Pożegnanie z Cassini: stacja międzyplanetarna spłonęła w atmosferze Saturna. Ostatnie godziny sondy Cassini (15 zdjęć)

15 września 2017 r o godzinie 04:55 PDT (11:55 UTC) Ziemia przestała słyszeć sygnał z nadajnika radiowego Cassini. Po prawie dwudziestoletnim locie i ponad 13-letniej pracy w układzie Saturna amerykański statek kosmiczny wszedł w atmosferę planety, przesyłając do ostatniej sekundy unikalne dane naukowe.

Cassini została wystrzelona 15 października 1997 r. i weszła na orbitę wokół Saturna 1 lipca 2004 r. W ciągu 13 lat wykonała 293 orbity wokół planety i wykonała 162 bliskie przeloty w pobliżu swoich księżyców. Urządzenie sporządziło mapę ich powierzchni i zmierzyło skład chemiczny, śledziło ewolucję procesów sezonowych na Saturnie i Tytanie oraz badało pierścienie planety, jej magnetosferę, naładowane cząstki i fale w kosmicznej plazmie.

Krótki przegląd orbitalnej „trasy” Cassini, która trwała o dziewięć lat dłużej niż pierwotnie planowano i składała się z kilku kolejnych misji, zamieszczono w NK nr 7, 2017.

„Wielki finał” dwudziestoletniej podróży Cassini zaplanowano na siedem lat przed jego realizacją. Decyzja o wysłaniu urządzenia w atmosferę Saturna wynikała z obaw o skażenie księżyców planety przez ziemskie mikroorganizmy – zwłaszcza Enceladusa z jego subglacjalnym oceanem, z którego wybuchają polarne gejzery. Spotkanie z przedstawicielami ziemskiej biosfery, która mogłaby przetrwać w nadającym się do życia stanie na elementach konstrukcyjnych statku kosmicznego, zniekształciłoby wygląd lokalnego życia, jeśli w ogóle takie miałoby miejsce.

Ostatnie pięć miesięcy

Ostatnia faza wyprawy rozpoczęła się podczas programu lotów Cassini S99, który rozpoczął się 11 kwietnia. Od 25 maja do 9 lipca przećwiczono sekwencję poleceń S100, a od 10 lipca do końca – S101, która obejmowała 10 657 pojedynczych poleceń.

22 kwietnia 2017 r. odbył się ostatni przelot Tytana w pobliżu celu za pomocą manewru grawitacyjnego, w wyniku którego najniższy punkt orbity statku kosmicznego przesunął się pod układ pierścieni. Teraz urządzenie musiało wykonać 22 orbity o nachyleniu od 62,4° do 61,7° w okresie 6,4–6,5 dnia, za każdym razem przechodząc w perycentrum pomiędzy powierzchnią widoczną a pierścieniami Saturna i oddalając się od niego o około 1,27 mln km. planeta w apocentrum.

Pierwsze „nurkowanie” miało miejsce 26 kwietnia na 271. orbicie, kiedy Cassini przeleciał na wysokości 2800 km nad wierzchołkami chmur planety z maksymalną prędkością 33,957 km/s. Obszar pod pierścieniami okazał się praktycznie wolny od kurzu – urządzenie RPWS do rejestracji fal radiowych i plazmowych zarejestrowało jedynie kilka cząstek o wielkości 1 µm i poniżej. Dało to nadzieję na powodzenie wszystkich kolejnych przelotów i realizację programu naukowego, który obejmował mapowanie pola grawitacyjnego i magnetycznego planety, fotografowanie i sondowanie pierścieni i powierzchni Saturna z minimalnej odległości oraz bezpośrednie pomiary skład górnych warstw atmosfery.

Spośród 17 pierwszych lotów najniższy odbył się 15 maja na wysokości 2660 km, a najwyższy 28 maja na wysokości 3900 km nad chmurami Saturna. Stało się to jednocześnie najgłębszą penetracją pierścienia wewnętrznego D. Aby zmienić wysokość perycentrum pomiędzy poszczególnymi orbitami, Tytan przeleciał obok niego 23 maja w odległości 118 000 km i 10 lipca w odległości 264 000 km jako dwie małe poprawki. W dniu 10 maja wykonano manewr OTM-471 ze wzrostem prędkości zaledwie 21 mm/s poprzez włączenie silników na 14 sekund. Ostatnia korekta OTM-472 była bardziej znacząca – 15 lipca silniki pracowały przez 153,125 sekundy i zmieniły prędkość statku kosmicznego na 143,64 mm/s.

11 sierpnia Cassini minęła 195 000 km od Tytana, przez co wysokość perycentrum sondy spadła o 1200 km. Dlatego podczas ostatnich pięciu lotów statek kosmiczny „uderzył” w samą krawędź atmosfery na wysokości od 1710 km do 1630 km, a do utrzymania orientacji zastosowano nie koła zamachowe, ale silniki na paliwo ciekłe o niskim ciągu. Dokładna wysokość każdego przęsła nie została opublikowana; Wiemy tylko, że trzeci z nich był rekordowo niski w dniu 27 sierpnia. Te pięć orbit posłużyło jako próby przed ostatecznym wejściem Cassini w atmosferę.

