“卡西尼号”太空探测器

卡西尼，是由美国和意大利联合研制的“卡西尼号”太空探测器在经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行之后，已于北京时间2004年7月1日12时12分按计划顺利进入环绕土星转动的轨道，开始对土星大气、光环和卫星进行历时4年的科学考察。“卡西尼号”还携带一个进入土卫六大气的探测器——“惠更斯号”。”惠更斯“号已于2005年1月15日成功软着陆于土卫六表面。“卡西尼号”于2017年9月15日上午7时55分坠落土星。

中文名：卡西尼号太空探测器

外文名：CAssini

作用：研究土星及其卫星

升空：1997年10月15日

所属：美国宇航局

坠落：2017年9月16日（待定）

1、简介

“卡西尼”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，也是美宇航局、欧洲航天局和意大利航天局的一个合作项目，主要任务是对土星系进行空间探测。

2、命名

380多年前，意大利科学家伽利略在人类历史上第一次把望远镜对准了天空中的星星，把古老的天文学推进到了一个全新的时代。伽利略在用望远镜观测土星的时候，发现土星的圆面两侧有好像人耳朵一样的东西。1659年，荷兰科学家惠更斯在经过更精细的观测之后确定，土星的这两个像耳朵一样的东西，实际上是连在一起的，是一个环绕土星的扁平圆环。

卡西尼出生在意大利，后到法国，担任巴黎天文台首任台长。1675年，他在对土星光环进行观测时，发现在这个光环的中间有一条黑暗的缝隙，把光环分为内外两部分。后来，天文学家就把这条缝隙称为卡西尼环缝。

1989年10月18日，美国和欧洲合作发射了“伽利略号”太空探测器。1995年12月7日，“伽利略号”进入绕木星飞行的轨道，开始对木星和木星的四颗大卫星进行科学研究。当年，正是伽利略用望远镜发现了这四颗木星卫星。把太空探测器取名为“伽利略号”，就是为了纪念伽利略的这一发现。

受到“伽利略号”成功的鼓舞，美国和欧洲进一步合作，又研制了一个飞向土星的太空探测器，并且为了纪念卡西尼当年发现土星光环的环缝，就把这颗太空探测器取名为“卡西尼号”。

3、“生命”历程

1997年10月15日，卡西尼号从美国的卡纳维拉角发射升空，携带着欧洲空间局的土卫登陆探测器“惠更斯”号。

从地球到土星，卡西尼号飞了7年。它借用引力弹弓效应，先后两次掠经金星（1998年4月和1999年6月）、一次掠经地球（1999年8月）、一次掠经木星（2000年12月），最终抵达土星。

土星距离地球的最近距离约为13亿公里，而卡西尼号采取的这段迂回路线长达35亿公里。不过，这样借力飞行，并未更加耗时，且大大节省了燃料。

北京时间2004年7月1日12时，卡西尼号进入土星轨道。土星的公转周期是地球的29倍，也就是说，终其一生，卡西尼号差不多了陪伴了土星“半年”。此时此刻，土星北半球的冬天正开始消退。

2008年，完成了第一期4年任务后，科学家们给卡西尼号安排了第二期2年任务：观察土星抵达昼夜等分点，阳光照向土星环侧面时，土星和土星环的变化。这之后，卡西尼号的服役期又延长了7年，继续探索土卫二和土卫六。

土卫二：具备生命所需要素

土卫二（Enceladus）是一颗被冰雪覆盖的“冰月”，冰层下隐藏着流动的海洋。2015年，卡西尼号从冰层裂缝中喷射出来的羽流里检测到二氧化碳和大量氢气。科学家认为，这是冰层下的温软海洋和海底岩层之间的水热反应所致。水热反应可以为深海微生物提供能量。

土卫二（Enceladus）是一颗被冰雪覆盖的“冰月”

氢气和二氧化碳可以合成甲烷。科学家们已经发现，地球的深海里存在独特的热泉生态系统。在太阳照不到的地方，甲烷也能养活海底热泉附近的微生物。

“吻别”土卫六：故事的起点和终点

“泰坦”（Titan）是希腊神话中的巨人族，冠以泰坦之名的土卫六是土星最大的卫星，也是太阳系中第二大的卫星，仅此于木卫三。土卫六也是太阳系已知的唯一一颗拥有真正大气层的卫星。

