劉聲遠(yuǎn)+劉安立

它1997年離開地球前往土星。經(jīng)過漫長飛行和探測之旅后，今年——

20年前，重達(dá)6噸的“卡西尼號”飛船（以下簡稱卡西尼號）從美國佛羅里達(dá)州東海岸一座發(fā)射場升空，踏上穿越幾乎整個太陽系的前往土星之旅。

7年后的2004年夏季，卡西尼號終于進(jìn)入土星軌道。當(dāng)時：美國總統(tǒng)候選人布什和克里正在鏖戰(zhàn)；iPhone尚未問世；現(xiàn)在的超級巨星阿黛爾，還是一個鮮為人知的英國女孩。從那以后的12年里，卡西尼號對土星進(jìn)行了數(shù)百次環(huán)繞，多次飛掠土星云頂，造訪土衛(wèi)（土星衛(wèi)星的簡稱），甚至發(fā)射了一艘探測器登陸最大的土衛(wèi)——泰坦（土衛(wèi)六）表面。

如今，卡西尼號正在上演終極大結(jié)局，再過幾個月它就會壯烈犧牲。然而，它的臨終歲月卻注定是最偉大、最有建樹和最危險的。2016年12月5日，這個大結(jié)局大幕拉開。

土星是一顆充滿魅力的星球，但它的最大魅力在于它那特別顯眼的環(huán)。不過，卡西尼號每次接近土星環(huán)都小心翼翼?？茖W(xué)家對62顆土衛(wèi)的大小和質(zhì)量都已了解。就算是在遠(yuǎn)離土星12億千米的地球上，科學(xué)家也很清楚應(yīng)該怎樣接近土衛(wèi)但又不靠得太近。然而，土星環(huán)更復(fù)雜。土星環(huán)一共有10道，還有兩道不完整的弧環(huán)。這些環(huán)由數(shù)十億塊（個）飄移的巖石、塵埃和冰粒構(gòu)成，其中任何一個都可能撞壞靠得太近的高速飛船。

到了2016年12月，卡西尼號搭載的燃料已所剩不多，因此美國宇航局愿意讓這艘飛船冒險。從2016年11月30日起，卡西尼號開始了總共20次掠環(huán)繞行（每次持續(xù)7天）中的第一次。之所以叫掠環(huán)，是因?yàn)槊看味际锹舆^土星環(huán)——接近但又不能靠得太近?？ㄎ髂崽栆呀?jīng)在距離土星最外環(huán)——F環(huán)1.1萬千米處飛過。請注意，從太空規(guī)模上說，1.1萬千米幾乎等于零距離。

在卡西尼號大結(jié)局的第一個階段，它發(fā)回地球的最驚人圖像并不是關(guān)于土星環(huán)，而是有關(guān)土星北極和位于土星北極的奇異六邊形云陣（它被認(rèn)為是土星極地射流與土星自轉(zhuǎn)交互作用的結(jié)果）。在接下來19次掠環(huán)中，卡西尼號將發(fā)回大量像素超過以往的土星環(huán)圖像。其中，最后一次發(fā)送將是在2017年4月19日格林威治標(biāo)準(zhǔn)時間下午5時44分。

就算在掠環(huán)繞行結(jié)束之后，卡西尼號依然會帶給我們更大的驚喜。屆時，卡西尼號的真正結(jié)局將開啟。這一任務(wù)階段包括另外22次環(huán)繞，在此期間，卡西尼號將穿越土星與其最內(nèi)環(huán)內(nèi)緣之間的2400千米距離。在這一穿越期間，卡西尼號搭載的4米高增益天線指向前方，作為盾牌保護(hù)后面的敏感設(shè)備不被高速微粒撞壞。