Przelatując przez płaszczyznę pierścieni z prędkością od 33,6 km/s do 35,0 km/s, Cassini z reguły ustawiał swoją wysoce kierunkową antenę do przodu, wzdłuż wektora prędkości, aby chronić bardziej „wrażliwe” części przed cząsteczkami pyłu. Jednak podczas „nurkowania” w pierścień D na 276. i 277. orbicie było mało pyłu i na 281. zdecydowano się tego nie robić; urządzenie przeszło bezpiecznie przez najniższą część pierścienia i nie uległo uszkodzeniu. Cassini większość swoich lotów wykonała w trybie autonomicznym, po czym „raportowała” wyniki, ale na orbitach 273, 274, 275, 278, 280 i 284 transmitowała bezpośrednio na Ziemię podczas przechodzenia przez płaszczyznę pierścieni.

Już podczas pierwszego przelotu kamera ISS wykonała zdjęcia Saturna w rozdzielczości 10 razy lepszej niż przez poprzednie 13 lat. Fotografowanie planety, pierścieni i satelitów oraz badanie ich spektrometrami VIMS, CIRS i UVIS w różnych kombinacjach odbywało się na wszystkich kolejnych orbitach. W pierścieniach szczególnie interesujące były różne efekty krawędziowe, zaburzenia i drobne niestabilności, znane pod kryptonimem „śmigła”. Zostały nazwane na cześć wielkich pilotów XX wieku - Bleriot, Santos-Dumont, Earhart.

Spośród satelitów najczęściej obserwowano Tytana i Enceladusa, zwłaszcza jego południowy region polarny z gejzerami, ale był czas na sfotografowanie Dione na 280. orbicie i dla bardzo małych satelitów. Maleńki Bebhionn – podwójny obiekt o średnicy zaledwie 6 km, rozciągający się w apocentrum 25 milionów km od Saturna – został uchwycony na orbitach 272, 273, 276, 280 i 282. Dwukrotnie większy 14-kilometrowy Kiviuk, który jest także podejrzane o charakter binarny, sfotografowane 28 lipca, 9 i 16 sierpnia oraz Trümr 23 sierpnia i 3–4 września. Ponadto 6 czerwca przeprowadzono spektrometrię gwiazdy ε Orionis podczas zaćmienia przez jej satelitę Tethys (Tethys).

10 i 16 sierpnia kamera ISS obserwowała Neptuna na niebie w pobliżu Kiviuka. Oznaczało to, że Cassini była w stanie sfotografować osiem z dziewięciu planet (w tym Plutona, ale z wyłączeniem Merkurego).

Do określenia charakterystyki pola grawitacyjnego Saturna i oświetlenia pierścieni wykorzystano kompleks radiowy, a analizator pyłu kosmicznego CDA próbował „złapać” ich materię. Urządzenie RADAR przeskanowało je z rozdzielczością od 4 km do 100 m na 276. i 277. orbicie, a także zbadało atmosferę Saturna: na 288. orbicie w trybie pasywnym oraz na 290. i 292. w trybie aktywnym. Naukowcy interesowali się stężeniem amoniaku w atmosferze poniżej warstwy chmur amoniaku jako dowodem na pogodę Saturna.

292. orbita, także 22. z serii Wielkiego Finału, rozpoczęła się od przejścia apocentrum 5 września o 18:47 czasu pokładowego UTC. 9 września o godzinie 00:09–00:14 urządzenie kolejno przeszło płaszczyznę pierścieni i perycentrum orbity, a 13 godzin później rozpoczęło przesyłanie otrzymanych informacji na Ziemię. 11 września, pod koniec swojej orbity Cassini doświadczyła przyciągania Tytana. Lot był jednym z odległych – o godzinie 19:04 UTC urządzenie przeleciało 119 049 km nad powierzchnią satelity – jednak pod wpływem grawitacji Tytana prędkość statku kosmicznego spadła o 29 m/s, w wyniku czego percentrum orbity zanurzyło się w atmosferze Saturna.

Rozpoczęła się 293. orbita 12 września o godzinie 05:27 czasu pokładowego UTC. W ciągu ostatnich dwóch dni sonda sfotografowała Tytana i Enceladusa zachodzącego za północnym horyzontem Saturna, planetę i indywidualne cechy jej pierścieni, w tym zagęszczenie o kryptonimie Peggy na zewnętrznej krawędzi pierścienia A, co może reprezentują tworzącego się małego satelitę. Wreszcie spektrometr VIMS i inne instrumenty optyczne zaobserwowały obszar zbliżającego się upadku Cassiniego. Zrobiono ostatnie zdjęcie 14 września o 19:58 UTC.

O godzinie 21:45 UTC, według czasu dotarcia sygnału na Ziemię, co odpowiadało godzinie 20:22 czasu na pokładzie, rozpoczęła się ostatnia 14,5-godzinna sesja komunikacyjna. Cassini transmitowała informacje na częstotliwości 8,43 GHz z szybkością 66 360 bps, uwalniając swoje półprzewodnikowe urządzenie magazynujące od zarejestrowanych danych w ciągu 11 godzin. Sygnał statku kosmicznego dotarł do stacji Long-Distance Network w Goldstone z poziomem mocy -128,06 dB, czyli 1,56,10-19 W. Najnowsze zdjęcia zostały zaakceptowane i niezwłocznie opublikowane w surowej formie na stronie internetowej projektu Cassini.

