카시니에게 작별 인사: 행성 간 정거장은 토성의 대기에서 불탔습니다. 카시니 탐사선의 마지막 시간(사진 15장)

2017년 9월 15일 04:55 PDT (11:55 UTC)에 지구는 카시니 무선 송신기의 신호를 듣지 못했습니다. 거의 20년의 비행을 마치고 토성계에서 13년 이상 작업한 미국 우주선은 행성 대기에 진입하여 마지막 순간까지 독특한 과학 데이터를 전송했습니다.

카시니는 1997년 10월 15일에 발사되어 2004년 7월 1일에 토성 주위 궤도에 진입했습니다. 13년 동안 토성 주위를 293번 돌았고 162번의 위성 근접 비행을 했습니다. 이 장치는 표면을 매핑하고 화학적 구성을 측정하고 토성과 타이탄의 계절적 과정의 진화를 추적하고 행성의 고리, 자기권, 우주 플라즈마의 하전 입자 및 파동을 연구했습니다.

원래 계획보다 9년 더 오래 지속되고 여러 차례의 연속 임무로 구성된 카시니의 궤도 "투어"에 대한 간략한 검토가 2017년 북한 7호에서 이루어졌습니다.

카시니의 20년 여행의 "대막전"은 그것이 일어나기 7년 전에 계획되었습니다. 장치를 토성의 대기로 보내기로 한 결정은 지구 미생물, 특히 북극 간헐천이 분출되는 빙하기 바다가 있는 엔셀라두스에 의해 행성의 달이 오염될 것이라는 두려움 때문이었습니다. 우주선의 구조 요소에서 생존 가능한 상태로 생존할 수 있는 지구 생물권 대표자들과의 만남은 지역 생활의 모습을 왜곡시킬 수 있습니다.

지난 5개월

탐사의 마지막 단계는 4월 11일에 시작된 카시니의 S99 비행 프로그램 중에 시작되었습니다. 5월 25일부터 7월 9일까지 명령 시퀀스 S100이 실행되었고, 7월 10일부터 끝까지 10,657개의 개별 명령이 포함된 S101이 실행되었습니다.

2017년 4월 22일, 타이탄의 마지막 목표 비행은 중력 기동으로 이루어졌으며, 그 결과 우주선 궤도의 가장 낮은 지점이 링 시스템 아래로 이동했습니다. 이제 장치는 6.4~6.5일의 주기로 62.4°~61.7°의 기울기로 22개의 궤도를 만들어야 하며, 매번 가시 표면과 토성의 고리 사이의 근점을 통과하고 토성에서 약 127만km 떨어진 곳으로 이동해야 합니다. 진원지의 행성.

첫 번째 "다이빙"은 4월 26일 271번째 궤도에서 이루어졌으며, 당시 카시니는 최대 속도 33.957km/s로 화성의 구름 꼭대기 상공 2800km 상공을 비행했습니다. 링 아래 영역에는 먼지가 거의 없는 것으로 나타났습니다. 무선 및 플라즈마파를 기록하는 RPWS 장치는 크기가 1μm 이하인 몇 개의 입자만 기록했습니다. 이로 인해 모든 후속 비행의 성공과 행성의 중력 및 자기장 매핑, 최소 거리에서 토성의 고리와 표면 사진 촬영 및 탐사, 직접 측정 등 과학 프로그램의 구현에 대한 희망이 생겼습니다. 상부 대기의 구성.

17번의 첫 비행 중 가장 낮은 비행은 5월 15일 고도 2660km에서 이루어졌고, 가장 높은 비행은 5월 28일 토성 구름 위 고도 3900km에서 이루어졌다. 이는 또한 우주선이 내부 고리 D에 가장 깊게 침투한 지점이 되었습니다. 개별 궤도 사이의 근점 높이를 변경하기 위해 타이탄은 5월 23일에 118,000km 거리에서 그리고 7월 10일에 264,000km 거리에서 저공비행했습니다. 두 개의 작은 수정 사항이 사용되었습니다. 5월 10일, OTM-471 기동은 14초 동안 엔진을 켜서 단 21mm/s의 속도 증가로 수행되었습니다. OTM-472의 마지막 수정은 더 중요했습니다. 7월 15일에 엔진은 153.125초 동안 작동하고 우주선 속도를 143.64mm/s로 변경했습니다.

8월 11일 카시니는 타이탄으로부터 195,000km를 통과했으며, 이로 인해 우주선의 근심 고도가 1,200km 감소했습니다. 따라서 우주선의 마지막 5번의 비행에서 고도 1710km ~ 1630km의 대기 가장자리를 따라 "충돌"했으며 방향을 유지하기 위해 플라이휠이 아닌 저추력 액체 추진 엔진이 사용되었습니다. 각 스팬의 정확한 높이는 공개되지 않았습니다. 우리는 그 중 세 번째가 8월 27일에 최저치를 기록했다는 것만 알고 있습니다. 이 5개의 궤도는 카시니의 대기권 진입을 위한 리허설 역할을 했습니다.

33.6km/s에서 35.0km/s의 속도로 고리 평면을 횡단할 때 카시니는 일반적으로 더 "민감한" 부분을 먼지 입자로부터 보호하기 위해 속도 벡터를 따라 방향성이 높은 안테나를 앞으로 향하게 했습니다. 그러나 276번째와 277번째 궤도에서 D고리로 "다이빙"할 때 먼지가 거의 없었고 281번째 궤도에서는 그렇게 하지 않기로 결정되었습니다. 장치는 링의 가장 낮은 부분을 안전하게 통과했으며 손상되지 않았습니다. 카시니는 대부분의 비행을 자율 모드로 수행하고 결과를 "보고"했지만 궤도 273, 274, 275, 278, 280 및 284에서는 고리 평면을 건너면서 지구로 직접 전송했습니다.

