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科技日历|22年前,人类最大的探测器开启土星之旅

2019-11-20 12:10:56 作者:匿名 热度:4729

在激动人心的中华人民共和国成立70周年后不久,10月11日,中国航天科技公司毫无预警地展示了我们火星探测器的真实特征,激起了中国人民对“星海”的感情。22年前的今天,人类曾经掀起了探索“星海”的高潮。

1997年10月15日,28个国家联合向土星发射卡西尼-惠更斯探测器,这仍然是人类历史上最大、最复杂的行星探测器。

从1983年开始,美国宇航局和欧空局开始讨论在太阳系外发射探测器的可能性。五年后,他们决定先仔细探索土星,但没有认真探索。

不久,一个由美国领导的来自28个国家的研究小组开始设计和建造卡西尼-惠更斯探测器。

这个名字来自法国天文学家乔瓦尼·多梅尼科·卡西尼(Giovanni domenico Cassini),他是土卫六、四、五、八和土星环形间隙的发现者,也来自美国宇航局开发的“卡西尼”探测器和“惠更斯”着陆器。

“惠更斯”着陆器由欧空局负责,名叫克里斯蒂安·惠更斯(Christian Huygens),荷兰物理学家、天文学家和数学家。他是土星环和土卫六的发现者。

对卡西尼-惠更斯来说,科学家们给了它三个主要任务:

一种是绕土星飞行76次来研究土星及其内部组成。卡西尼轨道器(Cassini orbiter)主要用于测量土星的全球风场及其波动,长期观察土星的云相,确定土星的大气温度场、云特征和成分等。

第二是研究神秘的土星环,并找出它是如何形成的。

第三是检查土星的“大卫星家族”,有31个成员。

卡西尼-惠更斯号高6.8米,宽4米,重5,712公斤,是有史以来发射的最大质量的深空探测器。

同时,它也是迄今为止最复杂的探测器,拥有1630个互连的电子元件、22000个有线接口和14公里长的电缆,以及十多种先进仪器,包括光学遥感仪器、复合红外光谱仪、影像科学子系统、宇宙尘埃分析仪、等离子光谱仪、离子和中性质谱仪等。

由于土星离太阳太远,太阳能电池板要么太大,要么不足以支持探测器到达土星轨道后的运行。所以科学家们给它配备了一个“核电池”——一口气用三个放射性同位素热马达,利用大约33公斤钚238衰变热,通过热马达产生直流电。

1997年10月15日,卡西尼-惠更斯探测器在美国卡纳维拉尔角从slc-40成功发射。巧合的是,它的运载火箭也被称为泰坦。

当时,火箭的推力不足以直接将人造物体送入土星轨道,所以卡西尼-惠更斯在金星的“重力弹弓”效应的帮助下,在1998年和1999年加速了两次(我不知道那是什么,请查阅以前的科普文章)。卡西尼-惠更斯号在2000年受木星引力加速后,终于在2004年到达土星。

“惠更斯号”和“卡西尼号”于12月15日分离,并于次年1月14日成功登陆土卫六表面。土卫六也成为迄今为止人类造访过的天体表面离地球最远的恒星。

在这次任务中,卡西尼探测器在完成其基本任务的基础上取得了许多成就。

2003年10月10日,该任务的科学小组宣布,他们已经成功验证了阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论。根据广义相对论,像太阳这样的大质量物体会引起时空弯曲,导致穿过太阳的无线电波束(或光,或任何形式的电磁辐射)的速度变慢(称为夏皮罗时间延迟效应)。

在此之前,维京号和航海家号太空探测器分别做了这样的实验,两者都获得了与广义相对论计算结果一致的结果,误差在千分之一以内。然而,卡西尼的实验将误差降低到1/51000,这有力地支持了广义相对论。

2005年,在卡西尼对土卫二的第一次近距离观测中,发现其南极冰裂缝中的冰晶正在猛烈喷射,打破了科学家以前对土卫二是一颗稳定的覆冰卫星的理解。土卫二已经成为太阳系中第四个被证实有火山活动的天体。

2006年7月21日,卡西尼的雷达图像首次揭示了土卫六北半球直径约100公里的碳氢化合物湖泊的存在。这是第一次在地球以外的星球上发现湖泊。

2008年3月12日,当卡西尼号靠近土卫二时,发现土卫二也含有复杂的碳氢化合物。根据相关数据,美国宇航局在2014年宣布,Enceladus冰下有一片液态盐水海洋,其中的有机物极有可能孕育生命。

此外,它还在2004年至2009年间发现了土星的7个新月。

经过20年的努力,卡西尼在2017年以惊人的方式结束了他的生命。从2017年4月26日起,“卡西尼号”将不得不穿越土星和土星最内环之间2400公里的间隙22次,并在第23次坠入土星高层大气。在与大气的激烈摩擦中,卡西尼将变成明亮的流星,落到土星表面。

即使在秋天,卡西尼也将高频天线指向地球,并将珍贵的土星大气数据发送到地球,直到它化为灰烬。

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