2017年9月15日，在第22次繞行結(jié)束后，卡西尼號將上演自己的壯烈殞命?？茖W(xué)家已經(jīng)知道恩克拉多斯（土衛(wèi)二）有地下海洋，那里可能支持生命。美國宇航局不想冒這個險：卡西尼號上可能殘留的地球生物材料，污染恩克拉多斯海洋中潛在的生命。正由于此，卡西尼號最終將墜入土星云層。在此過程中，就像從1997年開始的那樣，卡西尼號將繼續(xù)向地球傳回數(shù)據(jù)，直到自己被無比巨大的土星大氣壓力摧毀。這樣的結(jié)局不僅不算慘烈，而且可以說恰如其分——環(huán)繞土星十幾年的卡西尼號，終將永久融入土星，不是很好嗎？

卡西尼任務(wù)全揭秘 一波三折的合作

卡西尼號是“卡西尼-惠更斯”任務(wù)中的旗艦飛船。該任務(wù)的起源要回溯到1982年。當(dāng)時，歐洲科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)會和美國國家科學(xué)院組成了一個聯(lián)合工作組，調(diào)研未來的合作任務(wù)。當(dāng)時，兩位歐洲科學(xué)家提出，讓一艘土星軌道器和一艘泰坦探測器成對執(zhí)行機(jī)器人土星探測任務(wù)。1984～1985年，美國宇航局和歐洲空間局（簡稱歐空局）聯(lián)合調(diào)研了這項(xiàng)可能的任務(wù)。隨后，美歐雙方各自繼續(xù)調(diào)查這方面的可能性。1987年，美國著名女宇航員萊德在其一份頗有影響力的報告中，檢視并認(rèn)可了卡西尼任務(wù)。

萊德在其報告中指出，無論是土星軌道器還是泰坦探測器都應(yīng)該由美國宇航局單獨(dú)主導(dǎo)。1988年，美國宇航局有關(guān)人士再次提出，這項(xiàng)土星探測任務(wù)應(yīng)該由美歐聯(lián)合執(zhí)行。當(dāng)時，歐空局意識到美方并未將其視為平等合作伙伴，這導(dǎo)致美歐航天機(jī)構(gòu)之間出現(xiàn)緊張。美國宇航局對此很敏感，參與“卡西尼-惠更斯”任務(wù)的美方人士希望，通過這項(xiàng)合作任務(wù)緩解這一緊張情勢。

這項(xiàng)合作最終不僅改變了雙方關(guān)系，而且讓“卡西尼-惠更斯”任務(wù)幸免于美國國會的預(yù)算削減。1992和1994年，該任務(wù)在美國國內(nèi)遭到批評，但美國宇航局向國會指出，歐方已經(jīng)向這項(xiàng)任務(wù)注資，如果美方停止合作，雙方關(guān)系必然會受影響。1994年之后，該任務(wù)終于得以相對順利進(jìn)行。

為什么叫“卡西尼-惠更斯”

“卡西尼-惠更斯”任務(wù)包含兩個元素：以意大利-法國天文學(xué)家卡西尼（1625～1712）之名命名的“卡西尼號”軌道器（由美國宇航局負(fù)責(zé)），卡西尼是土星環(huán)分界線和4顆土衛(wèi)的發(fā)現(xiàn)者；以荷蘭科學(xué)家惠更斯（1629～1695）之名命名的“惠更斯號”探測器（以下簡稱惠更斯號。它由歐空局負(fù)責(zé)）。1655年，惠更斯提出土星由一條固體環(huán)包圍。使用一臺自行設(shè)計(jì)的50倍折光式望遠(yuǎn)鏡，惠更斯發(fā)現(xiàn)了第一顆土衛(wèi)——泰坦。

“卡西尼-惠更斯”任務(wù)是前往太陽系外行星（外圍行星）的一項(xiàng)旗艦級任務(wù)，類似的行星旗艦還有“伽利略號”“旅行者號”和“海盜號”。

探測目標(biāo)

卡西尼號肩負(fù)多個探測目標(biāo)，其中包括：

——確定土星環(huán)的三維結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為；

——確定每一顆土衛(wèi)的表面情況和地質(zhì)歷史；

——確定伊阿佩托斯（土衛(wèi)八）表面暗色材料的起源和性質(zhì)；

——測量磁層的三維結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為；

——調(diào)查土星大氣層云頂處的動態(tài)行為；

——調(diào)查泰坦云層和霧靄的隨時間可變性；

——描述泰坦表面情況。

飛船設(shè)計(jì)

