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【代号名称】“卡西尼-惠更斯”计划 【英文名称】Cassini-Huygens mission 【发起者】美国国家航空航天局、欧洲空间局和意大利航天局 【行动时间】1997年10月15日 【目的】合作探测计划，主要任务是对土星系统进行空间探测 “卡西尼-惠更斯”计划壮丽的假想图，如今它已经成真 【背景】 1997年10月15日从肯尼迪航天中心发射升空的“卡西尼-惠更斯”号探测器，于2004年7月到达土星周围，开始执行对这个遥远的行星进行科学探索计划。这个探测计划由两部分组成： “卡西尼”号轨道器会环绕土星及其卫星运行4年之久； “惠更斯”号探测器则会深入土卫六浓雾包围的大气层并在其表面着陆。 安装在这两枚探测器上的精密仪器将会为科学家们提供帮助弄清这片神秘而辽阔的区域的重要数据。 整个计划直接经费共为32.6亿美元，制造耗费14亿，发射耗费4.2亿，运行经费7亿。总额未计算通货膨胀，80%由美国承担。 任务的主要任务如下：
“卡西尼”号正在制造 “惠更斯”号着陆器 “卡西尼-惠更斯”号是一艘花了32亿美元的核动力飞船，和其他深空项目一样，卡西尼-惠更斯号设计是飞行在远离太阳的外围太阳系，靠太阳能电池没办法正常工作。和更早的“伽利略号”一样，卡西尼-惠更斯号搭载的是同位素热能电池。 同位素热能电池 在“卡西尼-惠更斯”号上，同位素热能电池有3个，共装了32.7千克钚-238，可以提供至少900瓦的电池功率，供飞船上18个仪器工作。实际上，飞船上的这种电池是美国国家航空航天局的标准设计，在早先的“伽利略号”上和后来飞往冥王星的“新视野号”（“新视野”2号计划：错过2年，就要付出40多年等待的科学之痛）上用的是同个型号的电池。这种电池非常耐用，寿命可以长达数十年，10 年寿命之后还能提供至少 600 瓦的电力。 “卡西尼-惠更斯”号在加注燃料后重超过5吨，长6米宽4米，和一辆实心的面包车体型相仿。作为独立部分的惠更斯号探测器像一个凉亭大的圆盘，重量300公斤，带有3个降落伞，用来着陆在土卫六“泰坦”的表面。 “卡西尼-惠更斯”号是不同国家的3个航天局的协作成果。有17个国家参与建造了这艘飞船：“卡西尼”号轨道器由美国国家航空航天局下属的喷气推进实验室建造和管理，“惠更斯”号探测器由欧洲空间局建造，由法国阿尔卡特空间公司负责制造，属于欧洲航天局所有，意大利航天局则为“卡西尼”号提供通讯用的高增益天线。来自世界各地超过200位科学家将会参与研究“卡西尼-惠更斯”号收集的数据。 “卡西尼-惠更斯”号整装待发 【行动经过】 1997年10月15日，“卡西尼-惠更斯”号从美国佛罗里达的肯尼迪航天中心卡纳维拉尔角第40号发射台成功发射升空。固体火箭发动机在起飞时开始点火，直到第143秒才停止，当时高度是68300米。第一级火箭在升空第131秒开始点火，当时高度是58500米。“卡西尼-惠更斯”号升空后第323秒，第一级火箭分离，第二级火箭点火，当时高度是167300米。 提供“卡西尼-惠更斯”号进入宇宙空间的动力，来自“泰坦”4号运载火箭——“泰坦”，是古希腊远古的巨人神族，力大无穷。 1997年10月15日，“泰坦”4号运载火箭载着“卡西尼-惠更斯”号从卡纳维拉尔角发射 “卡西尼-惠更斯”号升空后207秒内，覆盖物保护“卡西尼-惠更斯”号以免暴露在阳光直射下。 至此，“卡西尼-惠更斯”开始了漫漫的宇宙旅程。 “卡西尼-惠更斯”号分别于1998年4月26日与1999年6月4日接近金星，进行两次重力助推调整，确保探测器有足够的动能可以抵达小行星主带。