科学家们一直想要知道，土卫六稠密的大气层下藏着什么？冰雪、海洋，甚至是生命？卡西尼号并非人类派来的第一个访客。目前已飞到太阳风边缘的“旅行者1号”和“旅行者2号”，都曾是匆匆过客。

2004年10月24日，卡西尼号传回了首批土卫六照片和数据。2004年12月23日，卡西尼号释放惠更斯号。2005年1月14日，惠更斯号成功登陆土卫六。

卡西尼号和惠更斯号一起，揭开了土卫六大气层下的真面目：这是一个在气候和地理上最接近地球的世界，存在关于生命的伏笔。

土卫六的地表温度约为零下179摄氏度，没有水只有冰，却有着“甲烷海”和“甲烷河”，下着“甲烷雨”，天上飘着“甲烷云”。

而这些“甲烷河”流经深深的峡谷，汇入“甲烷海”，冲刷出鹅卵石一般的冰块。

土卫六的赤道地区，充满了贫瘠的沙丘，与纳比米亚和撒哈拉地区的地貌相似，由来自大气层的有机物构成。此外，土卫六上还有疑似有火山的存在。如果那真是火山，那喷射的将不是岩浆，而是泥泞的沸水。

在土卫六上，人类可能观察到生命在有机物中萌芽的过程。

9月11日，卡西尼号在11.9万公里外飞掠土卫六，这是卡西尼号距离土卫六最近的一次，也是最后一次。借助土卫六的引力，卡西尼号直奔土星大气层而去，迎接最终命运。

工程师们把卡西尼号和土卫六的最后一面称为“吻别”。

与土星相伴13年，卡西尼号的主要任务就是拍拍拍。NASA官网上展示着卡西尼号拍摄所有的39万多张照片。

北京时间2017年9月15日凌晨4时许，卡西尼号将拍下最后一张照片。

4、发射升空

“卡西尼号”在北京时间1997年10月15日16时43分发射升空。如果仅仅依靠火箭的推力直接飞向土星，并要求它像现在这样在7年之内飞到土星，那么使用的燃料决不能少于70吨。然而，人类至今还不能制造可以携带这么多燃料的火箭。因此，“卡西尼号”采用了与“伽利略号”类似的办法，借用行星的引力来加快速度。

“卡西尼号”发射后，首先于1998年4月在距金星284千米处飞掠，利用金星引力获得加速。之后，它绕太阳一圈，于1999年6月再次在距金星600千米处飞掠，获得金星引力的第二次加速。同年8月，“卡西尼号”在距地球1171千米处飞掠，被地球引力再次加速。

“卡西尼号”第二次离开地球后，才飞往太阳系的外层。2000年12月，它在距木星约1000万千米处飞掠，获得了木星引力的加速。这时，它的速度超过了每秒30千米。然后，它才向目的地土星飞去。

土星离开地球的距离，距离地球最近时不到13亿千米，最远时也不超过16亿千米，然而“卡西尼号”由于采用了上述迂回的飞行路线，飞往土星的行程长达35亿千米。不过，磨刀不误砍柴功，飞行的时间并没有因此增加，而燃料却大大节省了。

5、进入环土轨道

北京时间2004年7月1日上午，“卡西尼号”已经来到了土星近旁。这时候的“卡西尼号”，离开我们的距离超过15亿千米，以至于它与地球之间的无线电通信联系，尽管无线电波以光速传播，可是单程就要花84分钟。于是，对于在“卡西尼号”发生的事情，就有了两个时间，一个是在“卡西尼号”上的时钟记录下来的一件事情真正发生的时间，另一个则是我们地球上的时钟记录下来的我们“看到”这件事情发生的时间，后一时间比前一时间晚84分钟。

