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还有148天 跟飞行20年的“卡西尼”号说再见

2017-04-20 10:14 来源:科技日报

  美国航空航天局(NASA)的“卡西尼”号探测器已经在太空中旅行了20年,其中有大半时间耗费在了探索土星及其周边空间上。它在那里采集了数不清的科学数据,让人们对土星系统有了更加深入地了解。不过现在,这个探测土星的“老兵”即将迎来燃料枯竭的时刻,并会以撞入土星这种最壮烈的方式与我们告别。

  无数年来,人类一直在探索地球之外的宜居星球。在2017年4月我们发现,真正的“大招”正藏身于太阳系——它就是土卫二。

  虽然不是直接找到了外星生命,但科学家对土卫二上生命必要元素——水、有机物以及能量来源的确认,足以让人欢呼雀跃。这颗星正式“晋级”太阳系最可能存在地外生命之地。

  土卫二早在200多年前就被人类发现,但有能力“发掘”出它宝贵价值的,是美国航空航天局(NASA)的土星探测器“卡西尼”号。

  在过去的13年里,“卡西尼”号兢兢业业地为我们探索着土星系统,按照任务计划,现在距离它的“终场演出”——在土星的怀抱中消殒,只有几个月时间了——今年9月15日,NASA将指挥“卡西尼”号一头冲进土星大气层,正式结束探测使命。

  这是20世纪最后一艘行星际探测的大飞船,也是人类迄今最雄心勃勃的太空探索项目之一。“卡西尼”号带给人类的,其实远不止土卫二这一项财富。

  奇迹从升空那一刻开始 以“智慧曲线”借力飞抵土星

  “卡西尼”号在北京时间1997年10月15日16时43分发射升空,其本身是“卡西尼—惠更斯”号飞船的一个组成部分,主要任务是对土星系进行空间探测,包括环绕土星飞行,对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察等。

  而它最为人称道的,是到达土星前看似“南辕北辙”、实则定位精准的太空借力之旅。

  如果仅仅依靠火箭的推力,想在7年之内飞到土星,那么“卡西尼”号使用的燃料不能少于70吨,这对于当时的火箭来说,是不可能完成的任务。于是,其采用了一种名为“智慧曲线”的办法——借用行星的引力来加快速度。

  升空后,“卡西尼”号先跑到了金星上空,借了两次力后,又围绕地球转了好几个圈子,再添上木星的加力,最后才把目标对准土星。这让它最终“走”了35亿千米,是地球与土星实际距离的2.5倍以上。

  6年8个月的漫长旅行后,“卡西尼”号于2004年7月1日按计划顺利进入环绕土星的轨道。

  以此为起点,“卡西尼”号陆续发现了土卫六上存在湖泊和巨大风暴,在土卫五上发现富含氧气的大气,调查并观测土星上的季节性变化,并在前所未有的极端环境中开展科学探测。它为生活在地球上的人们提供了大量来自浩瀚宇宙的神秘土星的图片,为科学家探索外太空带来了海量素材和珍贵资料。

  职业生涯顶尖成就 揭示土卫二存在生命可能

  2015年,“卡西尼”号正在近距离观察土卫二的南极地区。

  土卫二是土星的第六大卫星,直径约500公里,中心为岩石。土卫二的表面几乎能反射百分之百的阳光,因为距离太阳遥远而极为寒冷,表面被厚厚的冰层覆盖。

  但这次观察令“卡西尼”号惊讶不已,因为它看见呈羽状喷发的冰喷射到了太空。飞船依靠自身搭载的离子和中子质谱仪,分析出当中含有大量氢气分子和二氧化碳——这二者存在的最佳解释是,它们由冰下温暖海洋和海底岩层之间的水热反应产生。

  早在2014年,“卡西尼”号的引力科学成果就揭示了在土卫二厚达30公里至40公里的冰层下,隐藏着一个深约10公里的海洋,而这个海洋的面积与地球上的第二大湖苏必利尔湖相当甚至更大。