이미 첫 번째 비행을 통해 ISS 카메라는 지난 13년보다 10배 더 나은 해상도로 토성의 이미지를 포착했습니다. 행성, 고리 및 위성의 사진을 찍고 VIMS, CIRS 및 UVIS 분광계를 다양한 조합으로 사용하여 조사하는 작업이 모든 후속 궤도에서 수행되었습니다. 링에서는 "프로펠러"라는 코드명으로 알려진 다양한 가장자리 효과, 교란 및 작은 불안정성이 특히 관심을 끌었습니다. 그들은 20세기의 위대한 조종사인 Bleriot, Santos-Dumont, Earhart의 이름을 따서 명명되었습니다.

위성 중에서 타이탄과 엔셀라두스가 가장 자주 관찰되었으며, 특히 간헐천이 있는 남극 지역이 관찰되었지만 280번째 궤도와 매우 작은 위성의 경우 디오네를 촬영할 시간이 있었습니다. 직경이 6km에 불과하고 토성으로부터 2,500만km 떨어진 진원지에서 뻗어나가는 이중 물체인 작은 Bebhionn은 궤도 272, 273, 276, 280 및 282에서 포착되었습니다. 7월 28일, 8월 9일, 16일에 촬영되었고, Trümr는 8월 23일과 9월 3~4일에 촬영되었습니다. 또한 6월 6일에는 위성 테티스(Tethys)가 일식 중에 별 ε 오리오니스의 분광 측정을 수행했습니다.

8월 10일과 16일에 ISS 카메라는 키비크 근처 하늘에서 해왕성을 관찰했습니다. 이는 카시니가 9개 행성 중 8개(명왕성 포함, 수성 제외)의 이미지를 촬영할 수 있었음을 의미합니다.

무선단지는 토성의 중력장의 특성을 결정하고 고리를 밝히는 데 사용되었으며, CDA 우주 먼지 분석기는 그 물질을 "포착"하려고 시도했습니다. RADAR 장치는 276번째와 277번째 궤도에서 4km에서 100m까지의 해상도로 그것들을 스캔했고, 또한 토성의 대기를 연구했습니다: 288번째 궤도에서는 패시브 모드로, 290번째와 292번째에서는 액티브 모드로. 과학자들은 토성의 날씨에 대한 증거로 암모니아 구름층 아래 대기의 암모니아 농도에 관심이 있었습니다.

그랜드 피날레 시리즈의 22번째 궤도이자 292번째 궤도는 원점을 통과하면서 시작되었습니다. 9월 5일 18:47 UTC 탑승 시간. 9월 9일 00:09~00:14에 장치는 고리 평면과 궤도 근심점을 순차적으로 통과했으며 13시간 후에 수신된 정보를 지구로 전송하기 시작했습니다. 9월 11일,궤도가 끝날 무렵 카시니는 타이탄의 끌어당김을 경험했습니다. 비행은 먼 비행 중 하나였습니다. 19:04 UTC에 장치는 위성 표면 위 119,049km를 통과했습니다. 그러나 타이탄의 중력 영향으로 우주선의 속도가 29m/s 감소했습니다. 궤도의 근심이 토성의 대기 속으로 떨어졌습니다.

293번째 궤도가 시작되었습니다 9월 12일 UTC 탑승 시간 05:27. 지난 이틀 동안 우주선은 토성의 북쪽 지평선 너머로 지고 있는 타이탄과 엔셀라두스, 행성 및 A 고리의 바깥 가장자리에 있는 코드명 페기(Peggy)의 압축을 포함하여 고리의 개별 특징을 촬영했습니다. 형성되는 작은 위성을 나타냅니다. 마지막으로 VIMS 분광계 및 기타 광학 기기를 사용하여 다가오는 카시니 낙하 지역을 관찰했습니다. 마지막 사진이 찍혔네요 9월 14일 UTC 19:58에.

UTC 21시 45분, 신호가 지구에 도착한 시간, 즉 탑승 시간 20시 22분에 맞춰 마지막 14시간 30분 동안의 통신 세션이 시작되었습니다. 카시니는 66,360bps의 속도로 8.43GHz 주파수로 정보를 전송하여 11시간 이내에 기록된 데이터에서 솔리드 스테이트 저장 장치를 해제했습니다. 우주선 신호는 -128.06dB, 즉 1.56.10-19W의 전력 레벨로 Goldstone의 장거리 네트워크 스테이션에 도달했습니다. 최신 사진은 승인되었으며 Cassini 프로젝트 웹사이트에 원본 형식으로 즉시 게시되었습니다.

데이터 재설정이 완료되면, 9월 15일탑승 시간 07:14에 우주선은 이온과 중성 원자의 질량 분석기 INMS가 우주선의 비행 방향 앞쪽에 위치하여 이온 및 중성 원자의 구성을 직접 측정할 수 있는 위치로 5분간 회전을 시작했습니다. 토성의 상층 대기와 고도의 변화. 지구상에서는 124,426bps의 속도로 수신을 지원할 수 있는 캔버라 근처의 70미터 DSS-43 안테나가 지휘봉을 이어받았습니다. 그러나 카시니는 즉시 보드를 재구성하여 지난 3시간 30분 동안 과학 정보가 거의 실시간으로 27,650bps의 속도로 지구에 전송되었습니다. 이는 정보가 보드에 수신된 지 불과 몇 초만에 이루어졌습니다. 전송은 X 및 S 대역에서 수행되었으며 70미터 수신과 예약을 통해 호주의 34미터 안테나 중 하나에서 수행되었습니다. 또한 유럽 우주국(European Space Agency)의 뉴 노르시아(New Norcia) 기지에서 도플러 관측이 수행되었습니다.