1997年10月15日，“卡西尼-惠更斯”聯(lián)合飛船從位于卡納維納爾角的美國空軍站發(fā)射升空。

包括卡西尼號和惠更斯號在內(nèi)，這對聯(lián)合飛船是迄今為止第二大規(guī)模的機(jī)器人行星際飛船，也是最復(fù)雜的同類飛船之一?？ㄎ髂崽柕馁|(zhì)量為2150千克，惠更斯號為350千克。加上運(yùn)載火箭適配器及發(fā)射時3123千克的燃料重量，這對聯(lián)合飛船的總重量為5600千克，其重量只被蘇聯(lián)發(fā)射到火星的“福波斯”1號和2號飛船超過。

卡西尼號高6.8米，寬4米。它的復(fù)雜性由前往土星的軌道架構(gòu)和探測任務(wù)決定?？ㄎ髂崽栍?630組相互連接的電子元器件、2.2萬組連接電線和14千米長的纜線?？ㄎ髂崽栍?2.7千克钚-238供電——來自钚-238放射性衰變的熱量被轉(zhuǎn)化成電力?；莞固栐谘埠狡陂g由卡西尼號提供動力，但使用化學(xué)電池執(zhí)行獨(dú)立探測。

目前，卡西尼號仍在環(huán)繞土星。發(fā)自地球的無線電信號要等68～84分鐘才能到達(dá)卡西尼號。反之亦然。因此，地面控制人員無法向卡西尼號發(fā)出“實(shí)時”指令以應(yīng)對日常操作或意外情況。就算反應(yīng)及時，從卡西尼號報告自己出現(xiàn)問題到它接收到衛(wèi)星傳輸?shù)牡孛婵刂浦噶睿陂g要花超過2小時。

钚電源

由于土星遠(yuǎn)離太陽，因此太陽能電池陣列不能被用于土星探測飛船。為了產(chǎn)生足夠電力，土星探測飛船所需的太陽能電池陣列過大也過重。所以，卡西尼號由3臺放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器（簡稱RTG）供電。RTG利用钚-238（以二氧化钚的形式）天然衰變產(chǎn)生的熱量，經(jīng)由熱電技術(shù)產(chǎn)生直流電。卡西尼號搭載的RTG與用在美國宇航局“新地平線號”“伽利略號”和“尤利西斯號”飛船上的RTG設(shè)計(jì)相同，發(fā)電時間都很長。在卡西尼號原定11年的任務(wù)期后，它的RTG依然能發(fā)電600～700瓦。為卡西尼號準(zhǔn)備的一臺備用RTG，被用于為后來前往冥王星和柯伊伯帶的“新地平線號”供電。

為了增加飛行中的動能，卡西尼號的軌道包括多次引力彈射操作：兩次飛近金星，一次飛近地球，還有一次飛近木星。其中，飛近地球是卡西尼號可能最后一次給地球帶來危險的情況。但這次操作很成功：1999年8月18日，卡西尼號從地球上空1171千米處飛過。如果卡西尼號墜落地球，在最壞情況下——卡西尼號以一個銳角進(jìn)入地球大氣層并逐漸燒毀，其RTG剩余的大量钚-238將散布于地球大氣層中，40億人將受其影響，其中至少5000人將死于癌癥。不過，這種情況的發(fā)生概率僅為100萬分之1。

卡西尼號機(jī)載儀器

光學(xué)遙感儀器組

——綜合紅外光譜儀

——成像科學(xué)系統(tǒng)

——紫外成像攝譜儀

——可見光和紅外成像光譜儀

場、粒子和波儀器組

——卡西尼等離子體光譜儀

——宇宙塵埃分析儀

——離子及中性質(zhì)譜儀

——磁強(qiáng)計(jì)

——磁層成像儀

——射電和等離子體波科學(xué)套組

微波遙感儀器組

——雷達(dá)

