“卡西尼”号给我们留下了什么 盘点其重大历史贡献

美国宇航局(NASA)官网1月26日消息,已绕土星近12年的“卡西尼”号探测器在任务终结前夕有了新的任务。它将改变轨道,离开现在土星环所在的轨道面。

12年的外太空之旅,“卡西尼”号为生活在地球的人们提供了大量来自浩瀚宇宙神秘的土星图片,为科学家探索外太空提供了大量素材和珍贵资料,在“卡西尼”号即将结束它的使命之际,让我们来共同回顾那些关于它的“最美记忆”。

最后的谢幕:这一年“卡西尼”号传回的将非常壮观

来自NASA的消息称,“卡西尼”号变轨后将不再返回土星环平面上的轨道。在经历多次变轨后,它将逐渐进入倾斜于土星赤道面的环绕轨道。

去年12月19日,“卡西尼”号对土卫二进行了最后一次近距离飞掠。之后它将继续回传数据并预计于2017年9月15日结束13年的使命,在土星的怀抱中消殒。在今年11月晚些时候,它还将飞掠土星南北两极,并会在穿越赤道面的过程中接近土星环最外的F环。

“卡西尼”号是在2015年春进入土星赤道面环绕轨道的,随后它在这个轨道上多次近距离接近土星的冰卫星:土卫二、土卫五、土卫七,这也是“卡西尼”号在结束任务前最后几次近距离飞掠这些卫星。“卡西尼”号将在这条轨道上运行20圈,并22次穿越最内圈的光环,之后它将在2017年9月15日冲进土星大气层结束任务。

“卡西尼”号任务科学家琳达·斯皮尔克(Linda Spilker)介绍说:“随着‘卡西尼’号飞抵高度倾斜的环绕轨道,接下来将是研究土星、让人激动的一年,相信这一年‘卡西尼’所传回的将是非常壮观的。”这将是它的“谢幕表演”。

最激动人心的发现:多种复杂有机物的踪迹

2005年4月25日,美国宇航局喷气推进实验室说,“卡西尼”号飞船在最近一次飞过土卫六时,发现其外层大气中存在多种复杂有机物。同一天,位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室发表一份声明说,4月16日,“卡西尼”掠过距土卫六表面1027公里处,它搭载的离子和中子质谱仪发现了多种复杂有机物的踪迹。

科学家初步分析,其中既有长达7个链节的直链碳氢化合物,也有包含氮的烃类有机物。负责“卡西尼”号飞船上质谱仪的首席科学家亨特·怀特说,此前人们已经知道土卫六大气主要由甲烷和氮组成,而这两种物质在紫外线或是宇宙高能粒子辐射下,可能生成更加复杂的有机物。

而去年的一项新发现让有机物的研究可以更进一步。2015年11月,美国宇航局公布“卡西尼”号探测器拍摄到土卫六南极附近出现的怪异云团,其位于土卫六的平流层之中,内部成分为冰冻化合物。卡西尼探测器拍摄到的云层位于土卫六300公里的高度,在2012年首次出现。此次是在冬季快要来临时发现冰云,通过探测器上的红外热成像仪的数据,冰云出现在300公里的高空中,这是土卫六南极气候变化的写照。

在土星大气层外围,复杂有机物一旦生成就会被“冻”住,变成“雨”或“雪”降落在土卫六表面。而“卡西尼”号的新发现表明,有机物的形成和存在可能有更复杂的机理。

冰层下的全球性海洋

2012年7月初,随着探测器一遍遍地扫过土卫六这颗土星最大的卫星,“卡西尼”号采集的数据提供新的证据,表明在这颗被浓雾环绕的卫星厚厚的冰壳之下,拥有一个晃动着的水的海洋。但科学家指出,这并不意味着土卫六上存在生命形式。

2014年科学家们曾通过强有力的证据证明该区域存在局部的地下海洋,而2015年他们修正了一下观点,确认该星球的冰层下存在一个全球性的海洋。

土卫五上的氧离子

2014年9月,“卡西尼”号轨道探测器在飞越土卫五北极的一次探测中发现,土卫五存在大气,经“卡西尼”质谱仪分析,确认其中含有氧气和二氧化碳。美国研究人员发现,土星第二大卫星土卫五其中氧气含量占大约70%,二氧化碳占30%。这是研究人员首次在土星的卫星上发现富含氧气的大气。

