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卡西尼-惠更斯号

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发表于 2017-9-16 09:50:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 youke 于 2017-9-16 10:02 编辑

土星,它是中国古书里的镇星,罗马神话里的农神Saturnus, 希腊神话里周四的父亲 Kronos,巴比伦神话里的尼努尔塔,印度神话里的沙尼.....

早在公元前,世间各国的观星者,就已注意到了天空中的五颗特殊的星星....

与周围其他位置相对不动的恒星不同,这五颗,位置飘忽不定,似乎依照这各自特定的规律,在天庭中运行.....

而土星,正是这5颗星中的其一。

1610,伽利略...
那个年代,伽利略第一个发明了望远镜.....
他迫不及待的把目光移向了这几颗行星...
一次次的观测下,
土星,成了这其中最特别的一颗...

他写到
“土星不是一个单一的星球。 我发现它由三个部分组成... 这些部分似乎相互接触,却又没有相对运动... "
受到当时他望远镜太小的限制,他并看不清土星的细节....
只能写到...
“这是一颗有耳朵的行星..... ”
而也是这个“耳朵”,让当时博学的伽利略都困惑不已.....
1612年,土星环侧面朝向地球... 地球上很难看到...
伽利略困惑的写到:“耳朵消失了,这,难道是土星吞掉了它的孩子?”(当时希腊神话里土星的代表神农神为了防止他们的子孙造反夺权,会吃掉自己的孩子)
然而1年后,光环转向地球,伽利略又一次看见了环,这让他更加无比困惑.....

1655,惠更斯...
伽利略之后的几十年,一个叫惠更斯的荷兰物理学家,研究了透镜成像的相关物理原理....
终于,他制成了一台更好的望远镜....
又一次,他把目光瞄向了土星...
终于,土星的神秘“耳朵”之谜终于解开....
那,是一个环....
环绕土星的一个圆环.....
圆环的发现,让更多的科学家关注土星.....
1675,卡西尼...
这一年,另一个科学家发现,土星的环并不是一个整体,而由很多更小的环组成,中间有一道很大的缝....
发现这个的科学家,叫卡西尼....
他发现的这条土星光环上的缝,被人命名为卡西尼缝...
也就是天文爱好者口中的卡缝.....

接下来的几百年...
人类社会迎来了科学大爆发的年代....
玻璃的革新,光学的革新...
人类的望远镜越造越好,
让人从未停止过对这几颗特别的行星的探索....

大点,再大一点!
在地面的望远镜里....
土星越来越清晰,

大点,再大一点!!

火箭发明了,
太空技术革新了,
我们终于意识到,
我们不但可以在地球上看这些行星,
甚至可以向他们发出宇宙飞船,
直接飞到他们跟前去看它们......


阿波罗登月,随着月球的探索成功,
人类雄心勃勃,
冲出地球,向太阳系的其它行星进军!

我们有了“水手”,“海盗”,“探路者”.....
我们飞向了水星,金星,火星,木星.....

但是我们自然不会忘记,
这个腰缠光环的土星....
这些年来,我们已经发过去了好几个匆匆过客...


先驱者11号,拜访木星,经过土星....
利用土星加速,带着人类的信息,离开太阳系....
匆匆看你一眼...

旅行者1号,拜访木星,拜访土星...  
观测时发现土星的一颗卫星泰坦上有浓密的大气...  
为了进一步看清泰坦,旅行者1号放弃了原先的任务.. 进一步观测泰坦.. 最终受到引力影响,改变了轨道,加速飞离太阳系... 成了第一个离开太阳系的人造物体。


旅行者二号,一路看了木星,土星,天王星,海王星...
旅行者二号带着更好的相机....
这又让我们看到了更清晰的土星....


然而,这一切的一切,都成了土星的过客..  
他们不以土星为探索目标,
路过,
看你一眼,
即走.....

它们一个个的路过,
带来一个个想深入却不能深入的发现,
让人类对土星更为痴迷...
一定要弄清土星这颗神秘的星球.....

那么,
我们不如派一艘飞船,常驻在那里吧!