——雷達(dá)科學(xué)套組

惠更斯號

由歐空局提供的惠更斯號，負(fù)責(zé)檢視泰坦云層、大氣層和表面情況。它被設(shè)計(jì)得能進(jìn)入泰坦大氣層并且在其中制動，然后用降落傘把一部裝載著機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的登陸器投送至泰坦表面。這一登陸器系統(tǒng)由登陸器本身及登陸器支持設(shè)備（簡稱PTE）構(gòu)成，PTE位于環(huán)繞泰坦的惠更斯號上。PTE搭載的電子儀器能追蹤登陸器，回收登陸器在下降過程中采集的數(shù)據(jù)，處理和傳輸數(shù)據(jù)到惠更斯軌道器，經(jīng)由軌道器發(fā)回地球。

這些數(shù)據(jù)通過惠更斯號和卡西尼號之間的無限電連接傳遞，這一無線電連接則由探測器數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)系統(tǒng)提供。由于距離地球太遙遠(yuǎn)，這一探測任務(wù)不能從地球遙控，而是由惠更斯號搭載的指令數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)自動管理。在一次飛行測試期間，偶然發(fā)現(xiàn)了惠更斯號通信系統(tǒng)中的一個與多普勒頻移效應(yīng)有關(guān)的故障，最終通過環(huán)繞軌道調(diào)整清除了故障。要是這一故障未被清除，惠更斯號上的通信數(shù)據(jù)就會全盤丟失。

里程碑事件 一波三折的合作

飛近金星、地球和木星

1998年4月26日和1999年6月24日，卡西尼號兩次借助金星引力援助。這兩次飛近金星，為卡西尼號提供了一路飛向小行星帶所需的足夠動能。到了這個時點(diǎn)，太陽引力把卡西尼號拉回內(nèi)太陽系。

1999年8月18日，卡西尼號飛近地球借助引力。在最接近地球之前80分鐘，卡西尼號在距離月球37.7萬千米處飛過，拍攝了一系列照片。

2000年1月23日，卡西尼號飛近2685號小行星。在飛近前5～7小時期間，在距離2685號小行星160萬千米處，卡西尼號為這顆小行星拍攝了多幅照片，它提供的信息讓科學(xué)家估計(jì)出2685號小行星的直徑——15～20千米。

2000年12月30日，卡西尼號飛近木星，進(jìn)行了許多項(xiàng)科學(xué)測量。在這次為期6個月的飛近期間，卡西尼號拍攝了2.6萬幅木星系統(tǒng)圖像，其中包括木星的微弱環(huán)和木衛(wèi)。它還幫助制作了迄今為止最詳盡的木星全球彩圖。

2003年3月6日，科學(xué)家宣布了卡西尼號在飛近木星期間有關(guān)木星大氣循環(huán)的一大發(fā)現(xiàn)。在木星大氣層中，明暗區(qū)域交替?？茖W(xué)家長期以來一直認(rèn)為，這些有蒼白云層的區(qū)域是空氣上涌地帶，部分原因是，地球上的許多云團(tuán)形成于空氣上升處。然而，對卡西尼號所拍圖像的分析表明，在地球上因?yàn)橐?guī)模太小而看不見的單個風(fēng)暴單元（由上涌的亮白云組成），在木星大氣層的暗色地帶卻司空見慣。

卡西尼號對木星大氣層的觀測結(jié)果，還包括由高層大氣霧靄組成的一個旋轉(zhuǎn)的暗色橢圓。它靠近木星北極，大小與木星的大紅斑相仿。紅外圖像揭示了木星兩極附近的循環(huán)模式，包括席卷全球的風(fēng)暴，鄰近地帶的風(fēng)向卻正好相反。

根據(jù)對卡西尼號所拍木星環(huán)圖像的分析，科學(xué)家探討了木星環(huán)的本質(zhì)。木星環(huán)中微粒散射的光線表明，這些微粒的形狀不規(guī)則，而不是像科學(xué)家之前推測的那樣呈圓球形。這些微粒很可能源自微流星對木衛(wèi)的撞擊，被撞的木衛(wèi)很可能是墨提斯（木衛(wèi)十六）和安德拉斯蒂（木衛(wèi)十五）。