비행의 마지막 단계를 위한 장치에 대한 지침은 간단했습니다. 카시니는 북반구에서 행성에 접근합니다. 대기로의 진입점은 적도에서 북쪽으로 10°인 낮측입니다. 장치는 12개 장비 중 8개(INMS 질량 분석기, CIRS 및 UVIS 분광계, 자기권 및 플라즈마 장비 MIMI, RPWS, MAG, CDA 우주 먼지 센서 및 매우 안정적인 무선 복합 발생기)를 사용하여 측정을 수행하고 마지막까지 데이터를 전송해야 합니다. 이 기회는 0.5N의 추력을 가진 온보드 액체 추진 로켓 엔진에 의해 제공되며 짧은 펄스의 발행으로 인해 지정된 안테나에서 ±0.1° 내에서 지구에 대한 고도의 지향성 안테나 방향을 지원합니다.

탄도학 전문가들은 카시니가 구름 꼭대기 1915km 위, 기압 1기압 이상에서 토성의 얇은 상층 대기의 영향을 느낄 것이라고 예측했습니다. 그러한 모든 경계와 마찬가지로 그것은 어느 정도 조건부였습니다. 대기권 밖으로 비행할 때 엔진이 몇 분마다 한 번씩 작동하면 충분하며, 이는 행성의 중력장에서 약간의 회전 순간만 보상합니다. 가스 쉘의 밀도와 속도 압력이 증가함에 따라 회전 토크와 작동 주파수도 증가해야 합니다. 조건부 진입점은 듀티 사이클(액체 추진 로켓 엔진이 작동하는 시간의 비율)이 10%에 도달하는 순간으로 간주되었습니다.

카시니 구조의 돌출 요소, 특히 11미터 자력계 붐에 대한 대기의 영향에 대처하기 위해 액체 추진 로켓 엔진은 듀티 사이클을 10 %에서 100 %로 점차 증가시킵니다. 이 단계는 약 1분 정도 소요되며, 그 동안 지상 차량은 완만한 궤도를 따라 1500km 지점까지 하강합니다. 여기서 다가오는 흐름으로 인한 불안한 순간은 지속적으로 작동하는 엔진의 안정화 충격보다 더 강해집니다. 장치가 회전하기 시작하여 통제할 수 없는 공중제비를 하고 지구는 안테나 축에서 멀어지게 됩니다. 30초 후에 지구 탐사선은 붕괴되기 시작하고 몇 분 후에 행성의 대기가 잔해를 흡수하게 됩니다.

최근 발표된 예측에 따르면 카시니는 9월 15일 03:31 PDT(10:31 UTC) 탑승 시간에 재진입을 시작하고 1분 후에 방향을 잃을 것이라는 것이었습니다. 이로부터 83분 27초 후인 04:55:16 PDT(11:55:16 UTC)에 우주선의 마지막 신호가 지구에 도달하고 더 이상 카시니의 소리를 듣지 못하게 됩니다.

일반적으로 이 예측은 실현되었습니다. 장치는 91초 동안 토성의 대기를 견딜 수 있었고 마지막 20초 동안 엔진은 100%의 성능으로 작동했습니다. 과학적 정보가 포함된 X 밴드의 유용한 신호는 11시 55분 39초에 중단되었고 S 밴드에서는 11시 55분 47초에 중단되었습니다. 원격 측정 데이터에 따르면 마지막 8초 동안 카시니가 천천히 되돌아오기 시작한 것이 분명했습니다. 그러다가 지구에 수신된 신호에서 원격 측정이 사라지고 반송파 주파수만 남았으나 24초 후에는 도착도 중단되었습니다. 고도 1391km의 토성 대기에 34.449km/s의 속도로 묻혀서 지구 장치는 더 이상 존재하지 않게 되었습니다.

NASA 부국장인 Thomas Zurbuchen 박사는 “이것은 놀라운 임무의 마지막 장이자 새로운 시작이기도 합니다.”라고 말했습니다. "카시니가 타이탄과 엔셀라두스에서 해양 세계를 발견한 것은 모든 것을 변화시켰고 지구 너머의 생명체를 핵심까지 찾을 수 있는 놀라운 장소에 대한 우리의 이해를 뒤흔들었습니다."

JPL 프로젝트 과학자인 Linda J. Spilker 박사는 “카시니가 우리를 떠났을지는 모르지만 그 과학적 재능은 앞으로 수년 동안 우리를 바쁘게 만들 것입니다.”라고 말했습니다. "우리는 그가 평생 동안 우리에게 보낸 엄청난 양의 데이터에서 배울 수 있는 것의 표면만을 긁었을 뿐입니다."

프로젝트 관리자인 Earl H. Maize는 "Cassini 관리 팀은 우주선을 최종 목적지까지 가져오는 데 있어 매우 뛰어난 작업을 수행했습니다."라고 말했습니다. "7년 전 궤도 설계부터 토성과 토성 고리 사이의 22번의 심장이 멎을 듯한 다이빙을 항해하는 것까지, 훌륭한 프로젝트의 적절한 결말을 생각해낸 것은 이 환상적인 과학자 및 엔지니어 그룹이었습니다."