这艘飞船,

就是今天我们故事的主角,卡西尼-惠更斯号 -- 人类向土星发射的旗舰级深空探测器....

[img=430, 600]http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/ur8ldomcUppRk8A2CXRccrUKvvW2FZuhAG04FBXM44N5rwA0CAMGAxiawgct1kGVicwArKiaibfFW26iaNatI5icKUTw/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1[/img]



1989~2004 飞向土星

1989年,

这一年,可能很多人才刚出生....

也是这一年,卡西尼项目最终通过得到资金支持....

从某种意义上来说,卡西尼可能跟你同龄......


参与这项计划国家多达17个,卡西尼成为人类进入空间时代以来最激动人心的大型国际合作课题之一…

在耗费了10年时间,耗资32亿美元的费用之后,卡西尼终于圆满成型…

他直径3米,高7米,重6.4吨,携带了27种当时最先进的科学仪器设备,设定服役年限是11年....


1997年10月15日,承载人类探索第二家园希望的卡西尼-惠更斯号从美国卡纳维拉尔角空军基地发射升空...

[img=430, 430]http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/ur8ldomcUppRk8A2CXRccrUKvvW2FZuhD5XIrcqSEKYVQECXwXX92wpSww8PMopJiahwia5N3mALJknRmwNiaXnYA/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1[/img]

升空,它走了整整7年.....

绕过金星,地球,绕过木星加速....

2004年7月1日,卡西尼终于飞抵土星轨道,并顺利进入轨道开始环绕!!!

这距离他出发已经过去了整整7年,然而他的使命,才刚刚开始....


才到就捅出了个大发现
刚到土星,卡西尼迫不及待的,把镜头对向了土星.....
2004年,人类第一次这么近,这么清晰的,看到了这颗星球....

然而我们的探索心,

不止于此.....


2004-2005,卡西尼一圈圈缩小自己的轨道

它把镜头对准了土卫二, 恩克拉多斯Enceladus....


对于科学家来说,土卫二是颗神奇的卫星....

英国天文学家威廉.赫歇尔早在1789年就发现了它,然而多年来,人们对土卫二始终了解甚少....


人们只知道土卫二是一个被白色物体覆盖的卫星,

它非常白,

异常的白,

在阳光的反射下,

甚至白得刺眼....

因为奇特,所以我们想研究...

而也正是在研究的过程中,

2005年卡西尼号拍摄土卫二的南极影像的时候,却发现不得了的东西...

那像火山喷发一样喷出来的是啥?!

这成了当时的大发现...

这让它成了第四颗被证实存在火山活动的太阳系天体...

既然发现了不得了的东西,

那不如让我们飞的近一点,

再近一点...


在接下来的几年里,科学家几次专门针对Enceladus改变卡西尼的轨道,让它一次次从Enceladus上空飞过....

100公里,500公里,50公里,25公里.....


既然我们都已经飞的这么近了,

不如直接从喷出的羽流物质中飞过..

让卡西尼上的科学仪器分析喷出的究竟是啥....


结果让所有人都大吃一惊!

那竟然....

是水!喷出的是水!


不但有水,还有甲烷,一氧化碳,二氧化碳和一些其他的有机成分....

科学家们再进一步观测分析后发现,土卫二的冰层下面,是暖的....

在冰壳下,

这里有着液态水,有着一个全球性的,巨大无比的海洋!!

这些海洋的平均厚度达到了10公里...

2017年... 在一次分析里,科学家找到了氢原子.....

这填补上了能构成生命的最后一个元素....

氢,水,二氧化碳,有机物....


如果这冰下海洋中存在着生物——至少是微生物,那么他们就可以通过将氢气和水中的二氧化碳结合来获得能量,也就是说,这已经具备了微生物生存的基本条件!!

除此以外,海洋的底部还发现有水热活动,存在着海底热泉...

这一切的一切,都指向一个让人无比兴奋的结论——土卫二,一瞬间成了地球外最有希望孕育生命的太阳系星体之一......

[img=430, 430]http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/ur8ldomcUppRk8A2CXRccrUKvvW2FZuhGb1xcmylhibiaiatoTKX3AxE93SMtfdXSNlppdevrEM4YlELzAgdiaXlqg/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1[/img]

用NASA的话说:“这里,具备生命所需的全部条件!”