Po zakończeniu resetowania danych, 15 września o godzinie 07:14 czasu pokładowego statek kosmiczny rozpoczął pięciominutowy obrót do takiej pozycji, że spektrometr masowy jonów i atomów neutralnych INMS znajdował się z przodu statku kosmicznego w kierunku lotu i mógł bezpośrednio mierzyć skład górna atmosfera Saturna i jej zmiany wysokości. Na Ziemi pałeczkę przejęła 70-metrowa antena DSS-43 w pobliżu Canberry, zdolna do obsługi odbioru z prędkością 124 426 bps. Cassini jednak natychmiast przekonfigurowała płytkę tak, że w ciągu ostatnich trzech i pół godziny informacje naukowe zostały przesłane na Ziemię z prędkością 27 650 bps w czasie zbliżonym do rzeczywistego – zaledwie kilka sekund po ich otrzymaniu na pokładzie. Transmisja odbywała się w paśmie X i S z odbiorem na paśmie 70 m oraz, w drodze rezerwacji, na jednej z anten 34 m w Australii. Ponadto obserwacje Dopplera przeprowadziła stacja New Norcia Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Instrukcje dla urządzenia dotyczące końcowego etapu lotu były proste. Cassini zbliża się do planety z półkuli północnej. Punkt wejścia do atmosfery znajduje się po stronie dziennej, 10° na północ od równika. Urządzenie musi wykonywać pomiary ośmioma z 12 instrumentów (spektrometr mas INMS, spektrometry CIRS i UVIS, instrumenty magnetosferyczne i plazmowe MIMI, RPWS, MAG, czujnik pyłu kosmicznego CDA oraz wysoce stabilny generator kompleksów radiowych) i przesyłać dane do tego ostatniego. Taką możliwość zapewnią pokładowe silniki rakietowe na paliwo ciekłe o ciągu 0,5 N, wspomagające orientację anteny silnie kierunkowej względem Ziemi w zakresie ±0,1° od zadanej dzięki emisji krótkich impulsów.

Eksperci balistyczni przewidywali, że Cassini odczuje skutki cienkiej górnej atmosfery Saturna na wysokości 1915 km nad wierzchołkami chmur i powyżej poziomu ciśnienia 1 atm. Jak wszystkie tego typu granice, i ta była w pewnym stopniu warunkowa. Podczas lotu poza atmosferą wystarczy, że silniki odpalą raz na kilka minut, kompensując jedynie niewielki moment obrotowy wywołany przez pole grawitacyjne planety. Wraz ze wzrostem gęstości płaszcza gazowego i ciśnienia prędkości powinien rosnąć moment obrotowy i częstotliwość robocza. Za warunkowy punkt wejścia przyjęto moment, w którym cykl pracy – czyli proporcja czasu pracy silników rakietowych na paliwo ciekłe – osiąga 10%.

Aby poradzić sobie z wpływem atmosfery na wystające elementy konstrukcji Cassini, w szczególności na 11-metrowy wysięgnik magnetometru, silniki rakietowe na paliwo ciekłe będą stopniowo zwiększać cykl pracy z 10 % do 100 %. Ten etap zajmie około minuty, podczas której ziemski pojazd zejdzie łagodną trajektorią do znaku 1500 km. Tutaj zakłócające momenty nadchodzącego przepływu staną się silniejsze niż stabilizujące impulsy stale pracujących silników. Urządzenie zacznie się obracać, wykonując niekontrolowane salto, a Ziemia odsunie się od osi swojej anteny. Za kolejne trzydzieści sekund sonda Ziemi zacznie się zapadać, a kilka minut później atmosfera planety wchłonie jej szczątki.

Najnowsza opublikowana prognoza głosiła, że ​​Cassini rozpocznie ponowne wejście na pokład 15 września o godzinie 03:31 PDT (10:31 UTC) czasu pokładowego, a minutę później straci orientację. 83 minuty i 27 sekund później, o godzinie 04:55:16 PDT (11:55:16 UTC), ostatni sygnał ze statku kosmicznego dotrze do Ziemi i nie będzie już słyszeć Cassini.

Ogólnie rzecz biorąc, ta prognoza się sprawdziła: urządzenie było w stanie wytrzymać atmosferę Saturna przez 91 sekund, a przez ostatnie 20 sekund silniki pracowały na 100 % swoich możliwości. Sygnał użyteczny w paśmie X z informacją naukową został przerwany o godzinie 11:55:39, a w paśmie S o godzinie 11:55:47. Z danych telemetrycznych wynikało, że w ciągu tych ostatnich 8 sekund Cassini zaczęła powoli się cofać. Następnie z sygnału odbieranego na Ziemi zniknęła telemetria i pozostała tylko częstotliwość nośna, ale po 24 sekundach również przestała docierać. Po zakopaniu się w atmosferze Saturna na wysokości 1391 km przy prędkości 34,449 km/s aparat ziemski przestał istnieć.

„To ostatni rozdział niesamowitej misji, ale to także nowy początek” – powiedział zastępca administratora NASA, dr Thomas Zurbuchen. „Odkrycie przez Cassini światów oceanicznych na Tytanie i Enceladusie zmieniło wszystko i zachwiało naszym rozumieniem niesamowitych miejsc, w których można szukać życia poza Ziemią do jej jądra”.

„Być może Cassini nas opuściła, ale jej dary naukowe zapewnią nam zajęcie przez wiele lat” – powiedziała naukowiec projektu JPL, dr Linda J. Spilker. „To zaledwie zarys tego, czego możemy się dowiedzieć z góry danych, które przesłał nam przez całe swoje życie”.

