再見(jiàn)，卡西尼

□ 邢強(qiáng)

再見(jiàn)，卡西尼

□ 邢強(qiáng)

2017年9月15日，卡西尼號(hào)探測(cè)器沖入土星大氣層，結(jié)束了自己的輝煌一生。卡西尼號(hào)探測(cè)器是人類有史以來(lái)發(fā)射的第4顆土星探測(cè)器，不過(guò)它實(shí)際上是人類研制的第1顆成功環(huán)繞土星飛行的探測(cè)器。其發(fā)現(xiàn)的科學(xué)成果之多、運(yùn)行時(shí)間之久，都非常引人注目。1997年10月15日，卡西尼探測(cè)器在美國(guó)佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角第40號(hào)發(fā)射工位升空，2004年7月1日，探測(cè)器進(jìn)入繞土星的軌道。在卡西尼探測(cè)器的使命結(jié)束之際，我們來(lái)探討卡西尼之名、之行、之功、之命，來(lái)回顧它的一生。

卡西尼之名

在介紹卡西尼探測(cè)器本身之前，有必要先介紹一下該探測(cè)器名字的來(lái)由。畢竟，就像探測(cè)木星的探測(cè)器以率先發(fā)現(xiàn)木星的4顆大衛(wèi)星的大科學(xué)家伽利略命名，重型運(yùn)載火箭以大力神為名一樣，航天飛行器的名字往往也隱含著人類對(duì)它的期待和對(duì)先賢的紀(jì)念或者對(duì)神靈的敬畏。

這一切，要從波旁王朝有“太陽(yáng)王”之稱的國(guó)王路易十四開始說(shuō)起。在路易十四親政期間（1661-1715），法國(guó)發(fā)動(dòng)了3次重大戰(zhàn)爭(zhēng)：法荷戰(zhàn)爭(zhēng)、大同盟戰(zhàn)爭(zhēng)、西班牙王位繼承戰(zhàn)爭(zhēng)和2次小規(guī)模的沖突。法荷戰(zhàn)爭(zhēng)和2次小沖突讓他建立了霸權(quán)，使他在1680年開始成為歐洲至高無(wú)上的霸主。

路易十四這位人類有史以來(lái)在位時(shí)間最長(zhǎng)的君主（長(zhǎng)達(dá)72年3月18天）在掌權(quán)不久后，就對(duì)天文學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。1667年，時(shí)任法國(guó)海軍大臣科爾貝爾向路易十四建言建設(shè)法國(guó)國(guó)家天文臺(tái)。這就是后來(lái)名為巴黎天文臺(tái)的重要科研機(jī)構(gòu)。歷時(shí)四年之久，在路易十四的大力支持下，擁有當(dāng)時(shí)歐洲最好觀測(cè)設(shè)備的巴黎天文臺(tái)于1671年建成。

大樓已建成，大師何處尋？恰好，自1640年開始就曾擔(dān)任熱那亞共和國(guó)（如今的意大利境內(nèi)）博洛尼亞大學(xué)天文學(xué)教授一職的喬凡尼·多米尼克·卡西尼已經(jīng)在法國(guó)待了兩年了。1665年，這位在西方世界公認(rèn)的最古老的綜合型公立大學(xué)供職的教授發(fā)現(xiàn)了木星的大紅斑。路易十四求賢若渴，不顧卡西尼的國(guó)籍情況，在巴黎天文臺(tái)建成伊始就任命46歲的卡西尼為臺(tái)長(zhǎng)。

卡西尼在天文觀測(cè)方面的天賦展露無(wú)遺。他通過(guò)對(duì)木星大紅斑的形態(tài)持續(xù)觀察，推測(cè)木星表面有濃厚的大氣，并給出了木星自轉(zhuǎn)周期的估算值（與今天的數(shù)值幾無(wú)二致）。他觀測(cè)火星的運(yùn)轉(zhuǎn)，并認(rèn)為火星的自轉(zhuǎn)周期為24小時(shí)40分鐘（僅比現(xiàn)代觀測(cè)值多了3分鐘）。