20년이 넘는 비행 기간 동안 카시니는 79억km를 비행했고, 비행 프로그램의 101단계의 일부로 250만 개의 명령을 수신 및 실행했으며, 360회의 기동 및 수정*을 수행하고, 토성의 위성 6개를 발견하고, 453,048개의 이미지를 촬영하여 지구로 전송했습니다. 총 635GB의 과학 정보를 바탕으로 탐사가 끝날 때까지 3948개의 과학 기사가 출판되었습니다.

몇 시간만 지나면 우주 탐험 역사상 가장 길고 가장 비용이 많이 들고 성공적인 우주 임무 중 하나가 가장 멋진 거대 행성인 토성의 대기 속에서 불타오르며 여행을 끝낼 것입니다. 거의 20년 동안 운용된 카시니 우주선은 최신 고유 데이터를 전송하게 됩니다. 이 사이트에서는 이 놀라운 장치의 역사와 주요 발견에 대해 설명합니다.

이름과 개발

임무를 단순히 카시니라고 부르는 것은 올바르지 않다고 즉시 말해야합니다. NASA, ESA 및 이탈리아 우주국의 공동 아이디어의 정확한 이름은 Cassini–Huygens입니다. 미국에서 개발된 궤도 장치는 토성의 4개 위성(이른바 '루이별'이라고 불리는 이아페투스, 레아, 테티스, 디오네)과 그 사이의 간격을 발견한 조반니 도메니코 카시니(Giovanni Domenico Cassini)의 이름을 따서 명명되었습니다. 고리 - 카시니 간격; 착륙선의 이름은 토성의 고리에 대한 수학적 모델을 만들고 행성의 위상을 설명한 크리스티안 호이겐스(Christiaan Huygens)를 기리기 위해 호이겐스(Huygens)로 명명되었습니다. 이탈리아 우주국은 탐사선이 지구와 통신하는 데 도움이 되는 장거리 우주 통신 안테나를 독립적으로 개발 및 제작했습니다.

조반니 도메니코 카시니

위키미디어 공용

이것은 유럽과 미국 간의 우주 협력의 첫 경험 중 하나였으며 아마도 가장 비용이 많이 들었습니다. 임무의 총 비용은 32억 6천만 달러이며, 그 중 NASA는 26억 달러, 5억 달러, 1억 6천만 달러를 이탈리아에서 기부했습니다(비교를 위해: 첫 번째 (성공한) 인도 임무 비용은 7천만 달러에 불과했습니다). 그것은 매우 큰 장치였습니다. 단지의 발사 질량은 5712kg이었습니다. 무인 행성 탐사의 전체 역사에서 단 3개의 임무만이 더 무겁고 모두 소련의 임무였습니다. 지구 근처를 떠나지 않은 "포보스-1", "포보스-2" 및 "화성-96".

NASA에서 장치 조립

무거운 차량(소위 "플래그십" 클래스, 이 수준의 장치 중에는 목성 갈릴레오와 화성 큐리오시티가 있음)을 만들려는 아이디어는 보이저 우주선이 토성을 지나간 후 ​​1980년대에 떠올랐습니다. 27개국이 장치 제작에 참여했습니다. 하강 모듈과 전기를 생산하기 위한 대량의 플루토늄 공급 장치를 갖춘 새로운 무거운 탐사선(토성 지역에는 이미 빛이 거의 없으며 장치는 방사성 동위원소 열전 발전기인 RTG를 사용하여 전기로 전원을 공급받아야 합니다. 플루토늄의 붕괴로 인해 직접 전기 에너지로 변환됨) 1997년 10월 15일 환상적으로 아름다운 밤을 보내며 토성을 향해 출발했습니다.

카시니의 발사

행성에서 행성으로 비행하는 동안 직접 경로는 가장 수익성이 낮습니다. 많은 연료가 낭비되어야 하므로 우주선은 항상 소위 중력 기동을 사용하여 다른 행성의 중력장에서 가속합니다. 그래서 카시니는 발사 직후 금성으로 갔습니다. 네, 때로는 돈을 절약하기 위해 반대 방향으로 비행해야 할 때도 있습니다. 이 장치는 태양계의 두 번째 및 세 번째 행성 근처에서 처음 세 번의 중력 기동을 수행했습니다. 1998년 4월 26일과 1999년 6월 24일에 탐사선은 금성을 두 번 지나갔고, 1999년 8월 18일에 지구를 방문하는 동시에 카메라를 테스트하고 달의 화려한 초상화를 찍었습니다.

세 번째 카시니 중력 기동 중에 촬영된 달 사진

토성의 북극에서의 소용돌이

물론 토성의 고리에 대해 많은 연구가 이루어졌습니다. 그들 중 일부(예를 들어 안테호(Ante arc) 또는 팔렌 고리(Pallene ring))는 카시니(Cassini)에 의해 발견되었습니다.

2017년 4월 26일, 카시니 우주선은 "그랜드 피날레"라고 불리는 수명의 마지막 단계에 진입했습니다. 탐사선은 임무를 종료하기 전에 마지막으로 토성의 가장 큰 달 타이탄에 접근했습니다. 카시니는 이미 찍은 마지막 사진을 지구로 보냈고, 그 후 토성의 달인 타이탄에 최대한 가까워졌습니다. 그 중력으로 인해 장치는 가속되어 사이의 궤도에서 마지막 비행을 할 수 있었습니다. NASA는 토성의 고리와 가스 거인 대기의 상층부를 보고합니다.