„Zespół zarządzający Cassini wykonał absolutnie znakomitą robotę, doprowadzając statek kosmiczny do odpowiedniego końca” – powiedział kierownik projektu Earl H. Maize. „Od zaprojektowania trajektorii siedem lat temu po wykonanie 22 zapierających dech w piersiach nurkowań między Saturnem a jego pierścieniami – to właśnie ta fantastyczna grupa naukowców i inżynierów znalazła odpowiednie zakończenie wspaniałego projektu”.

W ciągu 20 lat lotu Cassini przeleciał 7,9 miliarda km, otrzymał i wykonał 2,5 miliona poleceń w ramach 101 etapów programu lotu, wykonał 360 manewrów i poprawek*, odkrył sześć satelitów Saturna, wykonał i przesłał na Ziemię 453 048 zdjęć, oraz łącznie 635 GB informacji naukowej, na podstawie której do końca wyprawy opublikowano 3948 artykułów naukowych.

Za kilka godzin jedna z najdłuższych, najdroższych i udanych misji kosmicznych w historii eksploracji kosmosu zakończy swoją podróż, spalając się w atmosferze najbardziej spektakularnej gigantycznej planety, Saturna. Sonda Cassini, która działa od prawie 20 lat, będzie przesyłać najnowsze unikalne dane. strona opowiada o historii i kluczowych odkryciach tego niesamowitego urządzenia.

Nazwa i rozwój

Od razu trzeba powiedzieć, że nazywanie misji po prostu Cassini jest błędne. Prawidłowa nazwa wspólnego pomysłu NASA, ESA i Włoskiej Agencji Kosmicznej to Cassini – Huygens. Urządzenie orbitalne, które zostało opracowane w USA, zostało nazwane na cześć Giovanniego Domenico Cassiniego, który odkrył cztery satelity Saturna (tzw. „gwiazdy Ludwika”: Japetus, Rhea, Tetyda i Dione) oraz lukę między pierścienie - szczelina Cassiniego; Lądownik nazwano Huygens na cześć Christiaana Huygensa, który zbudował matematyczny model pierścieni Saturna i wyjaśnił fazy planety. Włoska agencja kosmiczna samodzielnie opracowała i zbudowała antenę do komunikacji kosmicznej na duże odległości, za pomocą której sonda komunikuje się z Ziemią.

Giovanniego Domenico Cassiniego

Wikimedia Commons

Było to jedno z pierwszych doświadczeń współpracy Europy i Ameryki w przestrzeni kosmicznej i być może najdroższe. Całkowity koszt misji to 3,26 miliarda dolarów, z czego NASA wydała 2,6 miliarda, 500 milionów i 160 milionów przekazały Włochy (dla porównania: koszt pierwszej (udanej) indyjskiej misji wyniósł zaledwie 70 milionów). Było to bardzo duże urządzenie: masa startowa kompleksu wynosiła 5712 kilogramów. W całej historii bezzałogowych eksploracji planet tylko trzy misje były cięższe i wszystkie były radzieckie. „Fobos-1”, „Fobos-2” i „Mars-96”, które nigdy nie opuściły okolic Ziemi.

Montaż aparatu w NASA

Pomysł stworzenia ciężkiego pojazdu (tak zwanej klasy „Flagship”; wśród urządzeń tego poziomu są Jowiszowy Galileo i Marsian Curiosity) zrodził się jeszcze w latach 80. XX wieku, po przelocie sondy kosmicznej Voyager obok Saturna. W tworzeniu aparatu wzięło udział 27 krajów. Nowa ciężka sonda z modułem opadania i dużym zapasem plutonu do wytwarzania prądu (w rejonie Saturna jest już bardzo mało światła, a urządzenia muszą być zasilane prądem za pomocą RTG – radioizotopowego generatora termoelektrycznego, w którym ciepło z rozpadu plutonu jest bezpośrednio przekształcany w energię elektryczną) wyruszył w stronę Saturna 15 października 1997 fantastycznie pięknym nocnym startem.

Wystrzelenie Cassini

Podczas lotów z planety na planetę bezpośrednia trasa jest najbardziej nieopłacalna: trzeba zmarnować dużo paliwa, dlatego statki kosmiczne zawsze korzystają z tzw. manewrów grawitacyjnych, przyspieszając w polu grawitacyjnym innych planet. Zatem Cassini zaraz po wystrzeleniu udała się… na Wenus. Tak, czasami trzeba polecieć w przeciwnym kierunku, aby zaoszczędzić pieniądze. Urządzenie wykonało swoje pierwsze trzy manewry grawitacyjne w pobliżu drugiej i trzeciej planety Układu Słonecznego. 26 kwietnia 1998 r. i 24 czerwca 1999 r. sonda dwukrotnie przeleciała obok Wenus, a 18 sierpnia 1999 r. odwiedziła naszą Ziemię, testując jednocześnie swoje aparaty i wykonując luksusowy portret Księżyca.

Zdjęcie Księżyca wykonane podczas trzeciego manewru grawitacyjnego Cassini

Wir na biegunie północnym Saturna

Oczywiście wiele badań poświęcono pierścieniom Saturna. Niektóre z nich (na przykład łuk Ante czy pierścień Pallene) odkryła sama Cassini.