下面，我们还是以地球上“看到”事情发生的时间为准，而且，我们采用北京时间来表示地球时间。

“卡西尼号”的任务之一就是对土星的光环进行探测。尽管它初来乍到，然而入轨过程本身，就是在预期4年的探测运行中一个绝好的与土星距离最近的机会，它与土星表面云层顶部的距离最近时只有大约2万千米。科学家自然不会放过这个机会开展对土星光环的探测，因此在它入轨的过程中安排了两次穿越土星光环。

整个入轨过程，包括两次穿越光环，每一个步骤，都是预先经过精密计算设定的，由电脑控制着所有事情有条不紊地进行。

“卡西尼号”是从F环和G环之间的缝隙穿越土星光环的。这道环缝是土星光环中最宽的一道环缝，宽达3万千米。环缝中，仍然可能弥漫着一些微粒。“卡西尼号”从环缝中穿过，如果有微粒撞击到它的要害部位或者携带的科学仪器，将有可能造成非常坏的后果。为此，“卡西尼号”在穿越土星光环之前，首先调整姿态，转身180度，把原来位于尾部朝向地球的直径4米的盘状天线，转到前进方向，成为对付环缝中微粒的“盾牌”。

9时11分，“卡西尼号”调整姿态；10时08分，它开始从光环下面穿越光环；10时11分，它到达光环上方，穿环成功。然后，它再把身子转回来，让发动机的喷气管朝向前方，以便点火后形成减速阻力。10时21分，“卡西尼号”再次转身成功；10时36分，发动机点火，“卡西尼号”开始减速。在土星引力的作用下，减速后的“卡西尼号”转过一个大弯，逐渐进入预定的运行轨道。

12时12分，“卡西尼号”的发动机熄火。这时，它已由原来的飞向土星的路线完全转到环绕土星运行的轨道。然后，它开始对土星和土星光环进行近距离的探测，包括用磁力计测量土星磁场的强度和方向，检测穿越光环时所碰到的微粒大小和光环厚度，以及估测光环的组成、温度和结构。

13时32分，“卡西尼号”再次调整姿态；13时58分，它再次穿越光环，从光环上方回到光环下方。然后，它把盘状天线转到朝向地球方向，进入正常运行状态。

6、全面探测土星家族

“卡西尼号”从2004年1月起，就开始拍摄土星家族全面、完整的照片和电影。“卡西尼号”携带的照相机，比哈勃太空望远镜上的同类照相机性能更好。

在临近入轨之前，2004年6月11日，它对土卫九进行了探测，拍摄了这颗卫星极其清晰的照片。土卫九是土星距离最远的一颗卫星，半径110千米，科学家猜想它是被土星俘获的一颗小行星。“卡西尼号”在离开它2000千米处经过，对它的质量和密度进行了测量。

2005年2月17日，“卡西尼号”将在离开土卫二1179千米处经过，而同年3月9日，距离更近到499千米。土卫二半径250千米，表面非常明亮，几乎能反射百分之百的阳光。科学家怀疑它的表面是光滑的冰层，“卡西尼号”将探测它的磁场，以判断它的表层下面是否有含盐分的水存在。

2005年4～9月，“卡西尼号”的轨道将从土星赤道面改变到与这一平面成22度夹角，居高临下对土星光环和大气进行测量，进一步探测光环结构、组成光环的物质粒子和土星大气物理特性。

2005年9～11月，“卡西尼号”将逐个接近土卫四、土卫五、土卫七和土卫三，分别对它们进行观测。土卫四半径560千米，土卫五半径870千米，它们的外表很像我们的月亮，密布环形山。土卫七位于土卫六与土卫八之间，形状不规则，最长处直径175千米，很像一颗小行星。土卫三半径530千米，密度和水一样，很可能是一个冰球。

2006年7月到2007年7月，“卡西尼号”将系统地监视和拍摄土星、土星光环、土星磁层的图像。2007年7～9月，它将再次拍摄土星及其家族的电影，并在9月10日到离开土卫八约1000千米处对土卫八进行观测。土卫八半径为720千米，其表面一面颜色很暗，另一面却接近白色，很为奇特。

