【博科园-科学科普】卡西尼号飞船自2004年以来一直在绕土星运行。这项任务的发现，如发现土卫二喷出的水，以及追踪土星的一些新卫星。现在燃料不足该航天器将在2017年以自杀的方式进入环行星，并在途中捕捉一些有关土星内部的数据
这一雄心勃勃的任务是几个太空机构的联合项目，这与NASA过去的大型调查（如先驱号和旅行者号）形成了鲜明的对比。在这种情况下，主要参与者是美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(European Space Agency)和意大利太空总署(Agenzia Spaziale Italiana)(意大利航天局)。
发展历史
卡西尼号是第一个专门研究土星及其系统的航天器。它以乔瓦尼·卡西尼的名字命名。卡西尼是17世纪的天文学家，他第一次观察到土星的四颗卫星——伊阿佩塔斯(1671年)、瑞亚(1672年)、特提斯(1684年)和第1号(1684年)。
卡西尼号宇宙飞船在土星附近的概念图。图片版权：NASA/JPL
在这艘宇宙飞船之前，由先锋11(1979)、旅行者1号(1980)和旅行者2号(1981)进行了几次土星的飞行。这些任务中出现的一些发现包括发现土卫六的表面不能在可见光波段(由于其厚重的大气层)看到，并发现了一些土星的光环，这些土星环是地面望远镜无法观测到的。
在1982年的最后一次飞行之后不久，美国和欧洲的科学委员会组成了一个工作组，讨论未来可能的合作。该组织提出了一项将环绕土星轨道的旗舰任务，并将向泰坦发射一颗大气探测器。然而上世纪80年代初，美国宇航局喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)在《使命的简史》(brief history of the mission)中指出了一个艰难的“财政气候”，该实验室推动了卡西尼号(Cassini)在1989年的批准。
欧洲人和美国人都认为要么一起工作，要么独自工作。例如1987年前宇航员萨丽·莱德(Sally Ride)的一份报告主张独自前往土星。该报告称研究外气体巨行星(如土星)帮助科学家了解其大气和内部结构，这被称为“美国宇航局的领导和美国太空的未来”。(今天我们也知道这种研究帮助我们预测了太阳系外行星的结构，但第一颗系外行星直到上世纪90年代早期才被发现。)
泰坦是一个特别有趣的目标探索有机化学,因为现在发生提供了唯一的世界范围的实验室研究过程,可能是重要的生命起源以前的地球大气层，这意味着土卫六可能是类似于地球上的生命诞生之前是的情况。
卡西尼的发展至少面临两大挑战。到1993年和1994年该项目的价格为33亿美元(约为50亿美元，相当于詹姆斯·韦伯太空望远镜的一半成本)。一些评论家认为这对执行任务来说太高了。美国国家航空航天局(NASA)指出，欧洲航天局(European Space Agency)也在提供资金，卡西尼号(Cassini)的技术正在帮助为NASA的低成本任务提供资金，比如火星全球测量员、火星探路者号(Mars Pathfinder)和斯皮策太空望远镜(Spitzer Space Telescope)。
“卡西尼号”还收到了来自环保组织的抨击，他们担心当宇宙飞船飞到地球时，它的放射性同位素热电发生器(核动力)可能对我们的星球构成威胁。这些团体在1997年发射前在夏威夷提出了法律挑战，但这一挑战被夏威夷联邦地区法院和第九巡回上诉法院驳回。
为了解决人们对NASA任务中常用的航天器放射性同位素热电发生器的担忧，美国国家航空航天局(NASA)发布了一份关于该飞行器的补充文件，并详细说明了该机构保护地球的方法，称撞击发生的可能性不到百万分之一。
土星最大的卫星土卫六，从NASA的卡西尼号宇宙飞船的真实彩色快照中穿过地球和它的光环。这一观点从环面上看向北，阳光照射的一面。这是在2011年5月21日，卡西尼号距离泰坦约140万英里(230万公里)。图片版权：NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
发射和巡航
卡西尼号没有直接向土星。相反它的任务涉及复杂的轨道力学。它经过了几颗行星——包括金星(两次)、地球和木星——通过利用每颗行星的引力来获得速度的提升。
将近12600磅，1997年10月15日(大约5700公斤)宇宙飞船在地球上被发射。它于1998年4月和1999年6月在金星上，1999年8月及2000年12月在木星。
2004年7月1日，卡西尼号进入土星轨道。它的主要目标是寻找更多的卫星，找出土星环和土星环的颜色，并了解更多关于行星的卫星。
也许卡西尼号最详细的观察是在释放惠更斯着陆器后，土星最大的卫星土卫六。登月舱,荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯的名字命名,他在1654年望远镜转向土星和观察到的奇怪状的形状——伽利略第一次看到的形状在望远镜和画在他的笔记本类似地球上的耳朵，实际上是由环引起的。
2005年1月14日，惠更斯着陆器降落在环绕月球的神秘迷雾中。它在下降过程中向地球传回了近2.5个小时的信息，然后继续在地面上传递1小时12分钟的信息。
在那短暂的时间窗口，研究人员看到了岩石场的照片，并得到了关于月球风和大气和表面气体的信息。
欧空局发布的第一个全景图显示了惠更斯号的360度全景图。左侧显示了光与暗区域之间的边界。在这个边界附近看到的白色条纹可能是地面的“雾”，因为它们在高海拔地区无法立即看到。惠更斯在一个高原上漂流(图像中心)，在降落的时候正朝着它的着陆点着陆。图片版权：ESA/NASA/University of Arizona.
