最后的戰(zhàn)役 “卡西尼號”傳奇旅程進(jìn)入倒計時

尹懷勤

就在2017年5月7日，美國國家航空航天局的土星探測器“卡西尼號”再次傳回了一組令人驚嘆的照片，它在進(jìn)行俯沖任務(wù)時拍攝到了土星最大衛(wèi)星——“土衛(wèi)六”夏季的奇異云層。

2017年是“卡西尼號”航天器傳奇旅程的最后一年，這篇傳奇的科學(xué)史詩終將在2017年9月畫上句號。自從美國國家航空航天局于1997年用“大力神-4B”運(yùn)載火箭將“卡西尼號”發(fā)射升空，在正式進(jìn)入環(huán)繞土星轉(zhuǎn)動軌道的13年里，它兢兢業(yè)業(yè)地探索土星及其衛(wèi)星系統(tǒng)，獲得了許多科研成果。

計劃任務(wù)內(nèi)的出色表現(xiàn)

在發(fā)現(xiàn)“土衛(wèi)六”可能存活低級生命之后，“卡西尼號”又發(fā)現(xiàn)了“土衛(wèi)二”和“土衛(wèi)四”似乎都有地下海洋，里面充滿了液態(tài)水，內(nèi)部具有一定的能量，可能孕育和存在低級生命，這都引起了人們的關(guān)注。“卡西尼號”探測器獲得的這些重要成果，增加了人類知曉的太陽系可能存活生命的天體數(shù)量（想了解更多，請閱覽《科學(xué)大眾-中學(xué)生》2017年1-2期《“土衛(wèi)四”貼上新標(biāo)簽：疑似存在生命的星球之一》）。

“卡西尼號”探測器傳回的觀測數(shù)據(jù)還揭開了土星光環(huán)的身世，原來它們在數(shù)億年前曾是土星的衛(wèi)星，最終發(fā)生分解并演化為現(xiàn)在的帶狀結(jié)構(gòu)，較寬的光環(huán)其實是由許多狹窄的小環(huán)組成的。現(xiàn)在，那些曾經(jīng)的衛(wèi)星已演化為體積相對平均的小石塊、灰塵和氣體，還有直徑從幾厘米到幾米的冰塊和雪球。根據(jù)地面和航天器空間觀測結(jié)果得知，土星環(huán)系的總寬度超過20萬千米，而最大厚度卻不超過150米。巨大的光環(huán)使土星成為太陽系里一顆非常美麗的行星。同時，“卡西尼號”還新發(fā)現(xiàn)了多個環(huán)繞土星運(yùn)行的衛(wèi)星。

終場演出任務(wù)卡：“卡西尼夏至任務(wù)”

“卡西尼號”是美國國家航空航天局用于探測土星及其衛(wèi)星的探測器，原設(shè)計工作壽命為4年，哪料其至今仍處于良好狀態(tài)。它于2008年6月完成了首次為期4年的土星探索任務(wù)，并在2010年9月完成了首次名為“卡西尼春分任務(wù)”的延長任務(wù)。之后，該探測器還開展了第二次名為“卡西尼夏至任務(wù)”的延長任務(wù)。土星的夏至點為2017年5月，此次任務(wù)也因此而得名。

按照任務(wù)計劃，終場演出已經(jīng)啟動，“卡西尼號”的生命正進(jìn)入到最輝煌的時刻。2016年11月30日，“卡西尼號”探測器已開始執(zhí)行它的最后兩個任務(wù)。其中一項是變軌飛行，即將“卡西尼號”的發(fā)動機(jī)點火，調(diào)整姿態(tài)，從原先軌道切換到土星北極上方并靠近該星球的光環(huán)，2016年12月4日“卡西尼號”執(zhí)行首次飛掠土星光環(huán)的機(jī)動任務(wù)。

當(dāng)“卡西尼號”穿越土星光環(huán)結(jié)構(gòu)時，其搭載的設(shè)備持續(xù)對周圍空間的微粒和氣體樣品進(jìn)行分析，并獲取了靠近光環(huán)運(yùn)行、體積非常小、平常難以拍攝到的微小衛(wèi)星的極佳圖像。“卡西尼號”在2016年12月5日首次成功穿越土星光環(huán)結(jié)構(gòu)時，其距離土星云層頂部大約9.1萬千米，這一位置是土星光環(huán)的薄弱環(huán)節(jié)。按照計劃，“卡西尼號”還在更近的距離上對這一光環(huán)進(jìn)行了觀察。其間“卡西尼號”在極其靠近土星的位置從土星環(huán)的平面穿越而過，每7天一次。這一任務(wù)階段持續(xù)到2017年4月22日，“卡西尼號”共計完成20次掠環(huán)軌道飛行。“卡西尼號”現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入一個未知領(lǐng)域：成為有史以來最近距離觀看土星光環(huán)和其衛(wèi)星們的航天器。它會探索在環(huán)內(nèi)以及環(huán)附近繞轉(zhuǎn)的許多小衛(wèi)星，包括“土衛(wèi)十七潘多拉”“土衛(wèi)十五亞特拉斯”“土衛(wèi)十八潘以”及“土衛(wèi)三十五達(dá)佛涅斯”。

此后，“卡西尼號”的相機(jī)于2016年12月2日和3日又拍攝到土星大氣層的最新照片，展現(xiàn)了土星北極的神秘六邊形。在此之前，“卡西尼號”就調(diào)查研究了土星上那個又怪又大的六邊形高速氣流的起源。土星北極的巨大六邊形渦旋已經(jīng)困擾了科學(xué)家近30年，該六邊形渦旋的寬度約為32187千米，旋轉(zhuǎn)速度與土星繞軸旋轉(zhuǎn)的速度相同。目前，科學(xué)家認(rèn)為該渦旋可能是由風(fēng)的運(yùn)動所導(dǎo)致的。新的照片又一次表明，六邊形是北極上空的云層紋路，極可能是風(fēng)速的巨大差異導(dǎo)致的。

傳奇旅程的最后一年

“卡西尼號”探測器完成飛掠寬度約為804千米的土星光環(huán)20次之后，從2017年4月27日起，開始執(zhí)行另一項任務(wù)，就是在土星本體和土星內(nèi)環(huán)約2 400千米寬的間隙中繞行22次。預(yù)計在2017年9月15日，“卡西尼號”將進(jìn)入土星的大氣層，同時發(fā)回前所未有的土星大氣成分精確數(shù)據(jù)資料，這也是人類和“卡西尼號”永別的時候。它會在科學(xué)家的遙控指令下墜入土星大氣燃燒殆盡，以防失控后墜落在土星衛(wèi)星上，使探測器上可能攜帶的微生物污染其環(huán)境，干擾后續(xù)研究。“卡西尼號”團(tuán)隊認(rèn)為，這段旅程才是真正驚心動魄的決戰(zhàn)，探測器將工作到最后一刻。科學(xué)家們收到此階段任務(wù)發(fā)回的數(shù)據(jù)資料，經(jīng)分析研究后，能解開更多關(guān)于土星的秘密，包括這顆星球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、重力場及磁場等情況。“卡西尼號”將不負(fù)使命地回傳數(shù)據(jù)資料，直至自身徹底隕落在土星的懷抱中，猶如探測木星系統(tǒng)的“伽利略號”于美國東部時間2003年9月21日最終墜入木星毀掉一樣。

相信“卡西尼號”的最終之旅，一定能夠在人類深化對土星的認(rèn)識方面譜寫新的華章！

（責(zé)任編輯：司明婧 責(zé)任校對：曹偉）endprint