卡西尼號(hào)探測(cè)器

任巴黎天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)期間，卡西尼是罕有的能夠讓路易十四聽(tīng)從建議的人。路易十四喜好裝飾，而卡西尼則力勸國(guó)王將原本用于購(gòu)置奢華物品的經(jīng)費(fèi)用來(lái)擴(kuò)建天文臺(tái)。執(zhí)掌巴黎天文臺(tái)的卡西尼，不負(fù)眾望，用莫里哀見(jiàn)過(guò)后感慨“大得嚇人”的長(zhǎng)度超過(guò)40米的望遠(yuǎn)鏡，在1671年（卡西尼擔(dān)任天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)第一年）就新發(fā)現(xiàn)了土星的一顆衛(wèi)星土衛(wèi)八。一年后，他又發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)五。1675年，卡西尼發(fā)現(xiàn)土星美麗的光環(huán)中間有一條狹長(zhǎng)的縫隙，由此推測(cè)，土星光環(huán)并非是一塊完整的平板，而是由無(wú)數(shù)較小的物體組合而成的。這個(gè)猜測(cè)如今看來(lái)是正確的。土星光環(huán)的這道大黑縫，也就被稱作“卡西尼環(huán)縫”。在1684年，他又發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)四和土衛(wèi)三。

由此可見(jiàn)，有關(guān)土星光環(huán)的縫隙和土星衛(wèi)星的事情，卡西尼算是有突出貢獻(xiàn)的了。這也就是人類迄今為止最強(qiáng)大的土星探測(cè)器要以卡西尼的名字來(lái)命名的主要原因。

實(shí)際上，卡西尼并不是一個(gè)人在戰(zhàn)斗。在今天看來(lái)歸于卡西尼名下的發(fā)現(xiàn)，有可能來(lái)自同樣名為卡西尼的喬凡尼·卡西尼的子孫。因?yàn)椋ㄎ髂岜救恕⑺麅鹤印⑺膶O子和他的曾孫，一家四代，相繼擔(dān)任巴黎天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)一職，可謂是祖?zhèn)魈煳膶W(xué)世家了。

卡西尼探測(cè)器帶有登陸土衛(wèi)六（泰坦）的著陸器。這個(gè)著陸器名為惠更斯號(hào)。惠更斯是荷蘭數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家。他發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)六和土星的光環(huán)。另外，惠更斯還奠定了概率論的基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)了單擺擺動(dòng)周期的規(guī)律，并由此發(fā)明了擺鐘。

由此可見(jiàn)，卡西尼-惠更斯探測(cè)器的組合是在向兩位為人類了解土星做出突出貢獻(xiàn)的先賢致敬。

卡西尼號(hào)探測(cè)器

卡西尼之行

公元1997年10月15日，協(xié)調(diào)世界時(shí)上午8點(diǎn)43分，攜帶著惠更斯著陸器的卡西尼探測(cè)器由大力神4B運(yùn)載火箭在美國(guó)佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角發(fā)射場(chǎng)第40號(hào)工位發(fā)射升空。這場(chǎng)推遲多次的發(fā)射終于在這一天將卡西尼探測(cè)器送上了漫漫征程。

大力神4號(hào)運(yùn)載火箭由兩枚大型固體火箭助推器與兩級(jí)使用液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的芯級(jí)構(gòu)成。點(diǎn)火后，碩大的USRM固體火箭助推器產(chǎn)生了151.2萬(wàn)牛的推力。131秒后，火箭飛到了58.5千米的高空，大力神4B運(yùn)載火箭的芯一級(jí)的2臺(tái)LR-87發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。這種以50%的肼混合50%的偏二甲肼作為燃料，以四氧化二氮為氧化劑的燃料配方帶有濃郁的洲際彈道導(dǎo)彈的風(fēng)格。實(shí)際上，大力神運(yùn)載火箭家族與美國(guó)的洲際彈道導(dǎo)彈項(xiàng)目有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，而直到如今，所有的大力神運(yùn)載火箭依然由美國(guó)空軍來(lái)管理。