연구자들은 카시니 탐사선의 마지막 비행 동안 장치가 토성의 낮의 길이와 고리의 나이를 결정할 수 있는 이전에 알려지지 않은 정보를 최대한 수집할 수 있기를 바라고 있습니다. 사실, 토성의 궤도에 있으면 탐사선이 거대한 행성 대기의 조밀한 층에 떨어지게 되고 그 결과 단순히 타버릴 것입니다.

카시니 탐사선이 토성과 고리 사이의 마지막 비행을 시작했습니다 - 최신 사진

카시니 탐사선의 토성 주변 마지막 비행은 12년간의 임무의 마지막 비행이 될 것입니다. 이 기간 동안 카시니 탐사선은 행성에 대한 많은 새로운 사진을 얻었고 레이더를 사용하여 탄화수소 호수와 바다를 조명했습니다. 그러나 거대 가스 대기에서 완전히 연소되기 전에 장치는 토성의 고리와 그 "주" 사이를 22번 더 비행하여 끝까지 이 행성에 대한 데이터를 수집하고 전송할 시간을 갖게 됩니다.

카시니 탐사선이 2004년 6월 30일 토성에 처음 도착해 이 행성의 첫 인공위성이 되었고, 2005년 1월 14일 카시니가 싣고 있던 호이겐스 탐사선이 타이탄에 처음 착륙했다는 사실을 상기해보자. 2017년 9월 15일에 카시니 우주선의 연구 임무가 종료됩니다. 수년간 토성 시스템을 연구하는 동안 탐사선은 이 거대한 위성 근처를 126번 통과했으며 매번 새로운 연구를 위한 새로운 궤적으로 전환했습니다. 사물.

카시니 탐사선은 토성과 고리 사이의 마지막 비행입니다(비디오):

2017년 9월 15일, 카시니 우주선이 토성의 대기에서 불탔습니다. 이 행사는 지구 전체의 우주 애호가들을 하나로 묶었습니다. 카시니는 단순한 위성이 아니었습니다. 그는 우주 연구와 과학 전반의 주요 상징 중 하나였습니다. 허블 망원경이나 대형 강입자 충돌기와 동일한 기호입니다.

카시니는 1997년에 발사됐다. 상상해 보십시오. 올해는 Titanic, Quake 2 및 첫 번째 Fallout이 출시된 해입니다. Cassini의 작업 중에 전체 세대가 성장했습니다. 많은 현대 천문학 애호가들은 카시니 덕분에 우주에 관심을 가지게 되었습니다. 그러므로 오늘 우리는 사명의 역사를 기억하고 이에 합당한 경의를 표합니다.

컨셉부터 런치패드까지

1980~1981년에 두 사람은 역사적인 토성을 통과했습니다. 그들은 행성, 고리, 위성에 대한 최초의 상세한 사진을 찍고 대기와 자기장을 분석했습니다. 그 결과는 천문학자들을 놀라게 했습니다. 토성의 고리는 복잡한 시스템을 형성하는 수백 개의 얇은 고리로 구성되어 있다는 것이 밝혀졌습니다. 토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 가시광선 스펙트럼에서 불투명한 탄화수소 안개층에 의해 가려졌습니다. 위성 Iapetus는 마치 태양계 설계자가 그림을 그리는 것을 잊어버린 것처럼 보였습니다. 반구 중 하나는 신선한 눈처럼 밝게 빛나고 다른 하나는 그을음처럼 검은색이었습니다.

카시니 조립

보이저호는 물리적으로 행성 근처에 머물면서 더 오랫동안 연구할 수 없었습니다. 토성과 위성의 미스터리를 풀기 위해서는 근본적으로 다른 임무가 필요했습니다. 행성 주위의 궤도에 진입하여 몇 년 동안 탐사할 수 있는 장치입니다.

1982년에 NASA와 ESA의 과학자들은 토성계에 대한 공동 장기 임무에 대한 첫 협의를 시작했습니다. 그것은 타이탄에 착륙하여 타이탄 표면에서 무슨 일이 일어나고 있는지 확인하는 궤도선과 착륙선으로 구성됩니다. 이 임무의 이름은 토성의 4개 위성과 고리의 틈을 발견한 유명한 17세기 천문학자 조반니 카시니(Giovanni Cassini)의 이름을 따서 명명되었습니다.

협상은 쉽지 않았습니다. 당시 NASA와 ESA의 관계는 여러 공동 프로젝트가 취소되면서 복잡해졌습니다. 그러나 1988년에 파트너들은 마침내 책임 분배에 동의했습니다. NASA는 카시니 궤도선을 건설하기로 되어 있었고, ESA는 타이탄을 위한 호이겐스 하강 탐사선을 건설하기로 되어 있었습니다. 토성의 고리와 타이탄 자체를 발견한 크리스티안 호이겐스(Christiaan Huygens)의 이름을 따서 명명되었습니다.

호이겐스 장치의 모델

카시니의 문제는 여기서 끝나지 않았습니다. 프로젝트의 총 예산은 30억 달러(자금의 80%는 NASA에서 배정)를 넘었고, 미국 의회는 프로젝트 자금을 박탈하겠다고 거듭 위협해 왔다. NASA에서도 모든 사람이 임무를 지지하지는 않았습니다. 그러나 카시니는 ESA 로비스트들의 노력 덕분에 살아남았습니다. 심지어 앨 고어 미국 부통령에게 프로그램을 종료하지 말라고 요청하는 편지까지 이르렀습니다. 그 결과 비록 어려움이 있었지만 임무에 필요한 자금을 확보할 수 있었습니다.

