西尼号”的任务之一就是对土星的光环进行探测。尽管它初来乍到,然而入轨过程本身,就是在预期4年的探测运行中一个绝好的与土星距离最近的机会,它与土星表面云层顶部的距离最近时只有大约2万千米。科学家自然不会放过这个机会开展对土星光环的探测,因此在它入轨的过程中安排了两次穿越土星光环。
“卡西尼号”是从F环和G环之间的缝隙穿越土星光环的。这道环缝是土星光环中最宽的一道环缝,宽达3万千米。环缝中,仍然可能弥漫着一些微粒。“卡西尼号”从环缝中穿过,如果有微粒撞击到它的要害部位或者携带的科学仪器,将有可能造成非常坏的后果。为此,“卡西尼号”在穿越土星光环之前,首先调整姿态,转身180度,把原来位于尾部朝向地球的直径4米的盘状天线,转到前进方向,成为对付环缝中微粒的“盾牌”。
土星环只有100米左右的厚度,它的形状是由许许多多镶嵌在其中的卫星和小卫星造就的。在这张图片里,土卫十七并不在土星主环中
9时11分,“卡西尼号”调整姿态。10时08分,它开始从光环下面穿越光环;10时11分,它到达光环上方,穿环成功。然后,它再把身子转回来,让发动机的喷气管朝向前方,以便点火后形成减速阻力。10时21分,“卡西尼号”再次转身成功;10时36分,发动机点火,“卡西尼号”开始减速。在土星引力的作用下,减速后的“卡西尼号”转过一个大弯,逐渐进入预定的运行轨道。
12时12分,“卡西尼号”的发动机熄火。这时,它已由原来的飞向土星的路线完全转到环绕土星运行的轨道。然后,它开始对土星和土星光环进行近距离的探测,包括用磁力计测量土星磁场的强度和方向,检测穿越光环时所碰到的微粒大小和光环厚度,以及估测光环的组成、温度和结构。
13时32分,“卡西尼号”再次调整姿态;13时58分,它再次穿越光环,从光环上方回到光环下方。然后,它把盘状天线转到朝向地球方向,进入正常运行状态。
“卡西尼号”在环绕土星运行的4年中,将近距离地纵览土星全貌,对土星和它众多的卫星进行全面考察。
“卡西尼号”从2004年1月起,就开始拍摄土星家族全面、完整的照片。“卡西尼号”携带的照相机,比哈勃太空望远镜上的同类照相机性能更好。
在临近入轨之前,2004年6月11日,它对土卫九进行了探测,拍摄了这颗卫星极其清晰的照片。土卫九是土星距离最远的一颗卫星,半径110千米,科学家猜想它是被土星俘获的一颗小行星。“卡西尼号”在离开它2000千米处经过,对它的质量和密度进行了测量。
2005年2月17日,“卡西尼号”将在离开土卫二1179千米处经过,而同年3月9日,距离更近到499千米。土卫二半径250千米,表面非常明亮,几乎能反射百分之百的阳光。科学家怀疑它的表面是光滑的冰层,“卡西尼号”将探测它的磁场,以判断它的表层下面是否有含盐分的水存在。
▲土星磁场与磁层中的等离子体
2005年4~9月,“卡西尼号”的轨道将从土星赤道面改变到与这一平面成22度夹角,居高临下对土星光环和大气进行测量,进一步探测光环结构、组成光环的物质粒子和土星大气物理特性。
2005年9~11月,“卡西尼号”将逐个接近土卫四、土卫五、土卫七和土卫三,分别对它们进行观测。土卫四半径560千米,土卫五半径870千米,它们的外表很像我们的月亮,密布环形山。土卫七位于土卫六与土卫八之间,形状不规则,最长处直径175千米,很像一颗小行星。土卫三半径530千米,密度和水一样,很可能是一个冰球。
▲卡西尼号走过的所有轨道示意图
2006年7月到2007年7月,“卡西尼号”将系统地监视和拍摄土星、土星光环、土星磁层的图像。2007年7~9月,它将再次拍摄土星及其家族的影像,并在9月10日到距离土卫八约1000千米处对土卫八进行观测。土卫八半径为720千米,其表面一面颜色很暗,另一面却接近白色,很为奇特。
▲土星的北极有一个由高速气流形成的六边形漩涡
2007年10月到2008年7月,“卡西尼号”将进一步增大轨道与土星赤道平面的夹角。这样,“卡西尼号”就能更好地观测土星的光环,测量远离土星赤道平面处的磁场和粒子、监视土星的两极地区和观测土星极光现象。其间,在2007年12月3日和2008年3月12日,它将两次接近土卫十一,分别在离开土卫十一6190千米和995千米处对这颗卫星进行观测。
▲2013年7月19日,卡西尼号从土星遥望地球
2015年8月17日,是该探测器第五次掠过土卫四表面,距离这颗卫星474公里。
在离开地球近20年后,该探测器于2017年4月26日正式进入任务“大结局”,首次在土星和土星环之间穿越,近距离观测土星。
▲卡西尼回传的最后一幅照片
▲卡西尼的最后时刻,姿态推进器火力全开,勉力维持着天线指向地球的姿态
北京时间2017年9月15日,卡西尼号土星探测器燃料将尽,科学家控制其向土星坠毁,北京时间19:55卡西尼号与地球失去联系,它进入土星大气层燃烧成为土星的一部分。“卡西尼号”的任务至此结束。
▲卡西尼号以12万公里/小时的速度冲向土星大气层
20年的征途,在此刻化为一场绚烂的焰火。卡西尼号在土星大气中成为了灰烬,但同时又成为了永恒。
作为上个世纪的一艘探测飞船,能走完这么长的征程、做出这么多的贡献,已实属不易。毫无疑问,卡西尼计划是人类太空探索历史上成果最为丰硕的科学计划之一。
编辑:金婉霞
责任编辑:许琦敏
来源:综合自微信公众号“未来论坛”、“Tech新发现”、科技早新闻等
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