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由歐洲宇航局和美國宇航局聯合發射的“卡西尼”號無人探測器,已經在太空中飛行了將近20年,它終於將在兩週後結束其傳奇一生,燃料耗盡,墜入土星。而正是“卡西尼”和它的同伴,“惠更斯”號土星着陸器給地球傳送回了迄今為止最詳盡的土星的資料。
1655年,荷蘭科學家惠更斯利用當時分辨率最高的望遠鏡,發現伽利略看到的土星“耳朵”其實是土星的光環,他還發現了土星的最大衞星——土衞六。
20年後,在意大利出生的法國天文學家卡西尼發現土星光環中存在一條暗縫,現在將其稱為卡西尼環縫。
當十多年前,美國國家航天局、歐洲航天局和意大利航天局準備聯合開展了一個項目,發射探測器對土星空間進行探測時,科學家們一致決定,軌道器的名字以發現土星環中存在縫隙的天文學家“卡西尼”命名,着陸器的名字則以發現土衞六的天文學家“惠更斯”命名。
第一次為人們送來了其他星體的聲音
土星的質量約是地球的95倍,直徑約是地球的9.5倍,如果把土星比作一個橄欖球大小,那麼地球大約就相當於1元錢硬幣。土星與地球距離遙遠,當土星和地球在太陽同側時,距離9天文單位,13.5億公里;土星與地球異側時相距11天文單位,16.5億公里。平均距離為10天文單位,15億公里。而土星軌道與地球軌道的平均距離為12億8千萬公里。
為了探測土星及其周邊的衞星,重六噸的“卡西尼”帶着“惠更斯”在1997年10月15日離開地球,並在2004年7月1日進入環繞土星運行的軌道。
為支持預計的11年任務時長,“卡西尼”一口氣帶了三個放射性同位素熱電機(RTG)供電,預計可提供電力一直到2030年。這總共99千克的二氧化鈈-238外加18台各類型光學和電磁儀器,使其成為迄今為止造過的發射質量最大的深空探測器(5712千克)。
▲卡西尼發射組組裝圖,全稱卡西尼·惠更斯號,長6.7米,寬4米,質量5.7噸
作為一個無人探測器,它不是一個小傢伙,如何把它送入距離約14億千米之外的土星附近呢?
像卡西尼這樣升空的飛船,在飛行過程中也不是全程需要燃料,因為它已經掙脱了地球的引力。它在前往土星的過程中藉助其它行星的引力、彈弓效應時才需要開啓發動機。發動機主要是進行軌道的調整,而不是進行飛行器的推進。這個過程中已經設計好了路線,期間會有一些其它大的行星經過它的路線,也會帶着它前進,給它提供助力。
為了抵達土星,卡西尼的前進道路可謂坎坷,一開始卡西尼號是對着金星發射的,想通過行星的引力獲得更高的加速度,但是太陽的引力過於強大,所以第一次借力成功後沒多久便被已經在太陽拉回了軌道內側,所以就有空中飛行了第二次借力。這次主要是將軌道調回地球,然後藉由地球的引力將它拋向木星。木星的引力非常強大,幾乎所有外行星探測器都要靠木星借力。
自抵達土星軌道以來,卡西尼號就一直兢兢業業地進行探測,傳送回了迄今為止,它環繞土星290圈。(注:1次繞轉或1次軌道,指圍繞土星繞轉一次,從0開始計數。一次軌道的開始,以飛行器距離土星最遠的位置開始算起)
“惠更斯”着陸在土衞六表面後拍攝了第一張彩色照片,它在着陸傳輸了90分鐘數據後,因電池能量耗盡而停止工作。正是這唯一的一張地表照片,為人類揭示了一個真實的土衞六,一個有着液體甲烷河流,煙霧瀰漫的橙色星球。“惠更斯”的麥克風更捕捉到了土衞六上的聲音,這亦是人類第一次聽到來自其他星體的聲音。
▲惠更斯的降落過程
“卡西尼”對土星衞星的觀測更具有科學價值。2006年7月21日,“卡西尼”的雷達成像照片中首次發現土衞六的北半球存在直徑約為100千米的碳氫化合物湖泊,這是首次在地球以外的星體發現湖泊。2007年3月13日,噴氣推進實驗室正式宣佈土衞六北半球存在碳氫化合物湖泊羣,至少其中一個湖泊的面積要大於北美五大湖中最大的蘇必利爾湖。隨着甲烷-液氧引擎慢慢步入火箭飛船推進主流,富含液體和氣體甲烷的“泰坦”頗有一種未來太空“加油站”的感覺。
▲土衞六上的碳氫化合物湖泊羣
不過對於大部分天文學家來説,土衞六的甲烷遠沒有“卡西尼”對另一個土星衞星的新發現來的勁爆。2005年“卡西尼”首次近距離觀測土衞二,“卡西尼”的雷達成像系統拍攝到土衞二南極冰層裂縫劇烈的冰晶噴射,這使得土衞二成為太陽系第四顆被證實存在火山活動的天體。(其餘三顆分別是地球、海衞一和木衞一)此發現為土衞二是土星E環主要物質來源的猜想提供了關鍵證據。
就在幾個月前,NASA宣佈土衞二具備孕育生命的所有條件,被人們稱為太陽系最有可能存在生命的星球之一。這是因為探測器在對土衞二的噴射羽流進行了採樣和分析後,發現了氫氣和二氧化碳,從而證明可能具備孕育微生物的條件。未來不排除NASA發射探測器直接登上土衞二進行探測,以確認這顆星球的海洋環境是否存在生命的可能。
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