26 kwietnia 2017 roku sonda Cassini wkroczyła w ostatni etap swojego życia, zwany „Wielkim Finałem” – sonda po raz ostatni zbliżyła się do największego księżyca Saturna, Tytana, przed zakończeniem swojej misji. Cassini przesłała już na Ziemię ostatnie zdjęcia, jakie wykonała, po czym zbliżyła się jak najbliżej Tytana, najbardziej ziemskiego księżyca Saturna, którego grawitacja pozwoliła urządzeniu przyspieszyć i odbyć swój ostatni lot na orbicie pomiędzy pierścienie Saturna i górne warstwy atmosfery gazowego olbrzyma – podaje NASA.

Naukowcy mają nadzieję, że podczas ostatniego lotu sondy Cassini urządzenie będzie w stanie zebrać maksymalną ilość nieznanych wcześniej informacji, które pozwolą określić długość dnia Saturna, a także wiek jego pierścieni. To prawda, że ​​​​bycie na orbicie Saturna spowoduje, że sonda wpadnie w gęste warstwy atmosfery gigantycznej planety, w wyniku czego po prostu się spali.

Sonda Cassini wyruszyła w swój ostatni lot pomiędzy Saturnem a jego pierścieniami - najnowsze zdjęcia

Ostatni lot sondy Cassini wokół Saturna będzie zwieńczeniem 12-letniej misji, podczas której sonda uzyskała wiele nowych zdjęć planety, a także oświetliła jej jeziora i morza węglowodorowe za pomocą radarów. Ale przed całkowitym spaleniem w atmosferze gazowego giganta urządzenie będzie miało czas na wykonanie kolejnych 22 lotów między pierścieniami Saturna a ich „władcą”, zbierając i przesyłając dane o tej planecie aż do samego końca.

Przypomnijmy, że sonda Cassini po raz pierwszy dotarła do Saturna 30 czerwca 2004 roku i stała się pierwszym sztucznym satelitą tej planety.14 stycznia 2005 roku sonda Huygens, którą Cassini miała na pokładzie, po raz pierwszy wylądowała na Tytanie. 15 września 2017 r. zakończy się misja badawcza statku kosmicznego Cassini – na przestrzeni lat badań układu Saturna sonda przeleciała w pobliżu tego ogromnego satelity 126 razy i za każdym razem przełączała się na nową trajektorię, która kierowała ją do nowych badań obiekty.

Sonda Cassini to ostatni lot pomiędzy Saturnem a jego pierścieniami (wideo):

15 września 2017 roku sonda Cassini spłonęła w atmosferze Saturna. To wydarzenie zjednoczyło miłośników kosmosu na całej Ziemi. Cassini nie był byle jakim satelitą. Był jednym z głównych symboli badań kosmicznych i nauki w ogóle. Ten sam symbol, co teleskop Hubble'a lub Wielki Zderzacz Hadronów.

Cassini została wystrzelona w 1997 r. Wyobraźcie sobie – to rok, w którym wydano Titanica, Quake 2 i pierwszego Fallouta. Podczas pracy Cassiniego dorastało całe pokolenie. Dzięki Cassini wielu współczesnych miłośników astronomii zainteresowało się kosmosem. Dlatego dzisiaj wspominamy historię misji i składamy jej hołd, na jaki zasługuje.

Od koncepcji do platformy startowej

W latach 1980–1981 para dokonała historycznego przelotu obok Saturna. Wykonali pierwsze szczegółowe zdjęcia planety, jej pierścieni i satelitów, a także przeanalizowali atmosferę i pole magnetyczne. Wyniki zadziwiły astronomów. Okazało się, że pierścienie Saturna składają się z setek cienkich pierścieni tworzących złożony układ. Tytan, największy satelita Saturna, był zasłonięty warstwą węglowodorowej mgły, która była nieprzezroczysta w widmie widzialnym. Satelita Japetus wyglądał, jakby projektant Układu Słonecznego zapomniał go pomalować: jedna z jego półkul świeciła jasno jak świeży śnieg, druga była czarna jak sadza.

Zespół Cassiniego

Voyagerowie nie byli fizycznie w stanie pozostać w pobliżu planety i badać jej dłużej. Aby rozwikłać tajemnice Saturna i jego księżyców, potrzebna była zupełnie inna misja. Urządzenie, które mogłoby wejść na orbitę wokół planety i badać ją przez kilka lat.

W 1982 roku naukowcy z NASA i ESA rozpoczęli pierwsze konsultacje dotyczące wspólnej, długotrwałej misji do układu Saturna. Składałby się z orbitera i lądownika, które miałyby wylądować na Tytanie i zobaczyć, co dzieje się na jego powierzchni. Misja została nazwana na cześć Giovanniego Cassiniego, słynnego XVII-wiecznego astronoma, który odkrył cztery księżyce Saturna i przerwę w jego pierścieniach.

Negocjacje nie były łatwe. W tym czasie stosunki między NASA a ESA komplikowało odwołanie szeregu wspólnych projektów. Jednak w 1988 roku partnerzy ostatecznie zgodzili się na podział obowiązków. NASA miała zbudować orbiter Cassini, ESA miała zbudować sondę opadającą Huygens dla Tytana. Został nazwany na cześć Christiaana Huygensa, który odkrył pierścienie Saturna i samego Tytana.

