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  • 1 # 科技領航人

    卡西尼惠更斯號任務(簡稱卡西尼號)是有史以來最成功的太空探索任務。美國航天局與歐空局和義大利航天局(ASI)合作發射了這一任務。這次任務的目標是詳細研究土星、它的衛星和土星環。

    這次探險任務是為了紀念兩位科學家(讓·多梅尼克·卡西尼和克里斯蒂安·惠更斯)而得名的。卡西尼號發現了土星的衛星-1671年的拉佩圖斯(Lapetus),1672年的土衛五瑞亞(Rhea)和1684年的土衛三(Tethys)和土衛四(Dione)。此外,他在1675年發現了“卡西尼環縫”,這是將土星環分成兩部分的狹窄縫隙。 另一方面,克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)在1655年發現了土星最大的衛星-土衛六。

    為什麼要探索土星?

    土星軌道飛行器(卡西尼號)和惠更斯號探測器是航天器的兩個主要組成部分。卡西尼號被派去收集有關土星及其衛星的資料,而惠更斯號探測器則被派去研究土衛六的表面。

    在太陽系的所有行星中,土星也許是最優雅和神秘的。幾十年來,甚至幾百年來,它一直吸引著科學家。根據拉普拉斯的宇宙學理論,它準確地描繪了太陽系形成的早期階段。 但是,這並不是全世界的人們對土星著迷的唯一原因。 科學家們也在尋找其他問題的答案:土星是如何獲得成功的? 為什麼土星環是彩色的? 是什麼導致其微妙的自發光? 它有更多的衛星嗎?

    圖注:卡西尼號拍攝的土星影象。

    惠更斯探測器是為了研究富含氮的土衛六(泰坦)大氣中發生的化學反應而設計的。此外,它還將檢查泰坦上是否有海洋。最重要的是,它將研究泰坦上是否存在前生物分子。換言之,這是為了發現泰坦上是否存在生命。

    卡西尼號發現了什麼?

    這次任務持續了13年。在這一時期,一系列令人矚目的發現使科學家們肅然起敬。具有諷刺意味的是,正是這些發現決定了有史以來最大膽的任務之一的命運。

    卡西尼號本應探索土星5年,但由於剩餘的額外燃料,卡西尼號開始延長8年的任務。在這八年中,它完成了幾次衛星飛行,為科學家們提供了進入土星系統的迷人一瞥,這使科學家得以目睹以前從未觀測到的現象。其中包括新衛星的誕生,新衛星的發現,以及在土星兩極發現巨型颶風。

    圖注:卡西尼號還在土星北極發現了一個獨特的六角形風暴。

    惠更斯號探測器於2005年降落在土衛六表面,這次下降向我們展示了土衛六在生命演化之前與地球非常相似。它甚至有甲烷雨和乾涸的湖床。因此,科學家們意識到土衛六的大氣中含有多種分子,一些是太陽系中最複雜的分子。因此,人們認為在土衛六表面及其附近可能發生生物前化學反應。

    在其13年的任務期內,卡西尼號向地球發回了大量資料,但其中一個最有趣的發現是在土星的一顆衛星土衛二上。

    是什麼讓土衛二與眾不同?

    土衛二是土星的一個小冰衛星,是太陽系中最明亮的天體之一。在2005年土衛二的一次飛行中,卡西尼小組發現了一些非常奇怪的霧氣從表面噴發出來。這些噴流是在土衛二南極觀測到的。現在,土衛二是一個很小的衛星(大約是我們月亮的七分之一)。更重要的是,這麼小衛星上應該是沒有生命的,但是卡西尼號的影象顯示,熱量從衛星南極洩漏。

    圖注:在土衛二的南極觀察到噴流。

    神秘的噴流和熱量使科學家們想回到土衛二仔細觀察。這一決定導致卡西尼號的路線圖發生了重大變化。2005年7月,卡西尼號返回土衛二。這一次,它距離地面的距離是第一次飛越土衛二距離的7倍。來自卡西尼號的影象顯示,十幾打或更多的噴氣機在南極表面上方約200公里處噴發。