  现在的发现进一步暗示,海底热泉的水热反应可以为深海微生物提供能量——这和地球数十亿年前诞生、孕育生命的环境非常相似。

  地球上的科学家由此相信,土卫二上不但存在巨大的海洋,并且受到了冰的保护。这颗星几乎具备了生命所需的所有条件,那些由深海热泉提供能量的微生物,或许就“藏身”海床之中。

  这次发现让土卫二上存在生命的想法更接近现实,也被视作“卡西尼”号职业生涯的顶尖成就。

  载入史册的探索 让土卫六成为地球“时光机”

  “卡西尼”号对土星最大的卫星——土卫六的探测也将会载入史册。

  土卫六“泰坦”是土星最大的卫星,一直位列太阳系最有可能孕育生命的星体榜单前5名之内,因为除地球外,只有土卫六拥有原理与地球水循环相似的所谓“甲烷循环”。迄今,天文学家仍视“泰坦”为最接近地球环境的卫星——从“卡西尼”号发回的图片来看,这颗星球有湖泊、丘陵,甚至雾、霾和雨,与英格兰的天气和地貌很相像。

  2004年,“卡西尼”号释放了“惠更斯”号着陆器。“惠更斯”号进入土卫六的大气层,成为第一艘在太阳系较外侧天体上着陆的飞船,其发现土卫六表面存在液体物质,成分为液态烷烃,与地球早期的模样类似。

  2005年4月,“卡西尼”号发现土卫六外层大气中存在多种复杂有机物。当时探测器掠过距土卫六表面1027公里处,分析设备发现了有机物踪迹,一下子列入“卡西尼”号最激动人心的发现之一。

  2012年7月初,随着探测器一遍又一遍地扫过土卫六,“卡西尼”号采集的数据表明,在这颗被浓雾环绕的卫星厚厚的冰壳之下,拥有一个晃动着的海洋。2015年,科学家们确认,该星球冰层下的确存在一个全球性海洋。

  2016年8月,“卡西尼”号首次确认在土卫六表面流动着液态沟渠,这些陡峭峡谷很像美国亚利桑那州沿科罗拉多河一带。

  正是借助“卡西尼”号,我们乘上了土卫六这艘“时光机”,领略到一个十分贴近早期地球的星体,它让我们见证了地球“从前的样子”,帮助人类揭开自身诞生之谜。

  “绝唱之旅”别样精彩 期待解开土星更多“核心”机密

  2016年11月末,“卡西尼”号开始执行它最后的两个任务。其中一项是变轨飞行,“卡西尼”号要从原先轨道“切换”到土星北极上方并靠近该星球的F环。从2017年4月起,探测器会飞掠F环20次,并在土星和土星环的间隙(约2400公里宽)中绕行22次。

  预计在2017年9月15日,“卡西尼”号将进入土星的大气层,同时为我们发回前所未有的土星大气成分精确数据——但这也是我们和“卡西尼”号道永别的时候,地面会失去和这个探测器的联络,而它会在土星大气的摩擦下,如流星般燃烧殆尽。

  对团队来说,最后这段旅程才是真正惊心动魄。此阶段任务能解开更多关于土星的秘密,包括这颗星球的内部结构、重力场及磁场,“卡西尼”号将不负使命地回传数据,直至自身彻底消陨在土星的怀抱中。

  “卡西尼”号团队曾在网上公布了一段视频,以此向探测器表达敬意。视频由“卡西尼”号拍摄而成,表现了土星在4个土星日(44小时)内大气层的变化,将土星大气中椭圆形的风暴、距土星最近的D环、北极的“大六边形”射流,清晰地展现给世人。其中,土星最神秘“大六边形”的每一个边长,都比地球的直径还要大,令观者无不惊叹。这也是“卡西尼”号给地球留下的永恒礼物。

  终极使命的倒计时已启动,但“卡西尼”号的生命正进入到最辉煌时刻。

(责任编辑:王蔚)

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