카시니에 대한 최신 위협은 녹색 위협입니다. 발사 직전 환경 운동가들은 케이프커내버럴에서 시위를 시작했고 발사 금지를 요구하는 소송을 제기했다. 원인? 역에는 32kg의 플루토늄-238이 실려 있습니다. 사실 토성 부근은 지구보다 햇빛이 100배나 적습니다. 따라서 카시니에는 에너지를 생성하기 위해 방사성 동위원소 생성 장치가 장착되었습니다.

환경 운동가들은 사고가 발생하면 방사능 오염이 발생할 것이라고 말하면서 카시니에게 "지구를 구하라"고 요구했습니다. 그리고 NASA 전문가들이 사고가 발생하더라도 플루토늄은 보호된 용기에 남아있을 것이라고 아무리 설명하더라도 이것이 "녹색"을 설득할 수는 없습니다. 다행히 법원은 환경 공포 이야기를 고려하지 않았으며 출시를 취소하지 않았습니다.

카시니를 탑재한 켄타우로스 로켓 발사

7년의 비행

카시니는 1997년 10월 15일에 발사되어 금성을 향해 향했습니다. 여기에는 실수가 없습니다. 정거장의 질량은 거의 6톤에 달하여 역사상 가장 큰 행성 간 차량 중 하나가 되었습니다. 소련의 포보스만이 더 무거웠습니다. 로켓의 힘은 그런 거대 괴물을 토성으로 직접 보내기에는 충분하지 않았습니다. 그래서 엔지니어들은 중력을 이용했습니다. 카시니는 금성을 두 번, 지구를 거쳐 목성을 거쳐 마지막으로 날아갔습니다. 이러한 중력 조종을 통해 차량은 필요한 속도를 달성할 수 있었습니다.

목성을 지나 날아가는 카시니는 이 가스 거인을 연구했습니다. 그는 대기에서 몇 가지 새로운 폭풍을 발견하고 당시 행성의 최고 품질 사진을 찍었습니다. 동시에 엔지니어들은 스테이션 장비의 기능을 확인했습니다.

여러 카시니 사진으로 만든 목성의 "초상화"

2004년 초여름에 카시니는 토성 근처에 도달했습니다. 6월 11일, 우주선은 행성에서 가장 먼 위성 중 하나인 피비(Phoebe)를 통과했습니다. 이 위성은 거대 가스 행성으로부터 거의 1,300만 킬로미터(지구와 달 사이 거리의 36배에 해당)를 공전하고 있습니다. 카시니는 이 특이한 달을 방문할 기회는 단 한 번뿐이었고, 그 궤적은 근접 비행을 위해 특별히 설계되었습니다.

7월 1일, 카시니는 극도로 어려운 작전을 수행했으며, 그 결과에 따라 전체 임무의 운명이 좌우되었습니다. 성공했습니다. 카시니는 96분 동안 주 엔진을 켠 후 행성의 중력이 엔진을 끌어올릴 수 있도록 속도를 늦췄습니다. 그리하여 역사상 최초의 토성의 인공위성이 되었습니다.

이것이 카시니가 토성을 본 방법이다

토성의 13년

"나는 너희 인간이 믿을 수 없는 것을 보았다..." 카시니가 말할 수 있다면 분명히 블레이드 러너의 말을 인용할 것이다. 작동 초기부터 장치는 다른 것보다 더 놀라운 발견을 하기 시작했습니다. 통계를 좋아하는 분들을 위해, 방송국이 토성에 머물렀던 13년 동안 약 40만 장의 사진을 찍고 600기가바이트가 넘는 정보를 지구로 보냈다고 가정해 보겠습니다. 그 결과를 바탕으로 이미 약 4,000개의 과학 기사가 작성되었으며, 카시니 데이터가 앞으로 수년 동안 분석될 것이기 때문에 이 숫자는 더 늘어날 것입니다. 임무의 모든 성과를 설명하려면 전체 에세이 모음이 필요합니다. 주요 이정표만 간략하게 언급하겠습니다.

임무의 우선 목표 중 하나는 타이탄이었습니다. 2005년 1월, 호이겐스 탐사선은 카시니에서 분리되어 역사적인 표면에 착륙했습니다. 호이겐스(Huygens) 이미지는 강바닥과 해안선과 유사한 지역으로 구성된 복잡한 지형을 보여주었습니다. 표면 사진을 보면 액체 노출 흔적이 있는 둥근 돌이 보입니다.

카시니 사진의 양쪽에서 본 타이탄

그 후 카시니는 100회가 넘는 타이탄의 저공비행을 완료했습니다. 이 장치는 레이더로 위성 표면을 스캔하고 적외선 범위에서 촬영하여 안개 아래를 관찰할 수 있었습니다. 타이탄에는 호수, 강, 바다, 심지어 비가 있다는 것이 밝혀졌습니다. 그러나 물이 아니라 액체 탄화수소, 즉 에탄과 메탄의 혼합물에서 발생합니다. 타이탄의 온도는 이러한 물질이 동시에 세 가지 상태(액체, 기체, 고체)로 존재할 수 있고 지구에서 물이 하는 것과 동일한 역할을 수행할 수 있는 정도입니다. 이것은 지구 외에 태양계에서 완전한 유체 순환이 있고 표면에 영구 수역이 존재하는 유일한 몸체입니다. 보다 정확하게는 탄화수소입니다.