143秒后，兩臺(tái)固體火箭助推器燃盡分離，此時(shí)火箭的飛行高度為68.3千米。323秒后，大力神運(yùn)載火箭一二級(jí)分離。在第二級(jí)點(diǎn)火的時(shí)候，火箭飛到了167.3千米的高度，早已越過(guò)了100千米的卡門線。

隨后，半人馬座上面級(jí)接力工作，賦予了卡西尼探測(cè)器掙脫地球引力束縛的速度。看上去，這是一次比較常規(guī)的發(fā)射活動(dòng)。而實(shí)際上，這次發(fā)射的報(bào)價(jià)高得令人咋舌：4.22億美元。用發(fā)射一個(gè)卡西尼探測(cè)器的錢，差不多可以發(fā)射7枚獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭了。沒(méi)辦法，卡西尼探測(cè)器與惠更斯著陸器的總發(fā)射質(zhì)量達(dá)到了驚人的5.712噸，這是美國(guó)宇航局和歐空局有史以來(lái)發(fā)射的最重的深空探測(cè)器，更何況要把這么重的探測(cè)器送到距離太陽(yáng)足足有9個(gè)天文單位之遙的土星。

為了探索未知，你愿意付出多大的代價(jià)？又肯經(jīng)過(guò)怎樣漫長(zhǎng)的等待？卡西尼探測(cè)器或許能夠給我們答案。

雖然大力神4B運(yùn)載火箭與半人馬座上面級(jí)的組合幾乎是1997年人類能夠拿得出手的運(yùn)載能力最強(qiáng)的航天器了，但是由于卡西尼號(hào)探測(cè)器實(shí)在太重，依然還得需要設(shè)計(jì)巧妙的軌道來(lái)成功實(shí)現(xiàn)奔向土星的愿望。

這條軌道，需要6次飛掠太陽(yáng)系中的自然天體，以便充分借助引力彈弓的效應(yīng)來(lái)節(jié)省燃料。

▲ 攜帶惠更斯著陸器的卡西尼探測(cè)器飛越木星光環(huán)的概念圖

卡西尼探測(cè)器分別在1998年4月26日和1999年6月24日兩次飛掠金星。這兩次飛掠的引力彈弓效應(yīng)確保了卡西尼探測(cè)器能夠有足夠的動(dòng)能來(lái)穿越小行星帶。

1999年8月18日，卡西尼探測(cè)器先后飛掠月球和地球。這兩次飛掠，可謂驚心動(dòng)魄。卡西尼探測(cè)器到月球的最近距離只有37.7萬(wàn)千米，已經(jīng)小于了地球到月球的平均距離。而卡西尼探測(cè)器飛掠地球時(shí)，到地球的最近距離僅有1171千米。這個(gè)距離接近于地球直徑的1/11。

為什么叫驚心動(dòng)魄呢？這就得從卡西尼探測(cè)器身上帶著的神秘能量來(lái)源說(shuō)起了。土星到太陽(yáng)的平均距離為9個(gè)天文單位（也就是地球到太陽(yáng)距離的9倍）。太陽(yáng)能帆板接收太陽(yáng)輻射的能量與電池板到太陽(yáng)距離的平方成反比。這樣來(lái)算的話，環(huán)繞土星的探測(cè)器如果使用太陽(yáng)能帆板的話，其產(chǎn)生電能的效率將僅僅是環(huán)繞地球的同等規(guī)格太陽(yáng)能帆板的1.23%。而受運(yùn)載火箭能力的限制（實(shí)際上即使運(yùn)載火箭能力足夠，科學(xué)家也更傾向于把更多的重量指標(biāo)分配給用于觀測(cè)土星及其衛(wèi)星的各種儀器設(shè)備），卡西尼探測(cè)器不能帶著面積巨大的太陽(yáng)能帆板。

