最后的戰役 “卡西尼號”傳奇旅程進入倒計時

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，它在進行俯沖任務時拍攝到了土星最大衛星——“土衛六”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”運載火箭將“卡西尼號”發射升空，在正式進入環繞土星轉動軌道的13年里，它兢兢業業地探索土星及其衛星系統，獲得了許多科研成果。

計劃任務內的出色表現

在發現“土衛六”可能存活低級生命之后，“卡西尼號”又發現了“土衛二”和“土衛四”似乎都有地下海洋，里面充滿了液態水，內部具有一定的能量，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量（想了解更多，請閱覽《科學大眾-中學生》2017年1-2期《“土衛四”貼上新標簽：疑似存在生命的星球之一》）。

“卡西尼號”探測器傳回的觀測數據還揭開了土星光環的身世，原來它們在數億年前曾是土星的衛星，最終發生分解并演化為現在的帶狀結構，較寬的光環其實是由許多狹窄的小環組成的。現在，那些曾經的衛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。根據地面和航天器空間觀測結果得知，土星環系的總寬度超過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”還新發現了多個環繞土星運行的衛星。

終場演出任務卡：“卡西尼夏至任務”

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

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

當“卡西尼號”穿越土星光環結構時，其搭載的設備持續對周圍空間的微粒和氣體樣品進行分析，并獲取了靠近光環運行、體積非常小、平常難以拍攝到的微小衛星的極佳圖像。“卡西尼號”在2016年12月5日首次成功穿越土星光環結構時，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的薄弱環節。按照計劃，“卡西尼號”還在更近的距離上對這一光環進行了觀察。其間“卡西尼號”在極其靠近土星的位置從土星環的平面穿越而過，每7天一次。這一任務階段持續到2017年4月22日，“卡西尼號”共計完成20次掠環軌道飛行。“卡西尼號”現在已經進入一個未知領域：成為有史以來最近距離觀看土星光環和其衛星們的航天器。它會探索在環內以及環附近繞轉的許多小衛星，包括“土衛十七潘多拉”“土衛十五亞特拉斯”“土衛十八潘以”及“土衛三十五達佛涅斯”。

此后，“卡西尼號”的相機于2016年12月2日和3日又拍攝到土星大氣層的最新照片，展現了土星北極的神秘六邊形。在此之前，“卡西尼號”就調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困擾了科學家近30年，該六邊形渦旋的寬度約為32187千米，旋轉速度與土星繞軸旋轉的速度相同。目前，科學家認為該渦旋可能是由風的運動所導致的。新的照片又一次表明，六邊形是北極上空的云層紋路，極可能是風速的巨大差異導致的。

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20次之后，從2017年4月27日起，開始執行另一項任務，就是在土星本體和土星內環約2 400千米寬的間隙中繞行22次。預計在2017年9月15日，“卡西尼號”將進入土星的大氣層，同時發回前所未有的土星大氣成分精確數據資料，這也是人類和“卡西尼號”永別的時候。它會在科學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星上，使探測器上可能攜帶的微生物污染其環境，干擾后續研究。“卡西尼號”團隊認為，這段旅程才是真正驚心動魄的決戰，探測器將工作到最后一刻。科學家們收到此階段任務發回的數據資料，經分析研究后，能解開更多關于土星的秘密，包括這顆星球的內部結構、重力場及磁場等情況。“卡西尼號”將不負使命地回傳數據資料，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識方面譜寫新的華章！

（責任編輯：司明婧 責任校對：曹偉）endprint