这几乎成了卡西尼号最重要的发现......




看清那团混沌


从2005年到2009年,卡西尼通过多次变轨,为的是探索土星家族另外一个无比重要的对象——土卫六泰坦Titan...

这是卡西尼在出征前的主要使命之一.....

因为,

泰坦,早就被人类看好能成为地球以外第二个家园的目标之一!!


然而很多年来,

泰坦这颗卫星,一直困扰着科学家...


看不清!!

就算从上空飞过也看不清!!

土卫六泰坦上有厚厚的大气....

虽然它有着固体的表面,

可我们却从来不知道这表面上究竟有什么....

上空这层大气实在是太厚,
厚的我们完全看不透这层混沌.....
这层厚厚的云气究竟是什么?
和地球的大气层对比,有什么区别? 跟地球的环境会很像么?
这些云下究竟有什么?
能产生生命么?

那么,

既然看不清,

我们就上去看啊!!


这,成了卡西尼此行的另一个主要使命....

派出个小弟,穿越泰坦的云层,到泰坦上实地去看看,那里究竟是怎样的!!


而这个派出去的小弟,就是惠更斯号探测器.....

卡西尼-惠更斯号上的土卫六探测器惠更斯与卡西尼分离,向土卫六泰坦(Titan)前进....


没错,所谓探索,

不就是近一点,近一点,

再近一点,

看的更清一点的过程么...


这一系列的照片....

我们从惠更斯的眼睛里,

跟收到了我们一步步看清这颗混沌的整个过程

从逐渐接近....
到慢慢减速...
开始下降...
终于穿越云层...
慢慢看清表面!!
下降过程中,
一步步的看清上面的山脉...
惠更斯也在马不停蹄的,把看到的一切传回地球.....

如果那上面有生命的话,他们也许会看到,慢慢太空中,飞来一个拖着长尾巴降落伞的碟状物... 慢悠悠的,降落在这个星球上....

(艺术家想象图)

2005年1月14日,惠更斯号探测器在泰坦上顺利着陆...

90分钟后,惠更斯便电池耗尽,永远停止了工作...

第一位探索土卫六的勇士牺牲了,但惠更斯依然是伟大的。

惠更斯在牺牲之前传回的土卫六泰坦的地表图片

[img=430, 430]http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/ur8ldomcUppRk8A2CXRccrUKvvW2FZuhm9GSPUiaOdxibrl5Sib1oet79vuIZNGTEMdNgvDHibK1cgxN7FqZtWc2sQ/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1[/img]

我们看到了一个个的的小圆石... 有可能由冰或者烃类组成...

就像是地球上的鹅卵石一样,像是经过河流冲刷的痕迹....

而测量结果,上面异常的冰冷...  想要现在孕育生命,应该很难...


失去了战友的卡西尼只能孤军奋战,但他没有放弃对土卫六的探索,他继续踏上征途...

记下来的十多年里,卡西尼无数次的飞跃泰坦上空...

这下面里的每一条线,都代表着每一次飞跃....

每一次飞跃,卡西尼上的不同仪器都在扫描着泰坦...

就这样,

把你看个透!


红外像机向我们展现出土卫六表面朦胧的景色,

能穿透云雾的雷达则提供了更清晰的图像,

它的离子和中子质谱仪发现了土卫六上有复杂的碳氢化合物,有机物的踪迹。


尽管科学家们推测土卫六上不大可能发现生命,但从卡西尼和惠更斯传回来的地表特征来看,土卫六其实和早期地球环境非常类似

科学家们兴奋地将泰坦称为“镜像地球”!!


这上面有降雨,有河流,湖泊,海洋...

(想象图)

土卫六北极附近存在3个巨大的湖泊...

不过,让人稍稍失望的是,上面海洋的成分不是水,而是液态甲烷...