华丽的卫星
土星的特征之一是它的卫星数量。除去组成土星环的数万亿颗小岩石，土星有62颗卫星在2012年9月被发现。美国国家航空航天局(NASA)在其一个网站上列出了53个被命名的卫星。
事实上卡西尼号在到达(Methone和Pallene)之后发现了两颗新的月球，在2004年之前，它发现了多聚体。当探测器在土星的卫星上游荡时，它带回地球的发现揭示了它们的环境和外观的新事物。一些更值得注意的发现包括：
1、在土卫二上发现液态水的证据，这是一个冰冻的卫星，它在土星的重力作用下喷射出冰冷的气流。2015年，卡西尼号完成了一系列的土卫二的飞行，以获得更多关于羽流中的气体和尘埃的信息;
2、发现并确定了泰坦上一个巨大的甲烷湖的更多细节;
3、土卫八50英里山体滑坡;
4、一个特写的土卫五，露出一个麻子表面;
5、一个巨大的环，离土星800万英里，很可能是由菲比的碎片组成的。
6、土星也没有被忽视。例如，2012年，美国航空航天局(NASA)的一项研究假设，土星在大气层中的喷射流可能是由内部热量而不是来自太阳的能量驱动的。科学家们认为热量会从地球内部产生水蒸气，当水蒸气上升并产生热量时，水蒸气就会凝结，这一热量与急流形成和风暴的形成有关。
任务扩展和结束
卡西尼号原计划在土星上持续四年，直到2008年，但它的任务已经延长了好几次。它的最后一条也是最后一条腿被称为“卡西尼日”，命名为“因为这个星球和它的卫星再次到达了任务结束的日”。土星绕太阳运行29个地球年。卡西尼号的任务持续了13年，这意味着在土星绕其轨道运行的时候，航天器观测到了土星的近一半的季节性变化。
在2016年飞船被设定为一系列最后的动作，以提供近距离的土星环的视图，最终目标是在2017年9月15日将卡西尼号送入土星。这保护土卫二和其他可能适宜居住的卫星，从(小的)卡西尼的机会与地表碰撞，传播地球微生物。
大结局的主要里程碑包括：
在2016年11月30日至2017年4月22日之间的每一周，卡西尼绕土星的两极绕圈，观察环的外边缘，了解它们的粒子、气体和结构。它还观察了这个地区的小卫星，包括Atlas、Daphnis、Pan和Pandora。
2017年4月22日，卡西尼号最后一次飞越土卫六。这次飞行是为了改变卡西尼的轨道，这样它就能在行星和土星环之间开始22次潜水(每周一次)。这是宇宙飞船第一次探索这一区域，它会带来一些风险，因为轨道把它带到大气层的外围和环的内部区域(在那里它有可能发生碰撞粒子或气体分子)。
2017年9月15日，卡西尼号将会有自杀式的进入土星，只要它的仪器能让通讯回到地球上，它就会进行测量。在这段时间里，卡西尼号的一些科学研究包括绘制地球引力和磁场的地图，估计在土星环中有多少物质，并拍摄土星的高分辨率图像和近距离的土星环。
宇宙飞船从新的有利位置上发现了一个有趣的发现。研究发现，土星的磁场与地球的自转轴紧密地结合在一起，这让科学家们困惑不已，因为他们认为磁场是如何产生的——通过磁场和行星旋转之间的差异。然而到2017年7月底，科学家们计划收集更多的数据，看看土星的内部过程是否会混淆他们的测量。
作者：Elizabeth Howell
来自：Space
编译：中子星
审校：博科园