    科學家懷疑其中含有水和有機化合物。在第三次飛越土衛二圖時,卡西尼號在土衛二表面上方僅25公里處飛過,終於在飛過它們時嚐到了這些噴流的味道。在這次大膽地透過之後,卡西尼號得到了證實。這些噴流是含有簡單有機化合物的水蒸氣。它們是來自冰面下鹹海的間歇泉,這個海洋的鹽度與地球海洋的鹽度相當。

    圖注:土衛二的近距離飛行證實了噴流由水和有機物質組成。

    因此,土衛二有水、能源(熱)和地表下的有機化合物。這三個組成部分是蘊藏生命所需的基本要素。所以,如果生命可以存在於太陽系的任何地方(地球以外的),那就是土衛二了!

    為什麼決定撞上土星?

    經過八年的任務延期,卡西尼號的燃料儲備非常少。一旦燃料耗盡,科學家將無法再控制航天器的軌道,也就沒有機會為其加油。

    卡西尼號在土衛六上發現了前生物分子、含氮的大氣和甲烷湖。在土衛二上,它發現了蘊藏生命鹽水、能量和有機化合物的三個基本成分。所有這些發現都表明,生命可能存在於太陽系的其他地方,特別是土星的這些衛星上。該小組本可以選擇讓卡西尼號繼續繞土星執行,但一旦燃料耗盡,這將使飛船完全失控。

    不受控制的航天器可能導致可怕的後果。如果卡西尼號撞上土星的一顆衛星,那麼該團隊將無法再將其轉移。此外,太空船上可能有來自地球的微生物(理論上講)。如果宇宙飛船撞上任何一顆衛星,那麼在那顆衛星上進化生命的任何可能性都將受到重大影響。

    這樣的航天器可能會破壞土衛二的原始環境。它還可能汙染土衛六的表面,這意味著在這些衛星上進化的原生生命將被消滅。因此,科學家們決定卡西尼號最安全的墜落地方是土星內部。它的大氣層會摧毀卡西尼,就像地球的大氣層會摧毀隕石一樣。

    完整演出

    因此,在2017年4月,卡西尼號開始了圍繞土星13年的最後一次。在接下來的五個月裡,卡西尼號穿過土星與土星環之間2000公里寬的縫隙。在22次這樣的“潛入”過程中,卡西尼號為科學家們提供了非同尋常的資料和前所未有的影象。它極大地提高了我們對土星的認識。它還提供了在特派團早期獲得的過於冒險的答案。

    然後,在2017年9月15日,卡西尼號開始了最後和致命的潛入到土星的大氣層。它藉助土衛六的重力稍微改變了它的軌跡。這是來自八個儀器的實時流資料。從這裡開始,卡西尼號的目的是傳輸它收集的每一點資料,直到最後。宇宙飛船離土星越近,資料就越珍貴。

    圖注:大結局-卡西尼惠更斯任務的最後一站。

    當卡西尼號進入土星的大氣層時,它以每小時約77,000英里的速度行駛。隨著它變得更深,航天器努力使天線指向地球,隨著大氣層變得越來越密,卡西尼號開始升溫。 在土星雲層上方約930英里處,卡西尼號開始下滑。 它永久失去了與地球的聯絡,任務終於結束了。

    卡西尼號不再向地球傳送訊號,但科學家預測,就在土星完全吞噬它之前,卡西尼號會處於短暫的恐慌狀態,努力保持自己的生命。然而,最終土星的高溫和稠密的大氣層會把宇宙飛船炸開。卡西尼號在其大膽的任務中向地球發回了大量的科學資料,這是無與倫比的珍貴資料。具有諷刺意味的是,這艘以這位花了畢生時間研究土星的天文學家命名的太空船,最終成為了這顆行星本身的一部分!

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