于是，工程師們打起了核能源的主意。卡西尼探測(cè)器上并沒(méi)有太陽(yáng)能帆板。整個(gè)卡西尼探測(cè)器在將近20年的飛行過(guò)程中，幾乎所有的電能都來(lái)自于3塊核電池。這些核電池的核心部件是以二氧化钚形態(tài)存在的足足有32.7千克重的钚-238。钚-238在不停地進(jìn)行放射性衰變，這會(huì)產(chǎn)生大量的熱，使得钚核心始終處于紅熱狀態(tài)。通過(guò)熱電機(jī)效應(yīng)，這樣的熱量能夠轉(zhuǎn)換為供卡西尼使用的直流電。實(shí)際上，依附在卡西尼探測(cè)器上面的惠更斯著陸器在奔向土星的漫漫征程中也同樣依靠卡西尼身上的這些核電池的電力。只有在分離之后，惠更斯才會(huì)啟動(dòng)自身的化學(xué)電池系統(tǒng)，這就是后話了。

也就是說(shuō)，在1999年的8月18日，太空中有32.7千克的钚-238以每秒10千米以上的速度在地球上方1171千米的地方與地球擦肩而過(guò)。美國(guó)宇航局是做過(guò)最壞的打算的。一旦卡西尼探測(cè)器這次飛掠的彈道沒(méi)能計(jì)算正確，或者期間出了其他一些意外，這些钚就有可能再入地球稠密大氣層。當(dāng)時(shí)地球總?cè)丝谑?0億人，這些钚-238如果泄露出來(lái)的話，其輻射量換算成罹患癌癥的比例，相當(dāng)于5000人會(huì)因此而遭殃。當(dāng)然，發(fā)生這種悲劇的概率經(jīng)多方計(jì)算，被認(rèn)定為低于百萬(wàn)分之一，而且美國(guó)宇航局在飛掠彈道這方面，幾乎還沒(méi)怎么失過(guò)手，當(dāng)年如果把钚-238的事情公布出來(lái)反而會(huì)引起不必要的恐慌，因此有關(guān)1999年那次飛掠地球的引力彈弓沒(méi)有引起大家的廣泛注意。如今，卡西尼探測(cè)器已經(jīng)壽終正寢了，此時(shí)說(shuō)起這些倒也無(wú)妨了吧。

2000年1月23日，卡西尼探測(cè)器飛掠小行星2685，順便對(duì)該小行星拍了一些照片。

2000年12月30日，卡西尼探測(cè)器飛掠木星。這次飛掠讓人類得到了十分難得的仔細(xì)觀測(cè)木星的機(jī)會(huì)。卡西尼不負(fù)眾望，借助自身強(qiáng)大的探測(cè)設(shè)備，在飛掠過(guò)程中，對(duì)木星拍攝了2.6萬(wàn)張照片。其中，一些高分辨率照片是當(dāng)時(shí)人類能夠獲得的有關(guān)木星的最為清晰的照片。（3年后，在2003年3月6日，這些照片被陸續(xù)公布出來(lái)。）

2004年6月11日，卡西尼探測(cè)器飛掠土衛(wèi)九，成為繼旅行者2號(hào)探測(cè)器之后，第二個(gè)近距離飛掠這個(gè)天體的探測(cè)器。

2004年7月1日，科學(xué)家宣布卡西尼探測(cè)器正式進(jìn)入繞土星的軌道。此時(shí)，卡西尼探測(cè)器已經(jīng)在太空中飛行了將近7年。

卡西尼之功

▲ 卡西尼-惠更斯號(hào)于2006年9月15日拍得的土星環(huán)全貌（亮度在這張圖中被強(qiáng)化）

卡西尼探測(cè)器（嚴(yán)格說(shuō)來(lái)是卡西尼-惠更斯探測(cè)器）是人類深空探測(cè)史上的旗艦級(jí)探測(cè)器。其科學(xué)探測(cè)載荷之多、探測(cè)器重量之大、探測(cè)任務(wù)耗資之巨都給人留下了深刻的印象。僅從卡西尼探測(cè)器的科學(xué)探測(cè)任務(wù)的經(jīng)費(fèi)情況中就能窺得一斑。