之后“卡西尼-惠更斯”号受到太阳牵引，1999年8月18日，探测器近距离通过地球进行重力助推调整，距离月球只有377000千米。 “卡西尼-惠更斯”号飞掠土卫九时所拍摄的照片 2000年1月23日，“卡西尼-惠更斯”号接近小行星2685，并进行一系列观测。“卡西尼-惠更斯”号距离该小行星160万千米，并估计其直径为15-20千米。 同年12月30日，“卡西尼-惠更斯”号与木星距离最近，并进行一系列观测，总共拍摄26000张木星影像。这些照片是当时最清晰的木星影像, 分辨率可达60千米。 2003年3月6日，科学家发布“卡西尼-惠更斯”号这次接近木星的一些主要发现。 10月10日，“卡西尼-惠更斯”号科学家团队宣布爱因斯坦相对论的实验结果显示相对论与实际观测互相吻合。 2004年6月11日, “卡西尼-惠更斯”号飞掠土卫九，也是“旅行者”2号之后最接近该卫星的一次。这也是“卡西尼-惠更斯”号唯一一次近距离飞掠土卫九。 “卡西尼”号飞船到达土星假想图 2004年7月1日，“卡西尼-惠更斯”号通过F环与G环之间抵达绕行土星轨道，成为首艘绕行土星的探测器，展开4年的探测任务。“卡西尼”号将会到达距离土星最近位置，距离土星上层大气只有2万千米，这个距离不足土星半径的1/3。当天日，“卡西尼-惠更斯”号启动主发动机减速，使飞船被土星引力俘获进入轨道。“卡西尼”号预计将完成74圈公转，44次近距离掠过土卫六，以及多次掠过土星其它冰卫星。 次日， “卡西尼-惠更斯”号首次近距离接近土卫六，距离该卫星339000千米，并获得有史以来最清楚的土卫六照片。 2004年12月25日，“惠更斯”号脱离母船“卡西尼”号，飞向土卫六。 2005年1月14日，“惠更斯”号在降落土卫六过程中拍摄土卫六照片，并测量风速及压力，分析大气层气体，并将数据会传回“卡西尼”号轨道器。“惠更斯”号最终降落在上都地区，并拍摄人类历史上第一张土卫六表面照片，“惠更斯”号在土卫六上运作90分钟。 “卡西尼-惠更斯”号所摄得土卫六照片 2005年，“卡西尼-惠更斯”号首次近距离观测土卫二，成像科学子系统拍摄到土卫二冰晶喷射活动。（其实，“卡西尼-惠更斯”号在2005年2月已经拍摄到羽状物，只是仍需要进一步对高相位角度拍摄的照片进行研究，这些照片还需要同其他卫星的高相位照片进行对比。）于是土卫二成为太阳系第4颗被证实存在火山活动的天体，其余3颗分别是地球、海卫一和木卫一。 2006年7月21日，科学家从雷达照片中发现土卫六北半球存在碳氢化合物湖泊，也是科学家首次在地球以外的星球发现湖泊。这座湖泊直径估计为100千米。
美丽、神秘而令人着迷的土星 2007年3月13日，喷气推进实验室宣布土卫六北半球存在碳氢化合物海洋，其中至少有一个比北美洲五大湖还大。 2008年3月12日，“卡西尼-惠更斯”号仅仅以50千米的距离飞掠土卫二，发现羽状物中含有更多的化学物质，包括复杂的碳氢化合物（丙烷、乙烷、乙炔）。这项发现提高土卫二存在生命的可能性。 2008年4月15日，“卡西尼-惠更斯”号确定展开两年延伸任务，将绕行土星60次、21次近距离探测土卫六、7次近距离探测土卫二、6次近距离探测土卫一、8次近距离探测土卫三及分别接近土卫四、土卫五与土卫十二各一次。这次延伸任务于2008年7月1日展开。第二次延伸任务于2010年10月2日展开并一直持续至今，“卡西尼”号预计将绕行土星155次、54次近距离探测土卫六、11次近距离探测土卫二。 2009年11月21日，“卡西尼-惠更斯”号第八次飞掠土卫二。