環(huán)繞土星

2004年7月1日，在經(jīng)過7年的飛行后，卡西尼號飛越土星F環(huán)和G環(huán)之間的間隙，進(jìn)入環(huán)繞土星的軌道。這也是第一次有飛船環(huán)繞土星。

當(dāng)時，卡西尼號執(zhí)行的土星軌道插入操作非常復(fù)雜，要求飛船的高增益天線不能指向地球，而需要指向飛行方向，目的是保護(hù)船載儀器不被土星環(huán)微粒損壞。一旦飛船穿越土星環(huán)平面，它就必須再次旋轉(zhuǎn)，將自己的發(fā)動機(jī)指向飛行路徑，接著，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，讓飛船的速度每秒降低622米，從而讓土星引力俘獲飛船。2004年6月30日太平洋時間大約20時54分，卡西尼號被土星引力俘獲。在這一操作期間，卡西尼號飛到了土星云頂以內(nèi)2萬千米。

測試相對論

2003年10月10日，卡西尼任務(wù)科學(xué)團(tuán)隊(duì)宣布了對愛因斯坦廣義相對論的測試結(jié)果，這些測試是運(yùn)用傳輸自卡西尼號的無線電波進(jìn)行的?？茖W(xué)家測量了往返于卡西尼號的無線電波頻移（正如那些接近太陽的無線電波頻移）。根據(jù)廣義相對論，像太陽這樣的大質(zhì)量天體會造成時-空彎曲，導(dǎo)致經(jīng)過太陽的射電波束（或光線，或任何形式的電磁輻射）跑得更遠(yuǎn)。

根據(jù)一些宇宙學(xué)模型的預(yù)測，一些可測結(jié)果與使用廣義相對論算出的數(shù)值之間有偏差。然而，這次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與根據(jù)廣義相對論算出的數(shù)值并無偏差。在這之前，運(yùn)用由“海盜號”和“旅行者號”飛船傳輸?shù)臒o線電波進(jìn)行的測試結(jié)果，也都符合根據(jù)廣義相對論算出的數(shù)值，準(zhǔn)確度達(dá)千分之999。而利用卡西尼號所傳輸無線電波進(jìn)行的測試結(jié)果，更符合根據(jù)廣義相對論算出的數(shù)值，準(zhǔn)確度高達(dá)5.1萬分之5.0999萬。這一結(jié)果強(qiáng)有力支持了愛因斯坦廣義相對論。

發(fā)現(xiàn)新土衛(wèi)

卡西尼任務(wù)總共發(fā)現(xiàn)了7顆新的土衛(wèi)。運(yùn)用卡西尼號拍攝的圖像，科學(xué)家在2004年發(fā)現(xiàn)了3顆此前未知的土衛(wèi)。后來的分析顯示，“旅行者2號”飛船1981年飛近土星時，就已拍攝到了這3顆土衛(wèi)中的一顆。

2004年6月11日，卡西尼號經(jīng)過福柏（土衛(wèi)九）。自從“旅行者2號”1981年飛近它以來，這是第二次有機(jī)會近距離探索這顆土衛(wèi)。科學(xué)家在2004年6月12日收到卡西尼號對福柏拍攝的首批近距離圖像，他們立即意識到福柏的表面特征與飛行器拍攝的所有小行星都不同。從這些圖像上看，密集分布著隕擊坑的福柏部分表面很亮?？茖W(xué)家現(xiàn)在相信，從福柏表面下很淺處開始，有大量水冰存在。

土星自轉(zhuǎn)變了？

2004年6月28日，卡西尼任務(wù)團(tuán)隊(duì)宣布了對土星自轉(zhuǎn)周期的測量結(jié)果。由于土星表面沒有固定地貌能被用來獲得這一周期，所以科學(xué)家采用了無線電發(fā)射。新的測量結(jié)果與從地球上最新測量的土星自轉(zhuǎn)周期匹配，這反而讓科學(xué)家感到奇怪?，F(xiàn)已知道，自從“旅行者1號”1980年測量土星自轉(zhuǎn)周期以來，這一周期如今已增加了6分鐘。但這并不表明土星的自轉(zhuǎn)總體上有變化，而被認(rèn)為是由于無線電發(fā)射源運(yùn)動到了一個不同的位置，這里的自轉(zhuǎn)速率有所不同。

