由於燃料不足,美國宇航局的卡西尼號探測器已開始最後也是最冒險的階段——其史詩般的土星任務。
在週五利用最後一次飛掠土衛六來提高速度後,卡西尼號被土衛六的引力拋入一條軌道,使其穿過土星上層大氣層和最內側環之間1200英里(1930公里)的間隙,美國宇航局官員表示。
美國宇航局在一份宣告中說,卡西尼號在太平洋時間週三凌晨 2 點左右(東部時間上午 5 點或格林威治標準時間 0900)完成了第一次穿越環平面的過程。[卡西尼號在土星的“盛大結局”圖片]
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這次最後的旅程將於 9 月 15 日結束,屆時探測器將在土星壓倒一切的大氣層中燃燒殆盡。現在已經沒有回頭路了;卡西尼號正處於“彈道軌道”上,它的命運已經註定,美國宇航局的科學家們表示。“盛大結局”的設計是為了防止探測器汙染可能適宜居住的土星衛星。
加利福尼亞州帕薩迪納市美國宇航局噴氣推進實驗室 (JPL) 的卡西尼號副專案科學家斯科特·埃金頓說:“我們保證會在 9 月份進入土星大氣層。” 他告訴 Space.com:“如果我們(在第一次俯衝期間)被一個使探測器失效的粒子擊中,我們仍然保證會進入土星。”
美國宇航局官員在一份宣告中說,卡西尼號預計在第一次俯衝後會失聯大約一天,因為它會仔細觀察土星和環縫。探測器預計最早將於太平洋時間週四(4 月 27 日)凌晨 12:05(東部時間凌晨 3:05 或格林威治標準時間 0705)恢復聯絡,並在不久後返回資料和影像。
土星的奧秘仍然存在
假設首次俯衝成功,卡西尼號將繞土星南半球進行一個寬闊的軌道飛行,為另外 21 次每週的俯衝做準備,這將使其進入距離土星大氣層 1840 英里(2960 公里)的範圍內,在那裡它將繼續對土星的奧秘進行前所未有的研究。美國宇航局在其盛大結局軌道指南中跟蹤探測器的路徑。
卡西尼號於 1997 年 10 月透過美國宇航局、歐洲航天局和義大利航天局之間的合作發射,自 2004 年以來一直圍繞這顆環狀氣態巨行星執行。在此期間,它收集了大量關於這顆行星、其環和衛星的觀測資料。卡西尼號等長期任務對於研究這顆巨大的行星至關重要;事實上,13 年的時間對於探索一個圍繞太陽執行週期為 29 年的世界來說是很短的時間,任務科學家表示。
埃金頓說:“我們只在土星待了相當於半個土星年的時間。” “但(在那段時間裡),我們看到這個系統內部正在發生所有這些詳細的變化。”
在卡西尼號在這顆氣態巨行星停留期間,猛烈的風暴在土星動盪的大氣層中來來去去。行星科學家們也能夠研究土衛六濃密大氣層的動態,甚至可以預測隨著季節緩慢變化的天氣系統,埃金頓指出。
但是仍然存在許多問題,並且人們對卡西尼號的“盛大結局”寄予厚望,希望能產生一些自該任務啟動 20 年以來最大的發現,卡西尼號研究人員表示。
卡西尼號在噴氣推進實驗室的專案科學家琳達·斯皮爾克在 4 月 4 日的新聞釋出會上說:“盛大結局是一個全新的任務。” “我們正在前往一個我們從未去過的地方……我認為一些最大的發現可能來自這些最後的軌道。”
例如,埃金頓指出,土星上的一天有多長仍然未知。行星的自轉軸和磁場的軸線是平行的,這使得很難測量行星核心完成一次自轉需要多長時間。然而,透過非常接近土星的飛行,卡西尼號的“盛大結局”將能夠測量磁場中小規模的波動,不僅可以確定土星的一天有多長,還可以揭示其內部結構,他說。
埃金頓說:“我們還將測量(土星及其環之間)間隙內部的微小粒子。” “這些粒子來自環。它們是帶電粒子;它們被捕獲在與環相交的磁場線上。我們將能夠測量它們沿著磁場線傳播時的軌跡。我們說的是微小的冰粒,甚至可能是該區域陽光分解水產生的產物。”
埃金頓說,對土星環的這些深入研究可能會揭示它們包含多少物質以及它們的年齡有多大。利用這些資訊,科學家們可以測試行星形成模型,這些模型最終可能會揭示行星是如何演化的以及它們的衛星是如何積聚物質的,他補充說。
保護土衛二和土衛六
對於卡西尼號的“盛大結局”,科學家們採取了重要措施,以確保土星的衛星不會被來自地球的微生物汙染,埃金頓說。
他說:“美國宇航局有一些規則要遵守,即不要汙染任何我們認為可能適宜居住的地方。”
儘管工程師在發射前為探測器進行了大量的消毒工作,但研究人員發現一些頑強的細菌可以在極端環境中存活很長時間,其中一些地球微生物可能潛伏在卡西尼號的元件內部。美國宇航局決定在任務結束時焚燒卡西尼號,以降低這些頑強微生物汙染土星衛星土衛二或土衛六的風險,科學家們認為這兩顆衛星是太陽系中尋找生命的最佳地點之一。
2005 年,歐洲的惠更斯號探測器在土衛六表面著陸,當時符合所有行星保護要求。然而,自從卡西尼號在惠更斯號著陸後多年來一直在研究土衛六以來,這顆大氣衛星的適宜居住潛力已經變得清晰。土衛二的潛在適宜居住性和行星保護標準高於土衛六,但確保卡西尼號避開這兩顆衛星都是一項額外的好處,卡西尼號任務科學家表示。
土衛二是一顆小型冰衛星,可以輕鬆放入新墨西哥州境內,但它在太陽系其他地方尋找生命方面的意義非常重大。感謝卡西尼號,我們現在知道土衛二有一個地下的液態水海洋,它像羽狀物一樣從衛星的冰層中噴發出來。探測器能夠“品嚐”被釋放到太空的粒子,揭示出這顆衛星含有有機分子(含碳化合物)。
最近,在這些羽狀物中發現分子氫表明,衛星的岩石核心與周圍的溫水之間存在化學相互作用。這些相互作用可以模擬地球上深海熱液噴口周圍的條件,微生物在這些噴口周圍茁壯成長,並利用分子氫獲取能量,科學家們表示。
“那裡正在發生一些事情!你有地質活動,正在進行熱水化學反應,這正在為生命形式可能需要的分子創造一個環境,”埃金頓說。“所以是的,我們要保護土衛二。”
“但我們也要保護土衛六,”他補充說。“土衛六是我們任務的大部分基石。”
土衛六是土星 62 顆已知衛星中最大的一顆。它擁有濃密的富含氮氣的大氣層,表面覆蓋著碳氫化合物。儘管它非常寒冷,擁有液態甲烷和乙烷的海洋和湖泊,但科學家們認為它與早期地球有很多共同之處,在生命在我們的星球上紮根之前。
斯皮爾克在一份宣告中說:“卡西尼號對土衛六的近距離探索現在已經結束,但探測器收集的大量資料將為未來幾十年的科學研究提供燃料。”
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