卡西尼-惠更斯項(xiàng)目的總經(jīng)費(fèi)為32.6億美元（作為對(duì)比，美國(guó)宇航局的“鳳凰號(hào)”火星探測(cè)器項(xiàng)目的總經(jīng)費(fèi)為4.2億美元，僅為卡西尼的12.9%）。其中，用于卡西尼-惠更斯探測(cè)器本身的研制費(fèi)用為14億美元，用于發(fā)射探測(cè)器的運(yùn)載火箭則耗資4.22億美元（美國(guó)空軍要價(jià)還是蠻狠的），用于遙測(cè)跟蹤系統(tǒng)的費(fèi)用為0.54億美元，另有7.4億美元用于整個(gè)項(xiàng)目的任務(wù)系統(tǒng)的操作費(fèi)用。

受美國(guó)該財(cái)年給美國(guó)宇航局的總經(jīng)費(fèi)的限制，該局無(wú)力獨(dú)自承擔(dān)這項(xiàng)花銷。于是，卡西尼-惠更斯項(xiàng)目一開始就走了國(guó)際化的路線。美國(guó)宇航局獨(dú)自承擔(dān)了80%的費(fèi)用（約26億美元），而前來(lái)相助的歐洲空間局則擔(dān)負(fù)了15%的費(fèi)用（約5億美元），另外的5%（也就是約1.6億美元）由意大利航天局分擔(dān)。探測(cè)器以卡西尼這位出生在意大利的天文學(xué)家來(lái)命名，意大利航天局也是與有榮焉吧。

為了能夠收集到盡可能多的科學(xué)數(shù)據(jù)，“卡西尼-惠更斯號(hào)”共攜帶了18臺(tái)科學(xué)儀器，其中卡西尼號(hào)軌道器攜帶12臺(tái)，惠更斯號(hào)著陸器攜帶6臺(tái)。卡西尼的儀器包括：合成孔徑雷達(dá)、感光耦合元件成像系統(tǒng)、可見(jiàn)光/紅外光譜儀、復(fù)合紅外光譜儀、宇宙塵分析儀、無(wú)線電和等離子體波實(shí)驗(yàn)設(shè)備、等離子體光譜儀、紫外成像光譜儀、磁層的成像儀器和離子/中性質(zhì)譜儀等。

整體來(lái)看，卡西尼探測(cè)器取得的科學(xué)成果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們的預(yù)期。

卡西尼探測(cè)器首次拍攝到了土星的北極。土星北極六邊形的高速氣流風(fēng)暴為人類揭開了土星極地地區(qū)的神秘面紗，而對(duì)該風(fēng)暴能量來(lái)源的探討則進(jìn)一步激發(fā)了人類的探索熱情。

土星上爆發(fā)的30年一遇的大風(fēng)暴也恰好讓卡西尼探測(cè)器趕上。卡西尼探測(cè)器跟蹤拍攝到了被稱作“龍風(fēng)暴”的土星表面大氣的劇烈活動(dòng)。

1671年，巴黎天文臺(tái)的臺(tái)長(zhǎng)卡西尼發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)八。這是土星第3大的衛(wèi)星，同時(shí)也是太陽(yáng)系中第11大的衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星從天文望遠(yuǎn)鏡中來(lái)看，有個(gè)顯著的特征，那就是陰陽(yáng)臉。以12位初代泰坦巨神之一的伊阿珀托斯命名的土衛(wèi)八，有著較為明亮的一個(gè)半球和非常黯淡的一個(gè)半球（這個(gè)黯淡的半球被稱作卡西尼區(qū)）。300多年來(lái)，人類對(duì)土衛(wèi)八形成這種樣子的原因做出了種種猜測(cè)。而飛到土衛(wèi)八附近拍出高清照片的卡西尼探測(cè)器最終幫助人們得到了答案：土衛(wèi)八軌道上有大量的微流星體和塵埃。被土衛(wèi)八吸附后，不斷下降的塵埃使土衛(wèi)八的正面顯得更加暗淡，較深的顏色有助于吸收更多陽(yáng)光，最終導(dǎo)致赤道附近的冰被蒸發(fā)掉。冰蒸發(fā)后，會(huì)在這顆衛(wèi)星表面留下顏色較暗的物質(zhì)，使正面和赤道附近的溫度升高，變得更暗，使冰繼續(xù)蒸發(fā)。蒸發(fā)的冰會(huì)在溫度更低、更加明亮的極地重新凝結(jié)。冷凝的冰面讓土衛(wèi)八的反面和極地地區(qū)變得更亮、更冷，而失去冰層的裸露地面則黯淡無(wú)光，這就使得土衛(wèi)八表面出現(xiàn)了明暗分明的現(xiàn)象。