飛近泰坦

2004年7月2日，卡西尼號首次飛近泰坦，它與泰坦之間距離不到33.9萬千米。透過多個特制濾器（它們能看穿包裹泰坦的霧靄）拍攝的圖像，顯示了泰坦南極云層（它們被認(rèn)為由甲烷組成），以及亮度差異很大的表面地貌。

2004年10月27日，卡西尼號執(zhí)行計(jì)劃中45次飛近探測泰坦中的第一次，距離泰坦表面僅1200千米。它采集了大量數(shù)據(jù)并傳回地球，其中包括被霧靄覆蓋的泰坦表面的首批雷達(dá)圖像。這些圖像揭示，泰坦表面（至少是被雷達(dá)圖像拍到的表面區(qū)域）相對平坦，地貌高度不超過大約50米。與之前的探測相比，這次飛近拍照的像素顯著增加。

飛近恩克拉多斯

2005年，在頭兩次飛近恩克拉多斯期間，卡西尼號發(fā)現(xiàn)了這顆土衛(wèi)的局部磁場中的一種偏向，它表明恩克拉多斯有稀薄卻又重要的大氣層。當(dāng)時進(jìn)行的其他測量，暗示這一大氣層的主要成分是離子化的水蒸氣?？ㄎ髂崽栠€發(fā)現(xiàn)了恩克拉多斯南極的水冰噴泉，這進(jìn)一步證明恩克拉多斯向土星的E環(huán)提供材料?？茖W(xué)家開始相信，恩克拉多斯表面下有液態(tài)水。

2008年3月12日，卡西尼號再次飛近恩克拉多斯，距離這顆土衛(wèi)表面不到50千米。卡西尼號穿越了從恩克拉多斯南極噴泉延伸出的羽流，用質(zhì)譜儀在其中探測到了水、二氧化碳及其他多種碳?xì)浠衔铮€用紅外光譜儀繪制表面地貌。但由于軟件故障，卡西尼號未能運(yùn)用宇宙塵埃分析儀采集數(shù)據(jù)。

2009年11月21日，卡西尼號第8次飛近恩克拉多斯，距離恩克拉多斯表面不到1600千米?？ㄎ髂崽柎钶d的復(fù)合紅外光譜儀，繪制了恩克拉多斯表面巴格達(dá)溝虎紋帶地貌的熱離子發(fā)射圖。從卡西尼號發(fā)回地球的數(shù)據(jù)，幫助科學(xué)家創(chuàng)制了恩克拉多斯南半球的高像素圖像。

2014年4月3日，在卡西尼號進(jìn)入土星軌道近10年后，美國宇航局報告說，有證據(jù)表明恩克拉多斯地下存在含鹽的海洋，這讓恩克拉多斯成為太陽系中最可能存在微生物的地方之一。

美國宇航局2015年9月宣布，來自卡西尼號的引力和成像數(shù)據(jù)被用于分析恩克拉多斯軌道的天平動，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這顆土衛(wèi)的表面并非與內(nèi)核緊固結(jié)合，因此表明恩克拉多斯的地下海洋是全球性的大規(guī)模海洋。2015年10月28日，卡西尼號再次飛近恩克拉多斯，距離后者表面不到49千米，再次穿越南極上空羽流。

任務(wù)期延長

2008年4月15日，卡西尼號任務(wù)期被延長27個月，包括再環(huán)繞土星60次、21次飛近探測泰坦，7次飛近探測恩克拉多斯、6次飛近探測米瑪斯（土衛(wèi)一）、8次飛近探測特提斯（土衛(wèi)三），以及飛近探測狄俄涅（土衛(wèi)四）、瑞亞（土衛(wèi)五）、海琳（土衛(wèi)十二）各一次。延長任務(wù)期始于2008年7月1日。第二次延長任務(wù)期于2010年2月獲準(zhǔn)，包括再環(huán)繞土星155次，再飛近探測泰坦54次，再飛近探測恩克拉多斯11次。