Model aparatu Huygensa

Na tym nie skończyły się problemy Cassiniego. Całkowity budżet projektu przekroczył trzy miliardy dolarów (80% środków przydzieliła NASA), a Kongres amerykański wielokrotnie groził pozbawieniem projektu finansowania. Nawet w NASA nie wszyscy wspierali tę misję. Jednak Cassini przeżyła w dużej mierze dzięki wysiłkom lobbystów ESA. Sprawy posunęły się nawet do listów do wiceprezydenta USA Ala Gore’a, w których proszono go, aby nie zamykał programu. W rezultacie, choć z trudem, misja otrzymała niezbędne fundusze.

Najnowsze zagrożenie dla Cassini to zielone. Krótko przed startem działacze na rzecz ochrony środowiska rozpoczęli demonstracje na przylądku Canaveral i złożyli pozew, żądając zakazu startu. Przyczyna? Na pokładzie stacji znajdowało się 32 kilogramy plutonu-238. Faktem jest, że w pobliżu Saturna dociera 100 razy mniej światła słonecznego niż Ziemia. Dlatego do wytwarzania energii Cassini został wyposażony w generator radioizotopów.

Działacze na rzecz ochrony środowiska stwierdzili, że w razie wypadku nastąpi skażenie radioaktywne i zażądali „uratowania Ziemi” przed Cassini. I niezależnie od tego, jak bardzo eksperci NASA wyjaśniali, że nawet w razie wypadku pluton pozostanie w chronionym pojemniku, „zielonych” to nie przekonało. Na szczęście sąd nie wziął pod uwagę opowieści o horrorach środowiskowych i nie odwołał startu.

Wystrzelenie rakiety Centaur z Cassini na pokładzie

Siedem lat w locie

Cassini wystartowała 15 października 1997 roku i skierowała się w stronę… Wenus. Nie ma tu żadnego błędu. Masa stacji wyniosła prawie sześć ton, co uczyniło ją jednym z największych pojazdów międzyplanetarnych w historii: więcej ważył jedynie radziecki Fobos. Moc rakiety nie wystarczyła, aby wysłać takiego kolosa bezpośrednio na Saturna. Inżynierowie wykorzystali więc grawitację. Cassini dwukrotnie przeleciała obok Wenus, potem Ziemi, a na koniec Jowisza. Te manewry grawitacyjne pozwoliły pojazdowi osiągnąć wymaganą prędkość.

Przelatując obok Jowisza, Cassini zdołała zbadać tego gazowego olbrzyma. Odkrył w jej atmosferze kilka nowych burz i wykonał wówczas najwyższej jakości zdjęcia planety. Jednocześnie inżynierowie sprawdzili funkcjonalność przyrządów stacji.

„Portret” Jowisza wykonany z kilku zdjęć Cassini

Wczesnym latem 2004 roku Cassini dotarła w pobliże Saturna. 11 czerwca sonda minęła Phoebe, jednego z najdalszych satelitów planety, krążącego wokół gazowego giganta w odległości prawie 13 milionów kilometrów (co stanowi 36-krotność odległości między Ziemią a Księżycem). Cassini miała tylko jedną szansę odwiedzenia tego niezwykłego księżyca, a jego trajektoria została zaprojektowana specjalnie do bliskiego przelotu.

1 lipca Cassini wykonał niezwykle trudny manewr, od którego wyniku zależały losy całej misji. To się udało. Cassini włączyła swój główny silnik na 96 minut i zwolniła, aby grawitacja planety mogła go wychwycić. W ten sposób stał się pierwszym w historii sztucznym satelitą Saturna.

Tak Cassini widział Saturna

Trzynaście lat dla Saturna

„Widziałem rzeczy, w które wy, ludzie, nie uwierzylibyście…” Gdyby Cassini umiała mówić, z pewnością zacytowałaby „Łowcę androidów”. Od samego początku swojego działania urządzenie zaczęło dokonywać odkryć, jednego bardziej niesamowitego, a drugiego. Dla miłośników statystyk powiemy, że w ciągu 13 lat pobytu na Saturnie stacja wykonała około 400 tysięcy zdjęć i wysłała na Ziemię ponad 600 gigabajtów informacji. Na podstawie ich wyników napisano już około 4000 artykułów naukowych – a liczba ta będzie rosła, ponieważ dane Cassini będą analizowane przez wiele lat. Aby opisać wszystkie osiągnięcia misji, potrzebny byłby cały zbiór esejów. Wspomnimy tylko pokrótce o głównych kamieniach milowych.

Jednym z priorytetowych celów misji był Tytan. W styczniu 2005 roku sonda Huygens oddzieliła się od Cassini i dokonała historycznego lądowania na jej powierzchni. Zdjęcia Huygensa pokazywały złożony teren z obszarami przypominającymi koryta rzek i linie brzegowe. Fotografie z powierzchni przedstawiają zaokrąglone kamienie ze śladami narażenia na działanie cieczy.

Tytan z obu stron na zdjęciu Cassini

Następnie Cassini wykonał ponad sto przelotów obok Tytana. Urządzenie skanowało powierzchnię satelity za pomocą radaru, a strzelanie w zakresie podczerwieni umożliwiało zaglądanie pod jego mgłę. Okazało się, że Tytan ma jeziora, rzeki, morza, a nawet deszcze. Ale nie z wody, ale z ciekłych węglowodorów - mieszaniny etanu i metanu. Temperatura na Tytanie jest taka, że ​​substancje te mogą występować jednocześnie w trzech stanach (ciekły, gazowy, stały) i pełnić tę samą rolę, jaką pełni woda na naszej planecie. Jest to jedyne ciało w Układzie Słonecznym, poza Ziemią, w którym zachodzi pełny cykl płynów, a na powierzchni znajdują się stałe zbiorniki wodne. Dokładniej, węglowodory.

