原创《卡西尼探测器穿越土星和内侧光环区域》
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◇海 峰
美国宇航局所属的卡西尼探测器在顺利完成首次从土星与其光环之间区域穿越任务之后,已经再次与地球之间建立通讯联系.不久前,这艘飞船持续向地球回传探测数据.为此,美国宇航局设在加州莫哈维沙漠中的深空网天线,在美国东部时间2017年4月27日接收到探测器信号,并开始接收下行探测数据.美国宇航局华盛顿总部行星科学分部主管吉姆·格林表示：“秉承伟大的探测传统,美国宇航局的卡西尼飞船再次一往无前,向我们展示了崭新的奇迹,并让人们看到,人类的好奇心能够将我们领往多么远的远方.”
随着卡西尼探测器进入土星与光环之间的空隙,飞船距离土星云层顶部有3000千米,而另一侧距离土星可见光环的最里侧边缘仅有300千米.尽管美国宇航局的工程师们非常相信卡西尼号飞船能够从这个狭窄的一个间隙内穿行而过,但在实际操作中他们仍然非常谨慎,毕竟这是人类探测器,从未涉足陌生之地.美国宇航局喷气推进实验室的卡西尼探测器项目经理厄尔·美茨表示：“从未有任何探测器抵达距离土星表面如此近的距离.一切都只能依赖于我们根据此前对其他土星光环的观测数据进行的预测和计算,来推测这一区域可能是什么样子,并据此来制定飞行计划.而现在我可以非常高兴的向大家通报,卡西尼探测器非常顺利地穿过了这一区域,正如我们预料的那样,目前飞船状态良好.”
土星大气顶部与其光环之间的间隔区域宽度仅有2000～3000千米之间.关于这一陌生区域的最佳理论模型推测认为,卡西尼飞船将要穿越的这一区域是安全的——尽管这里存在细微颗粒物,但其非常微小的颗粒物直径约和烟雾颗粒大小类似.卡西尼飞船高速穿越这一区域时,与土星之间的相对速度高达每小时12.4万千米,因此工程师们有些担心在如此极端的高速状况下,即便最细小的颗粒也有可能对飞船的一些敏感部件造成威胁.作为预防措施,卡西尼飞船在穿越过程中调整了姿态,将其直径4米,面积最大的圆形高增益天线作为“防护盾牌”指向飞行前方.但这样做的代价就是在飞船穿越该区域的期间,将会暂时失去与地球之间的通讯联络,通讯中断的开始时间为美国东部时间26日5：00.根据预定程序,卡西尼飞船将在穿越过程中距离土星最近的一段时间开展探测,并在完成穿越任务之后约20小时开始重新设定天线指向,并向地球回传数据.
如果卡西尼号在这次飞掠任务中有任何发现,那很有可能是它在整个任务期间最好最重要的发现,因为卡西尼号前所未有地从土星与土星环间穿过,得到土星云层及土星环最近距离的第一手“新鲜”图像.卡西尼号探测器上搭载的设备,可以直接观测到土星环中小至千米级的碎片,得到一些关于土星系统的新数据,例如,土星环的质量等.对土星环质量的精确测量,将有助于解决一个长久以来悬而未决的问题：土星环到底是什么时候形成的？是怎样形成的？监督卡西尼号任务的科学家之一琳达·斯皮尔克表示,如果土星环的质量比我们预想的要大,就意味着土星环可能很久以前就形成了,甚至与土星同时形成.如果土星环质量比我们估计的要小,或许它是在一亿年以内,由于一颗土星的卫星或彗星靠得太近,而被土星引力撕碎而刚刚形成的.毕竟对于太阳系四十六亿年历史而言,一亿年只是很短的时间.
卡西尼飞船是在1997年发射升空的先进土星探测器,2004年抵达土星轨道,并在2017年4月23日最后一次飞越土星最大的卫星土卫六之后,正式开始执行美国宇航局为其规划的“伟大终结”飞行探测计划.这是因为卡西尼飞船所携带的燃料即将耗尽,探测器即将结束使命,宇航局希望能够利用其最后一段任务时间去执行一些比较有风险,但科学意义重大的探测任务.卡西尼飞船在这阶段里将每周围绕土星飞行一圈,共在土星与它的光环之间的间隙区域穿越22次,而首次穿越飞行是让科学家们汲取经验和最新数据,从而帮助工程师们更好地规划后续的飞行计划.在此期间,卡西尼飞船的轨道将越来越低,直到2017年9月15日冲入土星大气层焚毁,正式结束自己的科学使命.
区域论文参考资料：
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