惠更斯登陸器登陸泰坦

2004年12月25日，卡西尼號釋放惠更斯探測器，并且通過彈簧和螺旋軌旋轉(zhuǎn)惠更斯號，以獲得更大穩(wěn)定性。2005年1月14日，惠更斯探測器進(jìn)入泰坦大氣層。兩個半小時后，探測器在泰坦地面登陸。雖然卡西尼號成功中轉(zhuǎn)了它從惠更斯探測器那里接收的350幅圖像，但由于卡西尼號的一只接收器軟件出錯，導(dǎo)致另外350幅圖像丟失。

測量土星環(huán)

2005年5月，卡西尼號開始了一系列無線電屏蔽實(shí)驗(yàn)，目的是測量土星環(huán)微粒的大小分布，并測量土星大氣層。在超過4個月時間里，卡西尼號為這一目的而多次環(huán)繞恩克拉多斯。在這些實(shí)驗(yàn)期間，卡西尼號飛到了從地球上看去的土星環(huán)平面的背后，向環(huán)微粒發(fā)射無線電波。在地球上接收到的卡西尼號無線電信號，被用來分析頻率、相位等，以確定土星環(huán)結(jié)構(gòu)。

土星颶風(fēng)

科學(xué)家2006年11月宣布，他們發(fā)現(xiàn)了土星南極的一場有明顯眼壁的颶風(fēng)風(fēng)暴。這樣的颶風(fēng)在地球上不罕見，但在其他行星上還是首次發(fā)現(xiàn)。但與地球颶風(fēng)不同的是，這場風(fēng)暴看來固定在土星極地，風(fēng)暴直徑達(dá)8000千米，高度達(dá)70千米，風(fēng)速達(dá)每小時560千米。

飛近伊阿佩托斯

2007年9月10日，卡西尼號完成了對伊阿佩托斯的飛近探測。這顆雙色調(diào)的栗子形土衛(wèi)看起來很怪異。在伊阿佩托斯上空1600千米處，卡西尼號拍攝了這顆土衛(wèi)的圖像。在向地球傳送圖像時，卡西尼號遭遇了一次宇宙射線襲擊，它被迫暫時進(jìn)入安全模式。隨后，這次飛近所得的全部探測數(shù)據(jù)都被恢復(fù)。

發(fā)現(xiàn)泰坦湖泊

卡西尼號2006年7月21日獲得的雷達(dá)圖像，顯示泰坦北緯地區(qū)看來有多座液態(tài)碳?xì)浠衔铮ɡ缂淄楹鸵彝椋┖?。這是首次在太陽系中地球之外的地方發(fā)現(xiàn)湖泊。這些湖泊的直徑從1～100千米不等。美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室2007年3月13日宣布，他們發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)有力證據(jù)，證明泰坦北半球有甲烷和乙烷海洋。

大風(fēng)暴后遺癥

2012年10月25日，卡西尼號目擊了一場土星大白斑大風(fēng)暴的后續(xù)影響，土星上每過大約30年就會發(fā)生一次這樣的大風(fēng)暴。來自復(fù)合光譜儀的探測數(shù)據(jù)表明，來自風(fēng)暴的一次強(qiáng)力放電，導(dǎo)致土星同溫層溫度比正常情況下陡增83℃。與此同時，美國宇航局戈達(dá)德研究中心探測到土星大白斑中乙烯氣體猛增。乙烯是一種無色氣體，在土星上很罕見。在地球上，乙烯可天然或人工產(chǎn)生。2010年12月5日，卡西尼號在土星北半球首次觀測到這場風(fēng)暴。這也是環(huán)繞土星的飛船首次觀測到如此規(guī)模的風(fēng)暴，以及首次在熱紅外波長觀測到如此大規(guī)模的風(fēng)暴，科學(xué)家由此得以觀測土星大氣層溫度，并且追蹤肉眼不可見的現(xiàn)象。這場風(fēng)暴的強(qiáng)度和規(guī)模超過科學(xué)家此前推測的土星風(fēng)暴最大強(qiáng)度和規(guī)模的100倍，乙烯氣體量飆升就是這種超級風(fēng)暴強(qiáng)度和規(guī)模的結(jié)果。科學(xué)家還認(rèn)為，這場風(fēng)暴是迄今為止在太陽系中探測到的最大規(guī)模、最高溫度的同溫層渦旋，比木星大紅斑的規(guī)模還大。

