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卡西尼-惠更斯号土星探测器

由“卡西尼号”和“惠更斯号”组成

卡西尼--惠更斯号探测器(英文名称:Cassini),是由美国国家航空航天局欧洲航天局和意大利航天局共同合作研制,主要任务是对土星系进行空间探测。

卡西尼-惠更斯号是不同国家的三个航天局的协作成果,有十七个国家参与建造了这艘飞船。

卡西尼号探测器由美国航空航天局制造,以意大利出生的法国天文学家卡西尼的名字命名,其任务是环绕土星飞行,对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察,并携带惠更斯号探测器。惠更斯号探测器由欧洲航天局制造。意大利航天局则为卡西尼号提供通讯用的高增益天线。来自世界各地超过200位科学家将会参与研究卡西尼-惠更斯号收集的数据。

卡西尼号会环绕土星及其卫星运行四年之久,而惠更斯号则会深入土卫六浓雾包围的大气层并在其表面着陆。

卡西尼-惠更斯号于1997年10月15日16时43分(北京时间)发射成功,两度借助金星引力加速,而后再返回地球借助地球引力加速,飞越木星借助木星加速,于2004年7月到达土星轨道。

探测器名称卡西尼-惠更斯号研制国家美国、欧洲航天局、意大利
探测目标土星发射时间1997年10月15日16时43分
发射场卡纳维拉尔空军基地运载工具宇宙神5型运载火箭

探测器命名

卡西尼号探测器以意大利出生的法国天文学家,土星光环环缝的发现者卡西尼的名字命名,其任务是环绕土星飞行。

惠更斯号探测器是卡西尼号携带的子探测器,以荷兰物理学家、天文学家和数学家惠更斯(土卫六的发现者)命名,其任务是深入土卫六的大气层,对土星最大的卫星土卫六进行实地考察。

卡西尼号探测器

卡西尼号探测器是由美国国家航空航天局负责研制的,由喷气推进实验室负责管理,主要任务是环绕土星飞行,对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察。

卡西尼号携带以下科学探测仪器:

卡西尼号等离子体分光计(CAPS) :用于探测土星的电离层和磁场。

宇宙尘埃分析仪(CDA) :用于探测土星附近的宇宙尘埃。

复合红外分光计(CIRS) :用于测量被测物体的温度和成分。

离子和中性粒子质谱仪(INMS) :用于探测土星附近的离子和中性粒子。

成像科学子系统(ISS) :用于拍摄照片。

双重技术磁场强度计(MAG)

磁场成像仪(MIMI)

无线电探测和测距仪(RADAR)

无线电波和等离子体波科学仪器(RPWS)

无线电科学子系统(RSS)

紫外成像摄谱仪(UVIS)

可见光和红外线测绘分光计(VIMS)

惠更斯号探测器

惠更斯号探测器,重319千克,外面像一个贝壳,前部有一个防热盾,配备有三个降落伞。惠更斯号是由欧洲航天局研制的,其任务是登陆土卫六,对其进行实地考察。在着陆后惠更斯号与卡西尼号进行了近十分钟的联系,最终因电池耗尽而于当日结束历史使命。

惠更斯号的任务是调查云、大气层及土星的卫星土卫六的表面地貌状况。惠更斯号被设计为能够突破进入土卫六的大气层,并且执行一系列机器人指令展开降落伞。到达土卫六表面惠更斯号探测器系统包括降落在卫星表面的探测器,还有一个探测器支持系统(PSE)。这个系统可以维持探测器运行于设定轨道上。PSE包括电子跟踪器件,登陆数据搜集恢复以及一个传输処理数据到轨道的传送器,数据将被传送或下传到地球。

在距离土卫六表面1200公里时,惠更斯号将以2.2万公里/时的速度冲向土卫六表面。惠更斯号前部的防热盾可以起到保护作用,避免它下降时与大气剧烈摩擦而烧毁。约在距土卫六地表面190公里处,探测器和防热盾分离。在距表面170公里处,探测器减速到每小时1400公里。此后,惠更斯号分别打开了三个降落伞。在距离土卫六表面几百米处,它会打开探照灯,照亮土卫六地表物体。