每隔15年，土星光環(huán)與太陽(yáng)之間會(huì)呈一個(gè)比較特殊的角度。在這個(gè)角度下，陽(yáng)光會(huì)打在土星光環(huán)的側(cè)面，而土星光環(huán)的上下兩面則幾乎照不到陽(yáng)光。這是一個(gè)觀測(cè)土星光環(huán)垂直結(jié)構(gòu)的絕佳機(jī)會(huì)，卡西尼探測(cè)器當(dāng)然不能錯(cuò)過(guò)。2009年，卡西尼探測(cè)器拍到了土星光環(huán)的垂直結(jié)構(gòu)的非常清晰的照片。

在長(zhǎng)期的觀測(cè)過(guò)程中，卡西尼探測(cè)器向我們揭示了土星光環(huán)鮮為人知的一面。土星的光環(huán)是活躍的，是時(shí)刻在動(dòng)態(tài)變化中的，堪稱制造新衛(wèi)星的實(shí)驗(yàn)室。在不斷的擾動(dòng)和變幻中，新的土星的天然衛(wèi)星會(huì)突然誕生。

2004年12月25日，這一天，惠更斯號(hào)著陸器脫離了位于正在圍繞土星飛行的卡西尼號(hào)的懷抱，開始奔赴土衛(wèi)六。值得一提的是，為了節(jié)省能量，科學(xué)家選擇了充分相信之前的軌道與彈道設(shè)計(jì)的做法，在“惠更斯號(hào)”奔赴土衛(wèi)六的過(guò)程中，讓它始終保持低電量消耗的休眠狀態(tài)。直到惠更斯著陸器距離土衛(wèi)六還有數(shù)小時(shí)路程時(shí)，才喚醒已經(jīng)沉睡了7年的惠更斯號(hào)探測(cè)器。

▲ 卡西尼探測(cè)器拍攝的土星風(fēng)暴

▲ 土星的南北兩極出乎科學(xué)家的預(yù)料：北極長(zhǎng)期存在著一個(gè)六邊形的高速氣流區(qū)域，而南北兩極都存在著颶風(fēng)一樣的風(fēng)暴。這兩個(gè)風(fēng)暴的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自何處，仍然是個(gè)謎

▲ 卡西尼號(hào)拍攝的土衛(wèi)八的照片顯示了位于逆軌道方向球面的明面以及鄰接于其右側(cè)的部分暗面

土衛(wèi)六是由荷蘭數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家惠更斯在1655年3月25日發(fā)現(xiàn)的，是土星衛(wèi)星中最大的一個(gè)，同時(shí)也是太陽(yáng)系第二大的衛(wèi)星。

惠更斯著陸器的任務(wù)是探測(cè)土衛(wèi)六的大氣和地面狀況。這是人類有史以來(lái)第一個(gè)在土衛(wèi)六上著陸的探測(cè)器。在距離土衛(wèi)六表面1200千米時(shí)，惠更斯號(hào)以2.2萬(wàn)千米的時(shí)速?zèng)_向土衛(wèi)六。“惠更斯號(hào)”前部的防熱盾可以起到保護(hù)作用，避免在下降過(guò)程中與土衛(wèi)六的大氣劇烈摩擦而焚毀。土衛(wèi)六，名為泰坦，其體積比水星還要大，是太陽(yáng)系中第一顆被發(fā)現(xiàn)有濃厚大氣的天然衛(wèi)星，同時(shí)也是太陽(yáng)系內(nèi)除地球外，第二顆大氣層內(nèi)擁有稠密氮?dú)獾奶祗w。