(蓝色部分为海洋)

[img=430, 430]http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/ur8ldomcUppRk8A2CXRccrUKvvW2FZuh1EkxxGvZ5qwA78ic1oelHcRoQ20BMeFV1yribKHwSqT6S1pFZo6p3ibnA/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1[/img]

而泰坦上最最重要的发现,便是在离地面1000公里的大气中,发现了有机大分子。要知道,大的有机分子很可能就是生命起源的过渡产物!!

这些发现已经让NASA无比振奋了:

“从很多角度来看,它是我们迄今为止找到的最类似地球的天体之一。它有着厚厚的大气层,且成分中富含有机物。土卫六就像几十亿年前仍处于冰冻状态、大气中还未出现氧气的地球。”

泰坦也是太阳系唯一一个表面已知有液态海洋、湖泊的一个天体


至于能不能出现,或者是否已经有了基于甲烷的生命形态...那是等待进一步探索的秘密...


之后,卡西尼又经历了多次变轨,这一段时期,他还顺带观测和发现了土星家族的其他卫星...

2007年9月10日,卡西尼经过土卫八Iapetus...

这颗卫星的奇特外表引起了科学家们的好奇,土卫八有一张“阴阳脸”,它半边雪白,另外半边却几乎漆黑一片...

并且,它还拥有一个奇特的环绕球体的半圈的赤道脊...

我们看到了各种形状各异的卫星....

卡西尼一路探寻,终于在土星那多达60多颗卫星中,为人类寻找到了两颗最有希望的地外家园——土卫六泰坦和土卫二恩克拉多斯!


土星自己呢?

2010年,卡西尼再次变轨...

进入了一条拉长的轨道......

结果又发现了不得了的东西... 这一次,是土星!!

2010年下半年,土星北半球升起了一片巨大的风暴....

它拖着一个长达19万公里的尾巴,这个尾巴最终拉长环绕了土星一圈,和白色的风暴眼首尾相连起来!!

这是人们有史以来见过的最剧烈的土星风暴,科学家推测它是季节性出现的,一般在土星的春天和夏天...

从这个风暴开始...


最强...
到逐渐消退....
消失...

卡西尼一直待在这条轨道上.....
看完了整场风暴......

卡西尼这才进一步挪窝,变轨继续去探索新的方向...

也正是这一系列变轨,让卡西尼有机会躲到土星后面去...

从另一个角度,回看土星.....


2013年7月20 日,卡西尼拍下了下面这张大概是卡西尼最著名的照片...

太阳躲在了土星的背后,从背后照亮了这整个光环....

[img=430, 430]http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/ur8ldomcUppRk8A2CXRccrUKvvW2FZuhvgJyf2uic3jI3RC0jibrfOSYfqibAxx1xLeeWTW8YFdPTPLNgaMP6FqaA/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1[/img]

这一天,被NASA称为“地球微笑日”,

这一天,NASA预告了拍摄这张照片的时间...

号召全世界的人在这个时间点上对着土星挥手微笑,


因为这一天,卡西尼从12亿公里之外的土星给地球拍照...

地球和人类,笑一笑,卡西尼从土星给各位拍照了...

想知道自己在哪儿吗?右下角那个小点,便是我们的家园..

继续放大一些,你还能看到地球旁边那个不太亮的白点,那是月球...



横着看完了,我们从上面看看土星呢?

2013年10月8日,卡西尼继续变轨,这一次,他有机会绕道土星的上方,从俯瞰的角度拍摄土星和土星环...

这一次,他拍到了无比清晰漂亮的土星和土星环...

早在之前,

我们就已经知道,

土星的北极有一个巨大的风暴圈....


直到卡西尼,

我们才真正发现了这个风暴圈的诡异之处...

与地球的圆形风暴不同,

这个风暴,居然是一个完美的六边形!!

换个角度看得更清楚...

这个六边形的直径比地球还要大3倍以上.... 过去几十年来一直在北极持续着....  为什么是六边形?

为什么只在北极才有六边形?

这又成了我们未来要解决的谜团.....



它的发现,成了自己的遗嘱....

2017,壮丽终章


2017年,卡西尼号迎来他的“壮丽终章”(Grand Finale)——他要撞向土星,烧毁自己...

为什么?

如果你看了前面,你就会知道....

