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1997年10月15日,卡西尼号从美国佛罗里达州成功发射,带着由17个国家共同制造的身体,和人类赋予他的伟大使命向遥远的土星飞去。20年后,2017年9月15日,卡西尼结束了对土星长达13年的探测任务,撞向土星坠毁。在这20年里,他的每一步都按照工程师给他设定的路线,即便在坠毁的最后一颗,也努力把天线对准地球说出再见。来源:https://www.wanghongming.com/cshi/202501-152.html

北京时间1997年10月15日16点43分发射升空,开启了卡西尼对土星探测的旅程。卡西尼的任务包括住任务和延伸任务,测量土星环的三维结构和动态行为,包括研究土星大气层的各个层面和土卫六泰坦星的表面。

如果卡西尼号采用依靠火箭的推理在7年内飞到土星,那么要携带的燃料至少要达到70吨重,但即使是今天人类依然不能制造可以携带那么重的燃料的火箭,因此卡西尼号采用了与伽利略号相同的方法,即借助行星的引力弹弓效应来增加速度。这也就造就了卡西尼号历时7年经过数次借力才能够飞到土星的漫长旅途。

1998年4月,在绕地球飞行6个月后,卡西尼号利用地球的引力飞掠金星,利用金星引力获得加速度后,绕着太阳飞行一圈,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度;八月,卡西尼号从距离地球仅仅1171千米处低空飞掠,获得第二次地球引力的加速度。

第二次离开地球后,经过一年多的时间,卡西尼在距离木星约1000万千米处飞掠,获得了木星的加速度,这时他的速度才足够快,达到了30km/s,于是卡西尼转身向目的地土星飞去。

终于,经过35亿千米、6年零8个月的漫长旅途之后,卡西尼号于2004年7月1日按照计划顺利进入土星的轨道,开始了他对土星的历时4年的主任务。

卡西尼号在探测土星的4年中,围绕土星飞行了76周,发现了7颗之前未发现的土星的卫星;由于他出色地完成了任务,所以接着又对土星最大的卫星木卫六——即泰坦星进了探测。在为期13年的对土星及其卫星的探测中,卡西尼号发回地球了上万张照片。其中不乏有可以载入航天 历史 的照片:

1 神秘的土星六边形:在卡西尼号探测木星的13年里,幸运地见证了土星南半球从盛夏进入寒冬和北半球从寒冬进入盛夏的过程。因此,我们终于有了能够持续观测土星北极六边形随季节变化的机会。

2 土星的巨大光环和他的小卫星:

3 土星北半球的夏季

4 恐怖的土星风暴:

5 散开的土星环

告别的信号从2016年就已经发出,卡西尼的燃料即将消耗殆尽。可是如果任由卡西尼号自由消亡,他很可能会撞在土卫二的冰层上,而卡西尼号携带的三颗RGT仍旧在释放能量,所以很有可能会在冲破冰层之后坠入海洋,坠入土卫二上可能孕育生命的海洋。

所以自毁,是对土星的保护,也是卡西尼的最后使命。来源:https://wzwxpx.com/cshi/202501-214.html

2017年4月,卡西尼号最后一次借助土卫六的引力,调整自己的高度以便能够俯冲至土星大气层,这一次,他绕着轨道飞行了22圈。

2017年9月14日,卡西尼迎接来了自己生命的最后24小时,在这壮丽终章里,在这生命的倒数计时中,卡西尼号将竭尽全力完成最后的悲壮任务。

完成第22次俯冲后,卡西尼号正式开始结束自己的生命,但即便在大气层烧毁的过程中,卡西尼号仍然竭尽全力把信号线对准地球的位置,向地球传输信号。

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土星与地球的信息差有84分钟,但最后一段数据传回地球时,卡西尼号其实已经于一个多小时前在土星的大气层烧毁来源:https://www.wzwxpx.com/cshi/202501-162.html

在2004年7月到达土星后,卡西尼号开始 探索 土星及其拥有的62颗卫星的秘密。其间在太空中飞行了79亿公里,执行了25万条指令,飞掠土星卫星162次,拍摄了超过45万张照片,发现了7颗全新的土星卫星,科学家据此发表了3948页科学论文。

卡西尼的一生,都奉献给了人类,奉献给了土星,奉献给了太空。

土星有一个美丽的光环,这使得它在太阳系中十分引人注目。土星的大气成分复杂,赤道附近的风速超过500米/秒。土星有20多颗天然卫星,人们最感兴趣的是土卫六,它是土星最大的一颗卫星,还有一个名字叫“泰坦”(希腊神话中的大力神)。“泰坦”的引人注意之处不仅因为它的个头大,更重要的是它是太阳系中除了地球之外唯一具有稠密氮气大气层的天体。科学家猜测,“泰坦”上有海洋,海洋中含有有机物质,和原始的地球十分相似。如果能探测到“泰坦”上存在合成大分子有机物,就可以推测地球生命的诞生过程。

人类探测土星的使命,交给了“卡西尼”号土星探测器。1997年10月15日,美国成功发射了“卡西尼”号大型行星探测器,这是20世纪人类耗资最大的空间计划之一。来源:https://www.wanghongming.com/cshi/202501-173.html

由于土星距离地球非常遥远,有8?2~10?2天文单位(1个天文单位约合1?5亿千米),所以,即使使用当时推力最大的火箭,也无法把质量为6?4吨的“卡西尼”号加速到直飞土星的速度。