觀測金星凌日

2012年12月21日，卡西尼號觀測到金星凌日（行星從其母恒星正前方經(jīng)過）現(xiàn)象。機(jī)載儀器檢測了經(jīng)過金星大氣層的太陽光，此前還觀測過一顆系外行星（太陽系之外的行星）從正面經(jīng)過其母恒星的現(xiàn)象。

地球微笑日

2013年7月19日，卡西尼號掉頭對準(zhǔn)地球，抓拍地球和月球圖像，以及部分自然光狀態(tài)下的太陽系全景圖。這次事件的特別之處在于，這是美國宇航局第一次提前告知公眾即將拍攝遠(yuǎn)距太空照?？ㄎ髂崛蝿?wù)成像團(tuán)隊(duì)科學(xué)家說，他們希望人們對著天空微笑招手，以此“慶祝這個藍(lán)色光斑（指地球）上的生命”。言下之意是，地球人能探測外太空是多么不容易，至少在太陽系內(nèi)，至今未發(fā)現(xiàn)像地球生命這么智能的生命。

飛近亥伯龍

2015年5月31日，卡西尼號最近（可能也是最后）一次飛近亥伯龍，兩者之間距離僅為3.4萬千米。

飛近瑞亞

2015年2月，卡西尼號更近距離造訪了瑞亞。當(dāng)時，它與瑞亞的距離不到4.7萬千米?？ㄎ髂崽柵臄z了一些迄今為止最高像素的瑞亞彩照。

飛近狄俄涅

2015年8月17日，卡西尼號最后一次飛近狄俄涅，兩者間距離只有大約475千米。此前，在2015年6月16日，卡西尼號曾飛近過狄俄涅。

六邊形云團(tuán)變色

2012～2016年，土星極地的六邊形云團(tuán)從基本上為藍(lán)色變?yōu)楦窠鹕?。有科學(xué)家推測，由于季節(jié)變換，土星極地被陽光照射，產(chǎn)生薄霧，造成六邊形云團(tuán)變色。2004～2008年，土星的整體顏色也被發(fā)現(xiàn)減少了一些藍(lán)色調(diào)。

殞命土星

卡西尼任務(wù)的終結(jié)，包括卡西尼號的一系列越來越近距離環(huán)繞土星、進(jìn)入土星環(huán)，最終于2017年9月15日進(jìn)入土星大氣層而被摧毀。之所以要讓卡西尼號如此殞命，是為了保護(hù)所有被認(rèn)為存在生命潛能的土衛(wèi)，因而不能讓卡西尼號墜毀在這些衛(wèi)星上，造成污染（無論是卡西尼號上可能殘留的地球生物材料污染還是其他污染）。

回溯2008年，科學(xué)家曾為卡西尼號的最終命運(yùn)考慮過多種選擇，其中每種都有不同的資金、科學(xué)和技術(shù)難度。在這些選擇中，短周期碰撞土星被列為“最佳”，理由主要是“經(jīng)由D環(huán)撞向土星能實(shí)現(xiàn)余下的探測目標(biāo)，成本低而且容易實(shí)現(xiàn)”；撞擊一顆含冰土衛(wèi)被列為“不錯”，理由是“成本低，并且隨時隨地都能實(shí)現(xiàn)”。

2016年11月20日，卡西尼號最后一次飛近泰坦，然后踏上進(jìn)入土星F環(huán)系列軌道的行程，從而開啟終極謝幕。2017年，卡西尼號將消失于土星大氣層中。事實(shí)上，卡西尼號殞命之旅所經(jīng)之處都是它此前未曾到過的地方，在此過程中它將繼續(xù)向地球發(fā)回探測數(shù)據(jù)，直到生命終結(jié)。