卡西尼任务最大的意外发现,就是发现在土卫二恩克拉多斯上有温暖的液态水喷出,下面有液态水海洋,海洋里有有机物,有二氧化碳和氢,有孕育生命所需的一切元素!!

也正是这样伟大发现——成了卡西尼的遗嘱...

经过多年的变轨,
卡西尼携带的燃料即将耗尽...
如果燃料耗尽,卡西尼将成为太空中的孤魂,
一个再不受人类控制的太空探测器...
万一,未来在各种太空引力的作用下,
卡西尼撞向恩克拉多斯,
万一坠到冰层上,陷入冰层,进入恩克拉多斯冰层下温暖的盐水海洋中....
万一,在发射前在上面遗漏了哪怕一个小细菌...
万一,这哪怕一个小细菌,在恩克拉多斯的温暖海洋里存活......

万一,几百上千年后的未来...
当未来的科学家们兴奋的宣布在恩克拉多斯的海洋里终于找到了生命.....
却不小心发现我勒个去这不是当年从地球上带来的霉菌么??

我们承受不了那么多的万一....
为了防患于未然,只好让卡西尼还能被控制的时候,主动让他冲向土星.... 这个确定不太可能有生物的气体行星...
在土星上完成自我销毁....



科学家终于启动了最终序章的任务....

在最后的旅途里,卡西尼也将走向一条最危险的轨道...

从土星光环和土星中间穿过,用最近的距离观察土星和光环!!

这成了最后一段旅途上,卡西尼要站好的最后一班岗...

这一次,他能清楚得看见那些离土星特别近的,尺寸非常小的卫星...

如这个无比平滑的土卫十五Atlas...

像个核桃一样的土卫十八Pan....

他躲在土星环的轨道上,像一个调皮的小孩...

还有土卫三十五Daphnis....

他也躲在土星环里,尽管质量非常小,却仍然因为造成土星环的微弱波动而被发现...


他是如此之小,我们可以想象,

如果有一个人坐在Daphnis上,在漫天星斗的背景中沿着土星环遨游,该有多么惬意~~


从2017年9月11日,卡西尼将在多次变轨后,最后一次飞向土星,

这一次有去无回,再无退路....


今天的美国东部时间9月15日,超期服役了9年,为人类做出无数贡献,却也脆弱不堪的勇士卡西尼探测器即将冲向土星地表,开始他“壮丽终章”的最后时刻...


他将飞速坠入土星厚厚的大气层...

在下降的过程中...
它的几个小引擎会竭尽全力让卡西尼竖直,
让它的天线对准地球....

同时让卡西尼上的科学仪器全力工作,

在这短暂的瞬间,最后一次为地球传输关于土星大气的各项数据....


他会在高速飞行中燃烧,他将在躯壳分崩离析时奋力一搏,向地球传回最后的讯号...


大气越来越厚....

最后他的推进器再也无法提供足够的推力让它的天线指向地球...

我们跟它的联系中断...

而中断前卡西尼发出最后的信号,需要83分钟才能到达地球....

等我们接收到时,它早已化身土星上的尘埃...


就在刚刚,

NASA直播里.....

深空检测网络的天线火力全开...

科学家们一直检测着它发回来信号....


那个小小的波峰,成了卡西尼依旧在工作的回音....


北京时间7点55分....  X波段信号中断....


几秒种后...
S波段的信号也开始急剧减弱...


7时55分46秒....
控制室里一片宁静....

20年,

79亿公里,

45万张照片,

635GB的科学数据...

卡西尼的心跳,停止在了这一刻.....


近一点,大一点...

再近一点,再大一点...

我们对宇宙发出各种探测,

扩展我们的认知,


所谓探索,

不正是这样的么....



ref:
http://www.nationalgeographic.co ... -grand-tour/#smiled
https://saturn.jpl.nasa.gov/the- ... from-cape-canaveral

https://saturn.jpl.nasa.gov/mission/grand-finale/overview/
http://blog.sciencenet.cn/blog-677221-1022147.html
https://saturn.jpl.nasa.gov/syst ... e_Saturn_System.pdf
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