最后的战役 “卡西尼号”传奇旅程进入倒计时

尹怀勤

就在2017年5月7日，美国国家航空航天局的土星探测器“卡西尼号”再次传回了一组令人惊叹的照片，它在进行俯冲任务时拍摄到了土星最大卫星——“土卫六”夏季的奇异云层。

2017年是“卡西尼号”航天器传奇旅程的最后一年，这篇传奇的科学史诗终将在2017年9月画上句号。自从美国国家航空航天局于1997年用“大力神-4B”运载火箭将“卡西尼号”发射升空，在正式进入环绕土星转动轨道的13年里，它兢兢业业地探索土星及其卫星系统，获得了许多科研成果。

计划任务内的出色表现

在发现“土卫六”可能存活低级生命之后，“卡西尼号”又发现了“土卫二”和“土卫四”似乎都有地下海洋，里面充满了液态水，内部具有一定的能量，可能孕育和存在低级生命，这都引起了人们的关注。“卡西尼号”探测器获得的这些重要成果，增加了人类知晓的太阳系可能存活生命的天体数量（想了解更多，请阅览《科学大众-中学生》2017年1-2期《“土卫四”贴上新标签：疑似存在生命的星球之一》）。

“卡西尼号”探测器传回的观测数据还揭开了土星光环的身世，原来它们在数亿年前曾是土星的卫星，最终发生分解并演化为现在的带状结构，较宽的光环其实是由许多狭窄的小环组成的。现在，那些曾经的卫星已演化为体积相对平均的小石块、灰尘和气体，还有直径从几厘米到几米的冰块和雪球。根据地面和航天器空间观测结果得知，土星环系的总宽度超过20万千米，而最大厚度却不超过150米。巨大的光环使土星成为太阳系里一颗非常美丽的行星。同时，“卡西尼号”还新发现了多个环绕土星运行的卫星。

终场演出任务卡：“卡西尼夏至任务”

“卡西尼号”是美国国家航空航天局用于探测土星及其卫星的探测器，原设计工作寿命为4年，哪料其至今仍处于良好状态。它于2008年6月完成了首次为期4年的土星探索任务，并在2010年9月完成了首次名为“卡西尼春分任务”的延长任务。之后，该探测器还开展了第二次名为“卡西尼夏至任务”的延长任务。土星的夏至点为2017年5月，此次任务也因此而得名。

按照任务计划，终场演出已经启动，“卡西尼号”的生命正进入到最辉煌的时刻。2016年11月30日，“卡西尼号”探测器已开始执行它的最后两个任务。其中一项是变轨飞行，即将“卡西尼号”的发动机点火，调整姿态，从原先轨道切换到土星北极上方并靠近该星球的光环，2016年12月4日“卡西尼号”执行首次飞掠土星光环的机动任务。

当“卡西尼号”穿越土星光环结构时，其搭载的设备持续对周围空间的微粒和气体样品进行分析，并获取了靠近光环运行、体积非常小、平常难以拍摄到的微小卫星的极佳图像。“卡西尼号”在2016年12月5日首次成功穿越土星光环结构时，其距离土星云层顶部大约9.1万千米，这一位置是土星光环的薄弱环节。按照计划，“卡西尼号”还在更近的距离上对这一光环进行了观察。其间“卡西尼号”在极其靠近土星的位置从土星环的平面穿越而过，每7天一次。这一任务阶段持续到2017年4月22日，“卡西尼号”共计完成20次掠环轨道飞行。“卡西尼号”现在已经进入一个未知领域：成为有史以来最近距离观看土星光环和其卫星们的航天器。它会探索在环内以及环附近绕转的许多小卫星，包括“土衛十七潘多拉”“土卫十五亚特拉斯”“土卫十八潘以”及“土卫三十五达佛涅斯”。

此后，“卡西尼号”的相机于2016年12月2日和3日又拍摄到土星大气层的最新照片，展现了土星北极的神秘六边形。在此之前，“卡西尼号”就调查研究了土星上那个又怪又大的六边形高速气流的起源。土星北极的巨大六边形涡旋已经困扰了科学家近30年，该六边形涡旋的宽度约为32187千米，旋转速度与土星绕轴旋转的速度相同。目前，科学家认为该涡旋可能是由风的运动所导致的。新的照片又一次表明，六边形是北极上空的云层纹路，极可能是风速的巨大差异导致的。

传奇旅程的最后一年

“卡西尼号”探测器完成飞掠宽度约为804千米的土星光环20次之后，从2017年4月27日起，开始执行另一项任务，就是在土星本体和土星内环约2 400千米宽的间隙中绕行22次。预计在2017年9月15日，“卡西尼号”将进入土星的大气层，同时发回前所未有的土星大气成分精确数据资料，这也是人类和“卡西尼号”永别的时候。它会在科学家的遥控指令下坠入土星大气燃烧殆尽，以防失控后坠落在土星卫星上，使探测器上可能携带的微生物污染其环境，干扰后续研究。“卡西尼号”团队认为，这段旅程才是真正惊心动魄的决战，探测器将工作到最后一刻。科学家们收到此阶段任务发回的数据资料，经分析研究后，能解开更多关于土星的秘密，包括这颗星球的内部结构、重力场及磁场等情况。“卡西尼号”将不负使命地回传数据资料，直至自身彻底陨落在土星的怀抱中，犹如探测木星系统的“伽利略号”于美国东部时间2003年9月21日最终坠入木星毁掉一样。

相信“卡西尼号”的最终之旅，一定能够在人类深化对土星的认识方面谱写新的华章！

（责任编辑：司明婧 责任校对：曹伟）endprint