在地球上,复杂有机分子被认为是生命形式出现的早期阶段,比如被称为生命起源前的混合物。而氧离子则被认为是生命进化史的重要里程碑。

“卡西尼”号对土星的卫星上的氧离子和有机物的发现给了科学家进一步探究地球生命起源提供了丰富的例证。

最怀旧的探测:随“时间机器”去“45亿年前的地球”

“惠更斯”号探测器是首个在月球以外的一颗天然卫星上登陆的人造探测器,于2004年12月24日正式脱离“卡西尼”号,开始了奔向土卫六的长达400万公里的行程。经过20天的长途跋涉,探测器于2005年1月14日穿过土卫六外围大气层,展开降落伞着陆。

“惠更斯”号在着陆后与环绕土星运行的“卡西尼”号探测器进行了近十分钟的联系,最终因电池耗尽而结束了历史使命。

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。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。”

最“省钱”的旅行:引力加速 大家都来帮帮忙

“卡西尼”号在北京时间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,并要求它在7年之内飞到土星,那么使用的燃料绝不能少于70吨,这对于当时的火箭来说,是不可能完成的任务。因此,“卡西尼”号借用行星的引力来加快速度。

“卡西尼”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”号在距地球1171千米处飞掠,被地球引力再次加速。

“卡西尼”号第二次离开地球后,才飞往太阳系的外层。2000年12月,它在距木星约1000万千米处飞掠,获得了木星引力的加速。这时,它的速度超过了每秒30千米。然后,它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”号由于采用了迂回的飞行路线,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。

延伸阅读

大有来头的名字

400多年前,意大利科学家伽利略在人类历史上第一次把望远镜对准了天空中的星星,把古老的天文学推进到了一个全新的时代。伽利略在用望远镜观测土星的时候,发现土星的圆面两侧有好像人耳朵一样的东西。1659年,荷兰科学家惠更斯在经过更精细的观测之后确定,土星的这两个像耳朵一样的东西,实际上是连在一起的,是一个环绕土星的扁平圆环。

卡西尼出生在意大利,后到法国,担任巴黎天文台首任台长。1675年,他在对土星光环进行观测时,发现在这个光环的中间有一条黑暗的缝隙,把光环分为内外两部分。后来,天文学家就把这条缝隙称为卡西尼环缝。

1989年10月18日,美国和欧洲合作发射了“伽利略”号太空探测器。1995年12月7日,“伽利略”号进入绕木星飞行的轨道,开始对木星和木星的四颗大卫星进行科学研究。当年,正是伽利略用望远镜发现了这四颗木星卫星。把太空探测器取名为“伽利略”号,就是为了纪念伽利略的这一发现。

受到“伽利略”号成功的鼓舞,美国和欧洲进一步合作,又研制了一个飞向土星的太空探测器,并且为了纪念卡西尼当年发现土星光环的环缝,就把这颗太空探测器取名为“卡西尼”号。

让人着迷的土星环

土星最让人着迷的便是美丽的土星环,其结构极为复杂。

人们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环和B环之间就是著名的卡西尼环缝,缝宽约5000千米。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。

这些环每一层可细分成上千条大大小小的小环,即使被认为空无一物的卡西尼缝也存在几条小环。土星环的整体形状类似一张巨大的密纹唱片,从土星的云顶一直延伸到32万千米远的地方。光环的颜色远看是红棕色,其实每层都稍有不同,C环是蓝色,B环内层为橙色,外层为绿色,A环为紫色,卡西尼缝是蓝色的。

加载更多>>
责任编辑:于会莹
专题 更多>>
评论 更多>>

奖励与科研资助不能混为...

6月30日,四川农业大学水稻研究所陈学伟团队因为一篇发表...

人工智能会“抢”走人类...

如今,人工智能不仅会下象棋、围棋,还在分发邮件、工业...

谷歌遭重罚警示了谁

近日,欧盟对互联网巨头谷歌的一纸罚单,引发业内震动。...

“复兴号”背后的科技强...

6月25日,由中国铁路总公司牵头组织研制、具有完全自主知...

快递派送费集体涨价令人...

快递派送费该不该上涨或者该上涨多少,这是一种市场选择。...

独家编译 更多>>

美国科学家发现核废料清...

华盛顿州立大学一项有关锝-99的化学研究,提升了我们对这...

研究含尘空气,对于当地...

了解阿拉伯地区大气特征,对于全球研究都有益处。污染、...

全球变暖背景下,如何为...

在全球变暖的背景下,科学家和政策制定者正在研究如何为...

无人机将是植物育种学家...

在一项新的研究中,在对潜力品种的测试里,无人驾驶飞行...