타이탄에 착륙하는 호이겐스, 컨셉 아트

호이겐스가 착륙하는 동안 타이탄에 대기 바람을 기록

전반적으로 타이탄의 조건은 산소 이전 시대의 초기 지구와 매우 유사합니다. 위성은 일종의 타임머신으로 밝혀졌습니다. 이를 통해 지구상의 생명체 출현으로 이어질 수 있는 과정을 연구할 수 있었습니다. 일부 과학자들은 낮은 온도에도 불구하고 가장 단순한 형태의 생명체가 이미 타이탄에 존재할 수 있다는 조심스러운 가정을 하고 있습니다.

호이겐스가 촬영한 메르카토르 고원

장치의 사진을 기반으로 한 착륙 비디오

그러나 토성계에는 우주생물학자에게 훨씬 더 매력적인 표적인 엔셀라두스가 있었습니다. 카시니 임무 이전에는 이 위성은 별 관심이 없는 토성의 얼음 위성 중 하나로 여겨졌습니다. 그러나 카시니가 엔셀라두스를 처음 방문한 이후 이러한 생각은 근본적으로 수정되어야 했습니다.

거대 간헐천의 행성 엔켈라두스

상대적으로 작은 크기(위성의 직경은 520km로 달의 직경보다 거의 6배 작음)에도 불구하고 엔셀라두스는 태양계에서 가장 지질학적으로 활동적인 천체 중 하나라는 것이 밝혀졌습니다. 남극에는 끊임없이 물을 우주로 방출하는 간헐천이 촘촘하게 흩어져 있습니다. 이 물은 토성 주위에 별도의 고리를 형성합니다. 엔셀라두스 간헐천의 발견은 과학적 센세이션을 일으켰습니다. Cassini 프로그램은 긴급하게 변경되었으며 이후 몇 년 동안 장치는 위성을 두 번 이상 방문했습니다. 여러 번 카시니는 배출물 속을 직접 비행하여 화학 성분을 분석했습니다.

엔셀라두스의 간헐천

카시니가 수집한 데이터는 엔셀라두스의 얼음 표면 아래에 액체 물로 이루어진 전 세계 바다가 있다는 것을 보여주었습니다. 깊이는 10km로 추정되며, 그 위의 얼음 두께는 2~30km입니다. 분출된 물에 대한 화학적 분석 결과 염분, 유기 화합물 및 물질이 밝혀졌으며 이는 엔셀라두스 바다에서 활발한 열수 과정이 일어나고 있음을 나타냅니다. 이제 이 위성은 지구 밖의 태양계에서 생명체가 살기에 가장 적합한 장소로 간주됩니다.

카시니는 "채색되지 않은" 이아페투스의 미스터리를 풀 수 있었습니다. 위성 색상의 차이는 먼지로 인한 것으로 밝혀졌습니다. 운석 충돌로 인해 먼 토성의 달에서 위성이 떨어져 나가고 Iapetus의 선두 반구에 정착합니다(이것은 "전진"하는 반구입니다). 궤도에서). 먼지로 뒤덮인 지역은 인근 지역보다 더 뜨거워집니다. 결과적으로 얼음이 증발하고 표면 온도가 더 낮은 곳, 즉 후미쪽과 극지방에서 응축됩니다. 긍정적인 피드백이 형성됩니다. 어두운 영역은 더욱 어두워지고 그 반대도 마찬가지입니다.

카시니는 또한 이아페투스의 또 다른 독특한 특징, 즉 적도를 따라 뻗어 있는 고리 모양의 산맥 "이아페투스의 벽"을 발견했습니다. 특이한 지형은 높이가 최대 13km, 너비가 최대 20km, 총 길이가 약 1,300km에 이릅니다. 한 이론에 따르면, 이아페투스는 한때 고리를 가지고 있었고, 그 입자가 표면으로 떨어져 벽을 형성했습니다.

카시니 이미지의 흑백 이아페투스

그러나 물론 카시니는 토성의 위성뿐만 아니라 행성 자체도 연구했습니다. 수년간의 임무 동안 장치는 계절의 여러 변화를 포착했습니다. 그들은 육각형에서 특히 명확하게 나타났습니다. 이것은 행성의 북극에 위치한 놀라운 육각형 모양의 소용돌이에 주어진 이름입니다. 이 지층의 폭은 25,000km로 지구 지름의 약 2배입니다. 카시니는 토성의 북반구에 여름이 다가옴에 따라 육각형의 색이 진한 파란색에서 황금색으로 어떻게 변했는지 기록했습니다. 자외선의 강도가 증가하여 광화학 반응이 촉발되었고, 북극에서 화합물(톨린)이 합성되기 시작하여 폭풍의 색이 변했습니다.

2016년 토성의 육각형 소용돌이

카시니는 토성의 고리 시스템을 여러 번 촬영했습니다. 이미지는 놀라운 복잡성과 다양성을 보여주었습니다. 토성의 수많은 위성은 행성의 고리에 중력을 가하므로 소용돌이, 파도, 꼬임, 고리 및 기타 구조가 형성됩니다. 일부 작은 달은 고리 내에서 직접 공전합니다. 그들의 중력은 고리의 입자를 가속화하므로 고리에 파열이 형성됩니다. 다른 위성들은 “목자” 역할을 합니다. 예를 들어, 프로메테우스와 판도라의 궤도는 F 고리의 내부와 외부를 통과하는데, 한 쌍의 위성의 중력은 고리의 입자를 동일한 궤도에 유지하여 서로 다른 방향으로 흩어지는 것을 방지합니다.