在距離土衛(wèi)六地表190千米高度，探測(cè)器和防熱盾分離。在距表面170千米處，探測(cè)器減速到每小時(shí)1400千米。此后，“惠更斯號(hào)”打開了三個(gè)降落傘。在距離土衛(wèi)六表面幾百米處，打開了探照燈，照亮土衛(wèi)六地表。

“惠更斯號(hào)”于2005年1月14日登陸土衛(wèi)六，降落在了一小片擁有鵝卵石的灘涂上，并在著陸后拍攝了人類歷史上第一張土衛(wèi)六的地表照片。它在降落過(guò)程中與卡西尼號(hào)進(jìn)行了近3個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)聯(lián)系。“惠更斯號(hào)”在土衛(wèi)六上“存活”90分鐘后終止工作，完成了自己的歷史使命。

在“卡西尼”與“惠更斯”的配合下，人類獲取了對(duì)土衛(wèi)六這個(gè)太陽(yáng)系內(nèi)除地球之外第二個(gè)被確認(rèn)表面擁有海洋的星球前所未有的了解。通過(guò)卡西尼探測(cè)器飛掠土衛(wèi)六時(shí)的雷達(dá)數(shù)據(jù)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六遍布陡峭的峽谷，其甲烷海洋則有著驚濤拍岸的壯闊。

當(dāng)然，隨著“卡西尼”和“惠更斯”探測(cè)結(jié)果的逐步公開，這些了解會(huì)逐漸被更多的推測(cè)和分析所替代，而土衛(wèi)六這顆以泰坦為名的星球?qū)?huì)引出人們對(duì)地球之外的天體更多的好奇。

卡西尼探測(cè)器環(huán)繞土星飛行的這些年也是努力讓教科書更新的幾年。曾幾何時(shí)，我們讀書的時(shí)候，人類了解到的土星天然衛(wèi)星的數(shù)量還僅僅是23顆。卡西尼探測(cè)器迄今為止已經(jīng)新發(fā)現(xiàn)了7顆土星的天然衛(wèi)星，這使得土星已知的衛(wèi)星數(shù)量激增為62顆。這些發(fā)現(xiàn)來(lái)得有些突然，讓人們甚至來(lái)不及給這些新發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星起名字。

▲ 大力神4B運(yùn)載火箭發(fā)射升空

卡西尼之命

卡西尼探測(cè)器的命是很硬的。原本定于1997年10月6日發(fā)射，結(jié)果發(fā)射場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，把卡西尼探測(cè)器攜帶的惠更斯著陸器的防熱系統(tǒng)弄壞了。發(fā)射推遲一周。到10月13日，該發(fā)射了，卡納維拉爾角又刮起了大風(fēng)。但終究還是在10月15日得以順利發(fā)射。

在7年的征程里，卡西尼探測(cè)器沒(méi)出任何故障，平安完成多次引力彈弓飛行，安全穿越小行星帶，實(shí)在是不容易。

卡西尼-惠更斯探測(cè)器是個(gè)復(fù)雜大系統(tǒng)。到底有多復(fù)雜？?jī)H舉一例：

前面提到卡西尼是由3個(gè)钚-238核電池來(lái)提供電能的。32.7千克的钚兢兢業(yè)業(yè)地工作到探測(cè)使命結(jié)束，雖然功率已經(jīng)從最初的880瓦衰減到了600多瓦，但依然能較為可靠地工作。實(shí)際上，卡西尼-惠更斯上面用到放射性元素的地方遠(yuǎn)不止這3塊強(qiáng)大的核電池。在漫長(zhǎng)而又寒冷的太空征途上，為了保溫，卡西尼探測(cè)器上使用了82塊放射性同位素加熱器，惠更斯著陸器上使用了35個(gè)。每個(gè)放射性同位素加熱器的功率為1瓦。也就是說(shuō)，卡西尼-惠更斯系統(tǒng)上，僅放射性裝置，就有足足120個(gè)。