“卡西尼-惠更斯”号于2011年所摄得之土星风暴照片 2012年10月25日, “卡西尼-惠更斯”号观测到土星出现大白斑，这种现象约30年出现一次。 2012年12月21日, “卡西尼-惠更斯”号观测到金星凌日。 2013年7月19日，“卡西尼”使用高清晰度照相机拍摄土星回望地球与月球照片，美国宇航局于拍摄照片前事先告知社会大众，也是人类历史上的首例。科学家认为想要人们朝向天空挥手，科学家卡洛琳·波尔科认为这次拍摄是庆祝居住在暗淡蓝点上的生命。 2014年4月3日， 美国宇航局科学家宣布土卫二南极地底存在液态水海洋，土卫二成为太阳系有可能存在生物的星球之一。 “卡西尼”号预计于2017年进入土星大气层，结束所有任务。
2013年7月19日“卡西尼”号所拍摄的照片《一天地球微笑》：这张背对太阳的照片包含了土星和太阳系 发现新卫星，是“卡西尼-惠更斯”宇宙之旅的一个重要人物与成就： 2004年，科学家借由“卡西尼-惠更斯”号所拍摄的照片发现3颗新卫星，并获得S/2004 S1、S/2004 S2与S/2004 S5这3个暂时编号。 2005年5月1日， 科学家在基勒环缝发现一颗新卫星，之后被命名为“达佛涅斯”，这颗卫星也导致缝隙边缘的波纹。 2007年5月30日, 科学家发现第5颗新卫星，暂时编号是S/2007 S 4。 2009年2月3日，科学家宣布发现第6颗新卫星，之后被命名为“埃该翁”。 第7颗新卫星于2009年6月26日被科学家发现，暂时编号S/2009 S1，估计其直径约300米。 2014年4月14日, 美国宇航局科学家宣布“卡西尼-惠更斯”号可能又发现一颗新卫星。 2014年6月30日，美国国家航空航天局庆祝“卡西尼-惠更斯”号抵达10周年，并发表探测器对于土星及其卫星的研究资讯。 为了顺利抵达土星，“卡西尼-惠更斯”号曾多次进行重力助推，曾两次飞掠通过金星，之后再一次飞掠通过地球，并飞掠通过木星，并最终到达土星。
“卡西尼-惠更斯”号最初在行星间运行的轨道图，可以清晰看出，其轨道并非直达土星 “卡西尼”号相对于太阳的速度变化情况，时间介于1997年10月16日-2008年8月9日之间，速度的单位为千米/秒。
图标显示，经过4次利用其它行星的引力进行加速，“卡西尼-惠更斯”号的速度变动剧烈 “卡西尼-惠更斯”号多次的重力助推形成图表左部显著的波峰，而图表右部波形的周期性变化则是探测器在绕行土星轨道的速度变化，数据来自喷气推进实验室线上历书系统。探测器在环土星轨道上的最低速度约为5千米/秒，约略相当于土星的公转轨道速度，同时也是“卡西尼”号切入环土星轨道的速度。 为了能够收集到尽可能多的科学数据，“卡西尼-惠更斯”号携带了18台科学仪器，其中“卡西尼”号轨道器携带12台，“惠更斯”号着陆器携带6台。
“惠更斯”号拍摄的真色照片：泰坦表面 2016 年底，美国航空航天局开始考虑如何结束“卡西尼”号的任务。他们列举了几种可能，比如去更远的地方，比如海王星或者飞出太阳系；或者撞击到土星环、土星表面或者土星的卫星上；还有更简单的，让它停留在土星轨道上。 最终，在研究了剩余燃料可能，轨道变化可能性，科学研究的必要性之后，决定让“卡西尼”号坠毁在土星大气中。这其中有一个重要的原因，就是土卫二和土卫六上很有可能有生命或者支持生命的环境，而发射时未经太空检疫的“卡西尼”号很有可能带有地球微生物，坠毁在土星卫星上可能会带来污染。
“卡西尼”号的预定坠落路径 2017年4月，卡西尼号进入最终的任务。它降低了飞行轨道，从距离土星3100公里的地方穿过土星和土星环之间，距离土星环内缘直只有320公里。 2017年9月15日，“卡西尼”号的轨道将低至土星大气中，它在土星大气中烧毁，结束20年的科学任务。在最终毁灭之前，它将一直传回探测数据。