在两个半小时降落过程中,惠更斯号的仪器拍下了土卫六表面情况、量度风速及压力,以及分析大气层气体,这些采集到的数据会传回母船卡西尼号轨道器上。

惠更斯号于2005年1月14日登陆土卫六,降落在了一片固体陆地上,并在着陆后拍摄了人类历史上第一张土卫六表面照片。它在降落过程中与卡西尼号进行了近3个小时的传输沟通,着陆10分钟后停止传输数据。惠更斯号在土卫六上“存活”了90分钟后终止工作,结束了自己的历史使命。而母舰卡西尼号在惠更斯号结束生命后,依然要对土星进行探测和工作。

飞行轨道

卡西尼-惠更斯号于1997年10月15日16时43分发射升空。如果仅仅依靠火箭的推力直接飞向土星,并要求它像现在这样在7年之内飞到土星,那么使用的燃料决不能少于70吨。然而,人类至今还不能制造可以携带这么多燃料的火箭。因此,卡西尼-惠更斯号采用了与伽利略号探测器类似的办法,借用行星的引力来加快速度。

为了顺利抵达土星,卡西尼-惠更斯号空间探测器曾多次进行重力助推,曾两次飞掠通过金星,之后再一次飞掠通过地球,并飞掠通过木星,并最终到达土星。

卡西尼-惠更斯号飞行轨道

图:卡西尼-惠更斯号飞行轨道

卡西尼-惠更斯号发射后,首先于1998年4月在距金星284千米处飞掠,利用金星引力获得加速。之后,它绕太阳一圈,于1999年6月再次在距金星600千米处飞掠,获得金星引力的第二次加速。同年8月,卡西尼-惠更斯号在距地球1171千米处飞掠,被地球引力再次加速。

卡西尼-惠更斯号第二次离开地球后,才飞往太阳系的外层。2000年12月,卡西尼-惠更斯号在距木星约1000万千米处飞掠,获得了木星引力的加速。这时,卡西尼-惠更斯号的速度超过了每秒30千米。然后,卡西尼-惠更斯号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-惠更斯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。

飞行历程

1997年10月15日,卡西尼-惠更斯号从卡纳维拉尔角空军基地第40号发射台成功发射升空。

卡西尼-惠更斯号分别于1998年4月26日与1999年6月4日接近金星,进行两次重力助推调整,确保探测器有足够的动能可以抵达小行星主带。之后卡西尼-惠更斯号受到太阳牵引,1999年8月18日,探测器近距离通过地球进行重力助推调整,距离月球只有377000千米。

2000年1月23日,卡西尼-惠更斯号接近小行星2685,并进行一系列观测。卡西尼-惠更斯号距离 该小行星160万千米,并估计其直径为15-20千米。

2000年12月30日,卡西尼-惠更斯号与木星距离最近,并进行一系列观测,总共拍摄26000张木星影像。这些照片是当时最清晰的木星影像,分辨率可达60千米。

2003年3月6日,科学家发布卡西尼-惠更斯号这次接近木星的一些主要发现。

2003年10月10日,卡西尼-惠更斯号科学家团队宣布爱因斯坦相对论的实验结果显示相对论与实际观测互相吻合。

2004年6月11日, 卡西尼-惠更斯号飞掠土卫九,也是旅行者2号之后最接近该卫星的一次。这也是卡西尼-惠更斯号唯一一次近距离飞掠土卫九。

2004年7月1日,卡西尼-惠更斯号通过F环与G环之间抵达绕行土星轨道,成为首艘绕行土星的探测器,展开四年的探测任务。卡西尼号将会到达距离土星最近位置,距离土星上层大气只有20,000千米,这个距离不足土星半径的三分之一。

2004年7月1日,卡西尼-惠更斯号启动主发动机减速,使飞船被土星引力俘获进入轨道。卡西尼号预计将完成74圈公转,44次近距离掠过土卫六,以及多次掠过土星其它冰卫星。

2004年7月2日,卡西尼-惠更斯号首次近距离接近土卫六,距离该卫星339000千米,并获得有史以来最清楚的土卫六照片。2004年12月25日,惠更斯号脱离母船卡西尼号,飞向土卫六。

2005年1月14日,惠更斯号在降落土卫六过程中拍摄土卫六照片,并测量风速及压力,分析大气层气体,并将数据会传回卡西尼号轨道器。惠更斯号最终降落在上都地区,并拍摄人类历史上第一张土卫六表面照片,惠更斯号在土卫六上运作90分钟。