于是,科学家巧妙地为“卡西尼”号设计了借助金星、地球和木星之间的引力,接力加速奔向土星的旅程。这样一来,“卡西尼”号的行程将增加到32亿千米,历时7年。1998年4月,“卡西尼”号绕过金星,在金星引力的作用下,加速并改变方向;1999年6月,它再次飞过金星,利用金星引力进一步加速,向地球奔来;1999年8月,“卡西尼”号掠过地球,借助地球引力加速飞向木星;2001年1月,“卡西尼”号从木星那里进行最后一次借力加速后,直奔土星。两次金星借力,一次地球借力,一次木星借力,这样的飞行轨道安排就是著名的“VVEJ飞行”,这里的“V”、“E”、“J”分别是金星、地球、木星英文单词的首写字母。“VVEJ飞行”可以使“卡西尼”号的土星之旅节省77吨燃料,这相当于“卡西尼”号总质量的10倍。

1997年10月15日,美国肯尼迪航天中心,探测器“卡西尼”号由“大力神-4B”火箭托举,呼啸着向太空飞去,开始了历时7年、行程35亿千米的土星之旅来源:https://wzwxpx.com/xwzx/202412-101.html

在此之前,“先驱者11”号和“旅行者1”号和“2”号曾于20世纪70年代和80年代在土星附近飞过,它们拍到了土星表面及土星环的情况。“哈勃”望远镜也提供过出色的土星图像。但它们都只是浮光掠影,对土星没有细致地进行考察,更未能揭示出人们最感兴趣的土星卫星6云层下的世界。因此,美国宇航局与欧空局和意大利航天局联手,研制了这艘迄今最大、最先进的行星际探测器,“卡西尼”号抵达土星

并且将之命名为“卡西尼”号,以纪念发现了土星环之间最宽黑缝的天文学家卡西尼。来源:https://wanghongming.com/zhishi/202412-100.html

“卡西尼”号高约2层楼,直径约2?7米,总重6吨,比昔日辉煌的“旅行者”号探测器重2~3倍。它由轨道器和“惠更斯”子探测器组成,上面共有18台科学仪器,其中轨道器上12台,子探测器上6台。这些仪器包括可提供50万张土星、土星环及土星卫星照片的照相设备,可透过土星卫星6大气层的扫描雷达,监视土星大气和土星风的监测器“卡西尼”无人驾驶太空船在土星环外侧几乎与其在同一平面时拍摄的图像

以及磁场探测器和宇宙尘埃探测器等。

2004年7月,“卡西尼”号抵达土星轨道后,轨道器将环绕土星考察4年,总共将飞行74圈,并有45次飞近土星卫星6。而几个月后“惠更斯”探测器从轨道器分离出去,进入土星卫星6进行探测。“惠更斯”子探测器是一个直径2来源:https://wzwxpx.com/bkjj/202412-65.html?7米的碟形物体,质量为343千克,它利用降落伞在土星卫星6表面着陆。在2?5小时的降落过程中,将用所带仪器分析土星卫星6大气成分,测量风速和探测大气层内的悬浮粒子,并在着陆后维持工作状态1小时。所搜集到的数据及拍摄的将通过“卡西尼”轨道器传送回地球。

“卡西尼”号宇宙飞船飞过“泰坦”时拍摄的

由于路途迢迢,“卡西尼”探测器携带的主燃料罐装有3000千克的燃料,以满足两台二元推进主发动机的需要,另有142千克的燃料供给16个小型反作用力推进器。这些小推进器用于控制航天器的飞行方向和微调飞行路线来源:https://www.wanghongming.com/cshi/202501-166.html。另外,“卡西尼”号需考察土星4年,为了保证各种科学仪器的能量供给,“卡西尼”号上还载有32?7千克的钚-238核燃料,是迄今携带核燃料最多的航天器。因为钚-238具有高放射性,许多科学家曾担心一旦发射失败,它会对地面造成严重的核污染。

“卡西尼”号土星探测器上实现了环绕土星运行轨道飞行的计划,并发回了一组关于土卫6“泰坦”号的最新、最清晰的照片。科学家们对此进行了研究。来源:https://wzwxpx.com/cshi/202501-237.html

 科学家们发现,除了一片特别炫目的云外,“泰坦”号的天空几乎没有一丝云的痕迹。这片特别炫目的云面积跟美国的亚利桑那州大小差不多,位于“泰坦”号的南极,在土星的夏季,这里一天都可以得到光线的照射。这块罕见的云需要四五个小时才能形成,类似于地球上夏季出现的堆积云。但“泰坦”号上的云层主要由甲烷组成,而不是主要水组成。来源:https://www.wanghongming.com/cshi/202501-164.html

 “卡西尼”号探测器还通过分光计拍到了“泰坦”号的一些照片,分光计的波长从可见到红外线光不等。照片显示,土星卫星6表面到处分布着冰块和碳氢化合物。来源:https://wanghongming.com/cshi/202501-181.html

科学家们还发现,位于土星光环之间的“卡西尼缝”充满了灰尘,这是迄今所发现的土星的最外层光环。就是这层光环,每秒可引发680次土星物质间的碰撞,也就是说,每秒可给土星留下10万个左右的大小土坑。

知识点

土星光环来源:https://www.wzwxpx.com/xwzx/202412-26.html

土星的外表犹如一顶草帽,在圆球形的星体周围有一圈很宽的“帽檐”,那就是土星光环,又称土星环。土星光环由无数形状、大小不等,直径在7?6厘米~9米的冰块组成。土星光环以很快的速度围绕土星运转,在太阳光的照耀下呈现出各种颜色,其直径可达27万千米,厚度为10千米左右。根据地面观测和空间探测,把土星环划分为7层。距土星最近的是D环,亮度最暗;其次是C环,透明度最高;B环最亮;最后是A环。在A环之外有E、F、G三个环,最外层的是E环,十分稀薄和宽广。

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