“卡西尼”号烧毁的 CG 想象场景 【后续】 未来，美国航空航天局正在计划关于土星的新探测计划，比如再次进入土卫六的大气中，或者设计一个潜水艇，深入土卫二的冰冻海洋。 【关联性】 【影响】 “卡西尼-惠更斯”号发现，土卫六上会下液化气雨。 土卫六是一个橙色的世界，大气是氮气、甲烷、乙烷和各种碳氢化合物组成，因为在太阳风的吹拂下，甲烷分解成了橙色的雾霾，整个星球呈现橙色。和地球类似，泰坦的大气中也有风暴和云，南北极也有极地云层。 但是这个类似也就是形态类似，泰坦和地球是完全不同的世界：泰坦表面温度约零下 179.2 摄氏度，大气阻挡了本来就比地球上少得多的阳光，泰坦表面的光照强度只有地球的千分之一。在这个温度下，甲烷液化形成云，在高空变成雨和雪再落到地面上。换句话说，泰坦表面下的是液化气形成的雨和雪花。 这些“液化气”雪填满了泰坦表面的凹陷和陨石坑，让星球表面显得很光滑。甲烷雨和其他碳氢化合物在泰坦表面形成湖泊和海洋，液体流动形成河流、峡谷甚至冲积扇。泰坦上最大的甲烷区域被命名为海怪“克拉肯”海，面积超过 40 万平方公里，超过了意大利的国土面积。深度超过 160 米，但波浪和潮汐非常微弱，只有几厘米到十几厘米。
雷达数据制作的伪色泰坦海洋地图：蓝色表示海洋，并非实际颜色 想象一下，在橙黄色的天空下，一片一望无际的深色液体，在甲烷风的吹拂下缓慢蠕动，因为气温过低，表面似乎是粘稠的，也不反光。在某些气温更低的地方，这些液体冻结成冰，但因为固体甲烷密度更大，冰会沉入海底。岸边堆积着橙色的甲烷雪泥，液体甲烷经过河口河流汇入大海。 惠更斯降落的区域不是海洋，能看到黄色的大地和球状的岩石。这些岩石和土壤不清楚具体的成分，但预计和地球上的不一样，他们可能是固体的碳氢化合物、冰和破碎的岩石组成。
“卡西尼-惠更斯”任务拍摄：泰坦的真色照片 科学家猜测，泰坦表面有可能出现和地球截然不同的生命形式：这些生命可能呼吸氢气，像代谢糖类那样代谢乙炔，最终呼出甲烷。 2017年7月“卡西尼”号传回的数据显示，泰坦的大气中似乎有高分子量的碳化合物和丙烯腈的存在，这些成分可能能成为生命细胞的必须组成部分。 土星被发现了60多颗卫星，北极还有一个会变色的六边形风暴。分离“惠更斯”着陆器之后，卡西尼号继续在土星轨道上运行了12年。这十几年中，“卡西尼”号反复掠过土星和土星环，拍摄和测量了一大堆数据。 “卡西尼”发现了7个新的土星卫星，加起来，土星卫星目前确认的超过60颗，有52颗有正式的名称。 在土星环的“基勒”缝中卡西尼号发现了一个新卫星“达夫尼斯”，这基本上是一颗直径7公里的大石头，但是它和土星环产生了奇特的相互作用：在重力的影响下，“达夫尼斯”周边的土星环像波浪一样翻动，后来发现这现象在土星环和卫星之间很常见。
“卡西尼-惠更斯”任务拍摄 1981年，“旅行者”1号飞过土星时观察到土星北极又一个巨大的常年风暴，在流体动力和土星自转的影响下，这个风暴呈现相当规则的正六边形。“卡西尼”号重新研究了这个风暴，发现它直径超过13800公里，略大于地球直径，每10个半小时转一圈。 “卡西尼”号还发现，在不同的季节不同的光照条件下，这个六边形风暴会在蓝色和金色之间变化。科学家推测，这可能是太阳光分解了土星大气的成分，形成了不同颜色的烟雾。