2005年,卡西尼-惠更斯号首次近距离观测土卫二,成像科学子系统拍摄到土卫二冰晶喷射活动。(其实,卡西尼-惠更斯号在2005年2月已经拍摄到羽状物,只是仍需要进一步对高相位角度拍摄的照片进行研究,这些照片还需要同其他卫星的高相位照片进行对比)于是土卫二成为太阳系第四颗被证实存在火山活动的天体,其余三颗分别是地球、海卫一和木卫一。

2006年7月21日,科学家从雷达照片中发现土卫六北半球存在碳氢化合物湖泊,也是科学家首次在地球以外的星球发现湖泊。这座湖泊直径估计为100千米。2007年3月13日,喷气推进实验室宣布土卫六北半球存在碳氢化合物海洋,其中至少有一个比北美洲五大湖还大。

2008年3月12日,卡西尼-惠更斯号仅仅以50千米的距离飞掠土卫二,发现羽状物中含有更多的化学物质,包括复杂的碳氢化合物(丙烷、乙烷、乙炔)。这项发现提高土卫二存在生命的可能性。2009年11月21日,卡西尼-惠更斯号第八次飞掠土卫二。

2008年4月15日,卡西尼-惠更斯号确定展开两年延伸任务,将绕行土星60次、21次近距离探测土卫六、7次近距离探测土卫二、6次近距离探测土卫一、8次近距离探测土卫三及分别接近土卫四、土卫五与土卫十二各一次。这次延伸任务于2008年7月1日展开。第二次延伸任务于2010年10月2日展开并一直持续至今,卡西尼号预计将绕行土星155次、54次近距离探测土卫六、11次近距离探测土卫二。卡西尼号预计于2017年进入土星大气层,结束所有任务。

2012年10月25日,卡西尼-惠更斯号观测到土星出现大白斑,这种现象约30年出现一次。

2012年12月21日,卡西尼-惠更斯号观测到金星凌日。

2013年7月19日,卡西尼号使用高清晰度照相机拍摄土星回望地球与月球照片,美国宇航局于拍摄照片前事先告知社会大众,也是人类历史上的首例。科学家认为想要人们朝向天空挥手,科学家卡洛琳·波尔科(Carolyn Porco)认为这次拍摄是庆祝居住在暗淡蓝点上的生命。

2014年4月3日,美国宇航局科学家宣布土卫二南极地底存在液态水海洋,土卫二成为太阳系有可能存在生物的星球之一。

科学成果

发现土星新卫星

2004年,科学家借由卡西尼-惠更斯号所拍摄的照片发现三颗新卫星,并获得S/2004 S 1、S/2004 S 2与S/2004 S 5这三个暂时编号。

2005年5月1日,科学家在基勒环缝发现一颗新卫星,之后被命名为达佛涅斯,这颗卫星也导致缝隙边缘的波纹。

2007年5月30日,科学家发现第五颗新卫星,暂时编号是S/2007 S 4。2009年2月3日,科学家宣布发现第六颗新卫星,之后被命名为埃该翁。第七颗新卫星于2009年6月26日被科学家发现,暂时编号S/2009 S 1,估计其直径约300米。

2014年4月14日,美国宇航局科学家宣布卡西尼-惠更斯号可能又发现一颗新卫星。

土卫六大气层中富含氮

在太阳系各大行星及其卫星中,只有地球和土卫六大气层中富含氮。据推测,早期地球上也许存在大量类似甲烷的碳氢化合物。科学家们说,土卫六上可能冷藏着很多化合物,一些类似化合物也许在生命诞生之前就存在于地球上。甚至有科学家认为,卡西尼号以及惠更斯号的探测结果将会显示,土卫六将比现阶段的地球与早期地球更为相似。

参与这次探测计划的欧洲航天局科学家让。皮埃尔。勒布雷顿说:“在某种意义上,卡西尼号和惠更斯号就像时间机器一样,带我们去探测以前从来没有见过的世界,那个世界就像45亿年前我们的地球。”

土卫六地下可能有水层

来自卡西尼号探测器的最新数据显示土星最大的卫星土卫六冰封的地下可能存在一个液态水层。卡西尼号至今还在勤勤恳恳地工作,为我们送来关于遥远鉴于的信息。

卡西尼-惠更斯号土星探测器
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最新更新:2015-08-07 13:40
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