토성의 고리를 담은 최고 품질의 사진

우리는 우주 연구를 대중화하려는 카시니의 목표를 잊어서는 안 됩니다. 그것은 쉬운 것으로 판명되었습니다. 토성은 아마도 태양계에서 가장 아름다운 행성일 것이며, 그 사진은 아마도 많은 사람들이 그들의 삶을 우주와 연결하도록 영감을 주었을 것입니다.

카시니의 가장 유명한 이미지 중 하나는 2013년 7월 19일에 촬영되었습니다. 그날 이 장치는 행성과 그 주변의 파노라마 사진을 촬영했습니다. 사진을 찍을 당시 태양은 토성의 바로 뒤에 있어 토성의 고리를 효과적으로 강조했습니다. 사진 중 하나에는 우리 행성도 나와 있습니다. 15억km 떨어진 곳에서는 옅은 푸른색 점으로 나타난다.

"지구가 웃는 날": 유명한 사진은 행성이 더 잘 보이도록 광범위한 색상 보정을 거쳤습니다. 지구는 고리 아래 오른쪽 하단에 거의 눈에 띄지 않는 지점입니다.

카시니의 마지막 모험

카시니는 종종 이상적인 우주 임무로 불린다. 이 장치는 명목상의 4년 수명을 훨씬 넘어서 작동했으며 큰 사고 없이 모든 작업을 완료했습니다. 그러나 안타깝게도 모든 기술에는 작동 시간을 제한하는 요소가 있습니다. 카시니의 경우 코스 수정에 필요한 연료 비축량이었습니다. 그것이 없었다면 장치를 제어하는 ​​것이 불가능했을 것입니다. 통제되지 않은 관측소는 토성의 위성 중 하나에 충돌하여 그곳에 지상 미생물을 옮길 수 있습니다. 그러한 시나리오를 배제하기 위해 NASA는 행성 대기에서 카시니를 태우기로 결정했습니다.

그러나 그 전에 장치는 토성의 고리 바깥 가장자리에 있는 20개의 궤도와 행성의 대기와 고리의 안쪽 가장자리 사이에 있는 또 다른 22개의 궤도라는 마지막 모험에서 살아남아야 했습니다. 이 틈새로 뛰어든 차량은 없습니다. 이 작전은 매우 위험한 것으로 간주되었지만 임무가 이미 완료에 가까워졌기 때문에 NASA는 위험을 감수하기로 결정했습니다.

카시니의 마지막 비행에 대한 예술가의 인상

이전과 마찬가지로 Cassini는 모든 작업을 훌륭하게 완료했습니다. 그는 토성의 주요 미스터리, 즉 고리의 나이와 기원을 풀어야 할 데이터를 수집했습니다. 한 버전에 따르면 그들은 행성과 함께 형성되었습니다. 다른 사람에 따르면, 이 고리는 훨씬 더 젊고, 최근 (우주 기준으로) 토성의 위성 중 하나가 파괴된 결과로 나타났다고 합니다. 카시니 데이터는 더 오랜 기간 동안 분석될 예정이지만 지금까지의 예비 결과는 두 번째 버전을 선호하는 것으로 나타났습니다.

카시니는 마지막 임무를 완수해야 했습니다. 재돌입하는 동안 차량은 추진기를 사용하여 안테나가 가능한 한 오랫동안 지구를 향하도록 유지했습니다. 이미 무너진 카시니는 여전히 가스 봉투의 구성과 토성의 자기장에 대한 데이터를 계속 전송했습니다. 여기에서도 장치는 목표를 초과하여 시뮬레이션에서 예상한 것보다 30초 더 긴 극한 조건에서 살아남았습니다. 표준시 11시 55분 46초에 캔버라에 있는 NASA의 심우주 통신 단지는 카시니로부터 마지막 ​​신호를 받았습니다. 그 무렵 장치 자체는 이미 파편으로 분해되어 불타는 유성으로 변했습니다.

NASA는 애도 없이 카시니에게 작별 인사를 했다. 그래도 이것은 재앙이 아니라 성공적인 임무의 끝이다(NASA/Joel Kowsky)

임무의 결말은 자부심, 감탄, 슬픔, 공허함 등 상충되는 감정을 불러일으켰습니다. 카시니는 너무 오랫동안 작동되어 그 자리에 없었던 때를 기억하기 어렵습니다. 1980년대부터 프로젝트에 참여해 온 미션 참가자들이 장치의 신호가 사라지는 것을 보면서 어떤 경험을 했는지 상상할 수 있습니다.

태양계의 먼 행성에 대한 다음 탐사를 위해서는 적어도 10년을 기다려야 한다는 사실을 깨닫게 되면 더욱 슬프게 됩니다. 불행하게도 우주 탐사는 느린 사업이며, 카시니의 야망에 필적할 만한 임무는 곧 없을 것입니다. 방송국에서 수집한 데이터를 바탕으로 많은 새로운 발견이 이뤄질 것이라는 사실만으로도 위안이 됩니다.

카시니의 유산은 아주 오랫동안 지속될 것입니다. 그가 찍은 토성과 위성의 사진은 영원히 우리와 함께 남을 것입니다. 카시니 덕분에 우리는 이전에는 하늘의 점들에 불과했던 이 우주체를 그 모든 영광 속에서 볼 수 있었습니다.