“卡西尼-惠更斯”任务拍摄 上述这些计划的研究成果，在对人类的宇宙观进行充实的前提下，将会对人类认识宇宙、认识自然提供更加丰富的动力与促进。 【评论】 “卡西尼-惠更斯”号土星探测器是人类迄今为止发射的规模最大、复杂程度最高的行星探测器，因此也可以认为是人类宇宙探测科技的最尖端水准。 2008年7月1日起，“卡西尼”号土星探测器经过7年的漫漫太空跋涉，顺利进入土星轨道，成为首个绕土星飞行的人造飞船。很多国家包括中国的中央电视台都全程直播了该次太空神秘的土卫六探险，全球各地无数的天文爱好者得以亲眼目睹"卡西尼"现场表演的太空登陆“舞蹈”。此后，“卡西尼”号飞船不断地传来与土星“亲密接触”的信息和图片，这让全世界的科学家为此兴奋不已。围绕着土星，"卡西尼"按照预定的计划接近了土星系统中的卫星——土卫六。 “‘卡西尼-惠更斯’土星探测计划堪称是人类首次真正意义上的土星之旅。”“卡西尼-惠更斯”土星探测计划，是继阿波罗登月、“伽利略”探测木星、探测器着陆火星之后，又一次伟大的科学壮举。从整个太空开发历史来看，虽然“卡西尼”只走了“一小步”，但是人类探索宇宙奥秘、生命本质的历程却朝前踏进了一大步。因为在“卡西尼”之前，“先驱者”11号、“旅行者”2号虽已“造访”过土星，但仅仅是路过，只是走马观花地“看”了一下。只有“卡西尼-惠更斯”土星探测计划，是人类专门为探测土星及其31颗已知卫星“家族”而设计的探测计划，它将在土星轨道停留4年，进行人类史上对土星及其31颗已知卫星最详细、最深入的探测。 登陆土卫六的阵容比登陆火星更加庞大，美国国家宇航局提供了“卡西尼”号太空船的建造和控制，欧洲宇航局提供了“惠更斯”建造，而意大利太空总署提供的是“卡西尼”的通讯天线设备，世界范围内的17个国家都向此计划提供了相应的技术支持。全世界有超过250名的科学家将对搜集回来的数据进行分析和研究。 【相关资料】 “卡西尼-惠更斯”号发回的土星卫星照片，为认识土星的卫星、土星、太阳系，提供了极为宝贵的一手资料。
土卫六（泰坦，Titan）
地球的卫星月亮
土卫五（瑞亚，Rhea）
土卫八（Iapetus）
土卫四（Dione）
土卫三（忒提斯，Tethys，《荷马史诗》中的海神）
土卫二（Enceladus）的羽状物
土卫一（Mimas）
土卫七（Hyperion）
土卫九（Phoebe）
土卫十（Janus）
土卫十一（Epimetheus）
土卫十六（普罗米修斯，Prometheus）
土卫十七（潘多拉，Pandora）
土卫十二（海伦，Helene）
土卫十五（阿特拉斯，Atlas）
土卫十三（Telesto）
土卫三十二（Methone） 【代号说明】 “卡西尼-惠更斯”，是两位科学家的名字： “卡西尼”号探测器以发现土星环缝的意大利出生的法国天文学家乔瓦尼·多米尼克·卡西尼的名字命名的，其任务是环绕土星飞行； “惠更斯”号探测器是“卡西尼”号携带的子探测器，以发现了土卫六的荷兰物理学家、天文学家和数学家克里斯蒂安·惠更斯（他是土卫六的发现者），以他的名字命名了土卫六深入土卫六的大气层着陆器惠更斯号，对土星最大的卫星土卫六进行实地考察。 现代人类熟知的是，土星是太阳系中拥有最明显星环的行星，这颗行星肉眼看上去呈现非常独特的草帽状，在天气晴好的夜晚，甚至家用望远镜都能看到土星和它的环。著名科学家伽利略在 1610 年用手磨望远镜看到它时，因为分辨率太低，一度以为土星有一个伴星。 1655 年，克里斯蒂安·惠更斯用一台更强大的专门天文望远镜确认了土星环的存在，并且准确描述道，土星被一个薄且平坦的环环绕着，环与土星没有接触，并且相对黄道倾斜。 1675 年，乔凡尼·卡西尼确认土星环之间又一个宽达 4800 公里的缝隙，这个缝后来也用他的名字来命名了。 1859 年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出，土星环预计不是固体，因为理论上来说它无法保持固体状态，一定会碎裂。 |
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