卡西尼和惠更斯的主要科研任務(wù)，早在2008年7月30日就完成了。但命硬、體格好的探測(cè)器依然可堪使用，更何況在地面上還有美國(guó)弗吉尼亞望遠(yuǎn)鏡的全程遙測(cè)，另有來(lái)自中國(guó)、澳大利亞和日本等國(guó)家遙測(cè)系統(tǒng)的大力支持（中國(guó)上海天文臺(tái)的25米直徑射電望遠(yuǎn)鏡加入了卡西尼-惠更斯項(xiàng)目的深空測(cè)控網(wǎng)）。

于是，卡西尼探測(cè)器的任務(wù)被延長(zhǎng)至2010年6月。在2009年8月，土星恰好過(guò)春分點(diǎn)，卡西尼探測(cè)器對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)觀測(cè)，其在部分領(lǐng)域的收獲甚至超過(guò)了原定的主要任務(wù)。

到2010年2月3日，卡西尼探測(cè)器的狀態(tài)依然良好，為充分發(fā)揮她的探測(cè)能力，“卡西尼”的任務(wù)周期被一口氣延長(zhǎng)了6年半，也就是到2017年的9月份。2009年那次延壽，土星過(guò)春分點(diǎn)，于是任務(wù)叫做“分點(diǎn)任務(wù)”。這次延壽，任務(wù)會(huì)在土星北半球的夏至結(jié)束，因此被稱作“至點(diǎn)任務(wù)”。在任務(wù)結(jié)束前，卡西尼探測(cè)器再繞土星155圈，期間飛掠土衛(wèi)六（泰坦）54次，飛掠土衛(wèi)二（恩克拉多斯）11次。

▲ 卡西尼號(hào)墜毀幾個(gè)小時(shí)前，其紅外成像儀器指向了土星，并拍攝了照片。圖中的圓圈區(qū)域是探測(cè)器最終墜毀的位置

▲ 熾熱的钚丸就是探測(cè)器的放射性同位素?zé)犭姍C(jī)的動(dòng)力源

卡西尼探測(cè)器帶著人類新的期待，反復(fù)穿越土星光環(huán)的縫隙22次，用一次又一次的驚險(xiǎn)動(dòng)作來(lái)?yè)Q取人類對(duì)土星越來(lái)越多的認(rèn)識(shí)。而這些地方，都是人類探測(cè)器從未到過(guò)的。

2017年9月15日18點(diǎn)32分，卡西尼號(hào)探測(cè)器發(fā)出最后一個(gè)訊號(hào)，因?yàn)榫嚯x遠(yuǎn)，地球上的科研人員會(huì)在83分鐘后收到該訊號(hào)，即19點(diǎn)55分。卡西尼號(hào)探測(cè)器以12萬(wàn)千米/小時(shí)的速度一頭扎入土星的大氣層，在絢麗而燦爛的燃燒中，結(jié)束自己長(zhǎng)達(dá)20年的輝煌一生。在這20年時(shí)間里，卡西尼號(hào)探測(cè)器執(zhí)行命令250萬(wàn)條，飛行距離超過(guò)49億千米，產(chǎn)生了635GB的科學(xué)數(shù)據(jù)，拍攝的照片超過(guò)45萬(wàn)張。而就算是它終結(jié)自己生命的那一刻，也不忘記繼續(xù)向地球傳回信號(hào)。這是人類探測(cè)器對(duì)土星大氣層的首次觸碰，而這樣的機(jī)會(huì)，是卡西尼號(hào)探測(cè)器用生命換來(lái)的。★

▲ 卡西尼探測(cè)器上面的核電池

責(zé)任編輯：陳彩連