尹懷勤

就在2017年5月7日，美國(guó)國(guó)家航空航天局的土星探測(cè)器“卡西尼號(hào)”再次傳回了一組令人驚嘆的照片，它在進(jìn)行俯沖任務(wù)時(shí)拍攝到了土星最大衛(wèi)星——“土衛(wèi)六”夏季的奇異云層。

2017年是“卡西尼號(hào)”航天器傳奇旅程的最后一年，這篇傳奇的科學(xué)史詩(shī)終將在2017年9月畫上句號(hào)。自從美國(guó)國(guó)家航空航天局于1997年用“大力神-4B”運(yùn)載火箭將“卡西尼號(hào)”發(fā)射升空，在正式進(jìn)入環(huán)繞土星轉(zhuǎn)動(dòng)軌道的13年里，它兢兢業(yè)業(yè)地探索土星及其衛(wèi)星系統(tǒng)，獲得了許多科研成果。

計(jì)劃任務(wù)內(nèi)的出色表現(xiàn)

在發(fā)現(xiàn)“土衛(wèi)六”可能存活低級(jí)生命之后，“卡西尼號(hào)”又發(fā)現(xiàn)了“土衛(wèi)二”和“土衛(wèi)四”似乎都有地下海洋，里面充滿了液態(tài)水，內(nèi)部具有一定的能量，可能孕育和存在低級(jí)生命，這都引起了人們的關(guān)注?！翱ㄎ髂崽?hào)”探測(cè)器獲得的這些重要成果，增加了人類知曉的太陽(yáng)系可能存活生命的天體數(shù)量（想了解更多，請(qǐng)閱覽《科學(xué)大眾-中學(xué)生》2017年1-2期《“土衛(wèi)四”貼上新標(biāo)簽：疑似存在生命的星球之一》）。

“卡西尼號(hào)”探測(cè)器傳回的觀測(cè)數(shù)據(jù)還揭開了土星光環(huán)的身世，原來(lái)它們?cè)跀?shù)億年前曾是土星的衛(wèi)星，最終發(fā)生分解并演化為現(xiàn)在的帶狀結(jié)構(gòu)，較寬的光環(huán)其實(shí)是由許多狹窄的小環(huán)組成的。現(xiàn)在，那些曾經(jīng)的衛(wèi)星已演化為體積相對(duì)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(jù)地面和航天器空間觀測(cè)結(jié)果得知，土星環(huán)系的總寬度超過20萬(wàn)千米，而最大厚度卻不超過150米。巨大的光環(huán)使土星成為太陽(yáng)系里一顆非常美麗的行星。同時(shí)，“卡西尼號(hào)”還新發(fā)現(xiàn)了多個(gè)環(huán)繞土星運(yùn)行的衛(wèi)星。

終場(chǎng)演出任務(wù)卡：“卡西尼夏至任務(wù)”

“卡西尼號(hào)”是美國(guó)國(guó)家航空航天局用于探測(cè)土星及其衛(wèi)星的探測(cè)器，原設(shè)計(jì)工作壽命為4年，哪料其至今仍處于良好狀態(tài)。它于2008年6月完成了首次為期4年的土星探索任務(wù)，并在2010年9月完成了首次名為“卡西尼春分任務(wù)”的延長(zhǎng)任務(wù)。之后，該探測(cè)器還開展了第二次名為“卡西尼夏至任務(wù)”的延長(zhǎng)任務(wù)。土星的夏至點(diǎn)為2017年5月，此次任務(wù)也因此而得名。

按照任務(wù)計(jì)劃，終場(chǎng)演出已經(jīng)啟動(dòng)，“卡西尼號(hào)”的生命正進(jìn)入到最輝煌的時(shí)刻。2016年11月30日，“卡西尼號(hào)”探測(cè)器已開始執(zhí)行它的最后兩個(gè)任務(wù)。其中一項(xiàng)是變軌飛行，即將“卡西尼號(hào)”的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，調(diào)整姿態(tài)，從原先軌道切換到土星北極上方并靠近該星球的光環(huán)，2016年12月4日“卡西尼號(hào)”執(zhí)行首次飛掠土星光環(huán)的機(jī)動(dòng)任務(wù)。