Huygens lądujący na Tytanie, grafika koncepcyjna

Rejestracja wiatru atmosferycznego na Tytanie wykonana przez Huygensa podczas lądowania

Ogólnie rzecz biorąc, warunki na Tytanie bardzo przypominają wczesną Ziemię w epoce przedtlenowej. Satelita okazał się swego rodzaju wehikułem czasu: umożliwił badanie procesów, które mogą doprowadzić do pojawienia się życia na naszej planecie. Niektórzy naukowcy przyjmują nawet ostrożne założenia, że ​​pomimo niskich temperatur na Tytanie mogą już istnieć najprostsze formy życia.

Płaskowyż Mercator sfotografowany przez Huygensa

Film z lądowania na podstawie zdjęć z urządzenia

Ale w układzie Saturna istniał jeszcze bardziej atrakcyjny cel dla astrobiologów – Enceladus. Przed misją Cassini uważano go po prostu za jeden z wielu lodowych księżyców Saturna i mało interesujący. Jednak po pierwszej wizycie Cassiniego na Enceladusie pomysły te musiały zostać radykalnie zmienione.

Enceladus, planeta gigantycznych gejzerów

Okazało się, że pomimo stosunkowo niewielkich rozmiarów (średnica satelity wynosi 520 kilometrów, czyli prawie sześciokrotnie mniej niż Księżyc), Enceladus jest jednym z najbardziej aktywnych geologicznie ciał Układu Słonecznego. Jego biegun południowy jest gęsto usiany gejzerami, które stale emitują wodę w przestrzeń kosmiczną. Woda ta tworzy oddzielny pierścień wokół Saturna. Odkrycie gejzerów Enceladusa stało się naukową sensacją. Program Cassini został pilnie zmieniony, a w kolejnych latach urządzenie odwiedziło satelitę więcej niż raz. Cassini kilkakrotnie przelatywała bezpośrednio przez jej emisje, analizując ich skład chemiczny.

Gejzery Enceladusa

Dane zebrane przez sondę Cassini wykazały, że pod lodową powierzchnią Enceladusa znajduje się globalny ocean ciekłej wody. Jego głębokość szacuje się na 10 kilometrów, grubość lodu nad nim waha się od 2 do 30 kilometrów. Analiza chemiczna wyrzuconej wody ujawniła zawarte w niej sole, związki organiczne i substancje, co wskazuje, że w oceanie Enceladusa zachodzą aktywne procesy hydrotermalne. Obecnie ten satelita jest uważany za najbardziej odpowiednie miejsce do życia w Układzie Słonecznym poza Ziemią.

Cassini udało się rozwiązać zagadkę „niedomalowanego” Japetusa. Okazało się, że różnice w kolorze satelity wynikają z pyłu: uderzenia meteorytów wybijają go z odległych księżyców Saturna i osiada na wiodącej półkuli Japetusa (jest to półkula, z którą porusza się „do przodu” na swojej orbicie). Obszary pokryte kurzem nagrzewają się bardziej niż obszary sąsiednie. W rezultacie lód odparowuje z nich i skrapla się tam, gdzie temperatura powierzchni jest niższa: po stronie spływu i w obszarach okołobiegunowych. Powstaje pozytywne sprzężenie zwrotne: ciemne obszary stają się jeszcze ciemniejsze i odwrotnie.

Cassini odkryła także inną unikalną cechę Japetusa – pasmo górskie w kształcie pierścienia „Ściana Japetusa”, które rozciąga się wzdłuż jego równika. Niezwykła formacja ma wysokość do 13 kilometrów, szerokość do 20 kilometrów i całkowitą długość około 1300 kilometrów. Według jednej z teorii Japetus miał kiedyś pierścień, a jego cząsteczki opadały na powierzchnię i tworzyły ścianę.

Czarno-biały Japetus na zdjęciach Cassini

Ale oczywiście Cassini badał nie tylko satelity Saturna, ale także samą planetę. Na przestrzeni lat misji urządzenie zarejestrowało kilka zmian pór roku. Szczególnie wyraźnie zamanifestowały się w sześciokącie - tak nazywa się niesamowity wir w kształcie sześciokąta znajdujący się na biegunie północnym planety. Szerokość tej formacji wynosi 25 tysięcy kilometrów, czyli w przybliżeniu dwie średnice Ziemi. Cassini zarejestrowała, jak wraz z nadejściem lata na północnej półkuli Saturna sześciokąt zmienił kolor z ciemnoniebieskiego na złoty. Wzrosło natężenie promieniowania ultrafioletowego, co wywołało reakcje fotochemiczne, a na biegunie północnym zaczęto syntetyzować związki (tholiny), co zmieniło kolor burzy.

Sześciokątny wir Saturna w 2016 roku

Cassini wielokrotnie fotografowała układ pierścieni Saturna. Obrazy ukazały ich niezwykłą złożoność i zmienność. Liczne satelity Saturna wywierają swoją grawitację na pierścienie planety, dlatego tworzą się w nich wiry, fale, załamania, pętle i inne struktury. Niektóre małe księżyce krążą bezpośrednio wewnątrz pierścieni. Ich grawitacja przyspiesza cząstki pierścieni, dlatego tworzą się w nich pęknięcia. Inne satelity pełnią rolę „pasterzy”. Na przykład orbity Prometeusza i Pandory przechodzą wewnątrz i na zewnątrz pierścienia F. Grawitacja pary satelitów utrzymuje cząstki pierścieni na tej samej orbicie, zapobiegając ich rozpraszaniu w różnych kierunkach.