當(dāng)“卡西尼號(hào)”穿越土星光環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，其搭載的設(shè)備持續(xù)對(duì)周圍空間的微粒和氣體樣品進(jìn)行分析，并獲取了靠近光環(huán)運(yùn)行、體積非常小、平常難以拍攝到的微小衛(wèi)星的極佳圖像?！翱ㄎ髂崽?hào)”在2016年12月5日首次成功穿越土星光環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，其距離土星云層頂部大約9.1萬(wàn)千米，這一位置是土星光環(huán)的薄弱環(huán)節(jié)。按照計(jì)劃，“卡西尼號(hào)”還在更近的距離上對(duì)這一光環(huán)進(jìn)行了觀察。其間“卡西尼號(hào)”在極其靠近土星的位置從土星環(huán)的平面穿越而過，每7天一次。這一任務(wù)階段持續(xù)到2017年4月22日，“卡西尼號(hào)”共計(jì)完成20次掠環(huán)軌道飛行?！翱ㄎ髂崽?hào)”現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)未知領(lǐng)域：成為有史以來(lái)最近距離觀看土星光環(huán)和其衛(wèi)星們的航天器。它會(huì)探索在環(huán)內(nèi)以及環(huán)附近繞轉(zhuǎn)的許多小衛(wèi)星，包括“土衛(wèi)十七潘多拉”“土衛(wèi)十五亞特拉斯”“土衛(wèi)十八潘以”及“土衛(wèi)三十五達(dá)佛涅斯”。

此后，“卡西尼號(hào)”的相機(jī)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(xiàn)了土星北極的神秘六邊形。在此之前，“卡西尼號(hào)”就調(diào)查研究了土星上那個(gè)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(jīng)困擾了科學(xué)家近30年，該六邊形渦旋的寬度約為32187千米，旋轉(zhuǎn)速度與土星繞軸旋轉(zhuǎn)的速度相同。目前，科學(xué)家認(rèn)為該渦旋可能是由風(fēng)的運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)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(fēng)速的巨大差異導(dǎo)致的。

傳奇旅程的最后一年

“卡西尼號(hào)”探測(cè)器完成飛掠寬度約為804千米的土星光環(huán)20次之后，從2017年4月27日起，開始執(zhí)行另一項(xiàng)任務(wù)，就是在土星本體和土星內(nèi)環(huán)約2 400千米寬的間隙中繞行22次。預(yù)計(jì)在2017年9月15日，“卡西尼號(hào)”將進(jìn)入土星的大氣層，同時(shí)發(fā)回前所未有的土星大氣成分精確數(shù)據(jù)資料，這也是人類和“卡西尼號(hào)”永別的時(shí)候。它會(huì)在科學(xué)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(wèi)星上，使探測(cè)器上可能攜帶的微生物污染其環(huán)境，干擾后續(xù)研究?！翱ㄎ髂崽?hào)”團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這段旅程才是真正驚心動(dòng)魄的決戰(zhàn)，探測(cè)器將工作到最后一刻?？茖W(xué)家們收到此階段任務(wù)發(fā)回的數(shù)據(jù)資料，經(jīng)分析研究后，能解開更多關(guān)于土星的秘密，包括這顆星球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、重力場(chǎng)及磁場(chǎng)等情況?！翱ㄎ髂崽?hào)”將不負(fù)使命地回傳數(shù)據(jù)資料，直至自身徹底隕落在土星的懷抱中，猶如探測(cè)木星系統(tǒng)的“伽利略號(hào)”于美國(guó)東部時(shí)間2003年9月21日最終墜入木星毀掉一樣。

相信“卡西尼號(hào)”的最終之旅，一定能夠在人類深化對(duì)土星的認(rèn)識(shí)方面譜寫新的華章！

（責(zé)任編輯：司明婧 責(zé)任校對(duì)：曹偉）endprint