Najwyższej jakości zdjęcie pierścieni Saturna

Nie możemy zapominać o celu Cassini, jakim jest popularyzacja badań kosmicznych. Okazało się to łatwe. Saturn jest prawdopodobnie najpiękniejszą planetą w Układzie Słonecznym, a jego zdjęcia prawdopodobnie zainspirowały wielu ludzi do połączenia swojego życia z kosmosem.

Jedno z najsłynniejszych zdjęć Cassini zostało zrobione 19 lipca 2013 roku. Tego dnia urządzenie wykonało zdjęcia panoramiczne planety i jej otoczenia. W momencie fotografowania Słońce znajdowało się dokładnie za Saturnem, skutecznie podkreślając jego pierścienie. Jedno ze zdjęć przedstawiało także naszą planetę. Z odległości 1,5 miliarda kilometrów wygląda jak bladoniebieska kropka.

„Dzień, w którym uśmiechnęła się Ziemia”: słynne zdjęcie przeszło obszerną korekcję kolorów, aby planety były lepiej widoczne. Ziemia to ledwo zauważalny punkt w prawym dolnym rogu pod pierścieniami

Ostatnia przygoda Cassiniego

Cassini często nazywana jest idealną misją kosmiczną. Urządzenie działało znacznie dłużej niż jego nominalny czteroletni okres użytkowania i wykonywało wszystkie zadania bez większych awarii. Ale, niestety, każda technologia ma czynnik, który ogranicza jej czas działania. W przypadku Cassini były to zapasy paliwa niezbędne do korekty kursu. Bez niego sterowanie urządzeniem byłoby niemożliwe. Niekontrolowana stacja mogłaby zderzyć się z jednym z księżyców Saturna i przenieść tam ziemskie mikroby. Aby wykluczyć taki scenariusz, NASA zdecydowała się spalić Cassini w atmosferze planety.

Ale wcześniej urządzenie musiało przetrwać ostatnią przygodę – 20 orbit po zewnętrznej krawędzi pierścieni Saturna, a następnie kolejne 22 orbity pomiędzy atmosferą planety a wewnętrzną krawędzią jej pierścieni. Żaden pojazd nigdy nie zanurzył się w tę lukę. Manewr uznano za bardzo niebezpieczny, ale ponieważ misja była już bliska ukończenia, NASA zdecydowała się podjąć ryzyko.

Artystyczna wizja ostatniego lotu Cassini

Tak jak poprzednio, Cassini znakomicie wykonała wszystkie swoje zadania. Zebrał dane, które powinny rozwiązać główną zagadkę Saturna - wiek i pochodzenie jego pierścieni. Według jednej wersji powstały one wraz z planetą. Według innego pierścienie są znacznie młodsze i powstały w wyniku niedawnego (jak na standardy kosmiczne) zniszczenia jednego z księżyców Saturna. Dane Cassini będą analizowane jeszcze przez wiele miesięcy, ale dotychczasowe wstępne wyniki przemawiają za drugą wersją.

Cassini miał jeszcze jedno zadanie do wykonania. Podczas ponownego wejścia w atmosferę pojazd użył silników odrzutowych, aby jak najdłużej utrzymać antenę skierowaną na Ziemię. Już rozpadająca się Cassini nadal przesyłała dane na temat składu otoczki gazowej i pola magnetycznego Saturna. Nawet tutaj urządzeniu udało się przekroczyć zakładany cel, przeżywając w tak ekstremalnych warunkach o 30 sekund dłużej, niż przewidywały symulacje. O godzinie 11 godzin 55 minut i 46 sekund czasu uniwersalnego kompleks komunikacji kosmicznej NASA w Canberze odebrał ostatni sygnał z sondy Cassini. Do tego czasu samo urządzenie rozpadło się już na fragmenty i zamieniło się w płonący meteor.

NASA pożegnała Cassini bez żałoby. To jednak nie katastrofa, ale koniec udanej misji (NASA/Joel Kowsky)

Zakończenie misji wywołało sprzeczne emocje: dumę, podziw, smutek i pustkę. Cassini działa tak długo, że trudno pamiętać czasy, kiedy jej nie było. Można sobie wyobrazić, co przeżywali uczestnicy misji, którzy pracowali nad projektem od lat 80. XX wieku, obserwując zanik sygnału urządzenia.

Smutniej robi się jeszcze, gdy zdamy sobie sprawę, że na kolejną taką wyprawę na odległe planety Układu Słonecznego trzeba będzie poczekać co najmniej dekadę. Niestety eksploracja kosmosu to powolny biznes, a na horyzoncie nie ma misji porównywalnej z ambicjami Cassini. Pocieszyć może jedynie fakt, że na podstawie danych zebranych przez stację dokonanych zostanie wiele nowych odkryć.

Dziedzictwo Cassini będzie żywe przez bardzo długi czas. Wykonane przez niego zdjęcia Saturna i jego księżyców pozostaną z nami na zawsze. Dzięki Cassini mogliśmy zobaczyć w całej okazałości te kosmiczne ciała, które wcześniej były dla nas jedynie kropkami na niebie.