2007年10月到2008年7月，“卡西尼号”将逐步地进一步增大轨道与土星赤道平面的夹角，最后达到75?郾6度。这样，“卡西尼号”就能更好地观测土星的光环，测量远离土星赤道平面处的磁场和粒子、监视土星的两极地区和观测土星极光现象。其间，在2007年12月3日和2008年3月12日，它将两次接近土卫十一，分别在离开土卫十一6190千米和995千米处对这颗卫星进行观测。

卡西尼飞船发现土卫六湖泊酷似地球上的湿地。

据国外媒体报道，一项最新的研究发现在土星的一个卫星上（土卫六）存在着一片巨大的甲烷湖，该湖位于土卫六的南极附近，本科学家命名为“安大略湖”，更惊人的是这片湖区与地球上纳米比亚北部埃托沙盐沼(EtoshaPan)极为相似。图1中左边部分显示的是土卫六上的安大略湖，右边则为埃托沙盐沼。本张照片由美国国家航空航天局喷气推进实验室、加州理工学院以及美国地质调查局绘制。

2017年4月6日，据香港《文汇报》报道，2004年抵达土星的美国宇航局(NASA)探测器“卡西尼”号，22日将进行最后一次任务，被送至土星与土星环之间的范围，探测土星环构造。

7、自我焚毁

2017年10月15日本该是“卡西尼”号的20周年纪念日，不过，它等不到这一天了。北京时间9月15日傍晚，卡西尼号将执行来自美国国家航空航天局（NASA）的最后一条指令：自我焚毁。这艘20世纪末的行星际飞船，将点燃推进器，一头扎进土星大气层，与这颗探测了13年的气态行星融为一体。

该任务的代号是：大终章（GrandFinale）。在逐渐燃烧、汽化，融进土星大气层的过程中，卡西尼号的高增益天线会保持对准地球，传输珍贵的数据，直至信号消失。

不过，由于距离遥远，当NASA接受到最后信号时，卡西尼号实际已经消失83分钟了。

其实，卡西尼号在2008年就达到了设计寿命，如今，迟暮的飞船行将“油尽灯枯”。为了避免失去动力的飞船撞向土星的卫星，破坏后续的探测任务，NASA决定令其“自杀殉道”。其中，土卫二和土卫六具备生命存在的条件，是重点保护对象。

8、完美谢幕

美国东部时间2017年9月15日上午7时55分是个值得纪念的时间。

美国国家航空航天局(NASA)“卡西尼”号完成20年太空之旅，最后像绚烂的烟火，在土星大气层光荣谢幕。

实际上，信号从地面指挥中心的大屏幕上消失之前83分钟，土星“烟火”就已落幕，最后一拨信号，用时83分钟，才从土星传回地球。

我们应该向“卡西尼”号致敬，它是唯一绕土星探测的航天器，它向我们展示了前所未见的土星系统，特别是著名的土星环。更重要的是，令人着迷的海洋世界和水热活动在土卫二上亮相，它和土卫六的甲烷海洋，或许都存在孕育生命的可能。

“卡西尼”号项目经理厄尔·马伊斯在15日9时30分NASA举行的新闻发布会上说：“这是一个令人难以置信的使命，一个无与伦比的航天器，一个令人钦佩的团队。但我必须宣布，‘卡西尼’号任务正式结束。”

穿着紫色衬衫的飞行控制员站在一起，拥抱并握手，项目科学家琳达·斯皮克用紫色的手帕拭去眼泪。她告诉记者：“感觉好像失去了一个朋友。”

整个团队成员超过1500人，他们聚集在加利福尼亚的喷气推进实验室，还有的人聚集在附近的加州理工学院NASA实验室。这次相聚，被描述为“为‘卡西尼’号守夜和庆祝”。

NASA称，这次诀别，是因为“卡西尼”号的燃油箱，在探索土星系统13年后变得状态“低迷”。科学家想避免它碰撞土卫二或土卫六，破坏那里原始的世界。

所以在2017年4月，“卡西尼”号被引导到以前没有探索过的土星云顶与土星环之间，进行了22个周期的“深潜”。

“卡西尼”号1997年离开地球，2004年到达土星。搭载欧洲空间局的“惠更斯”号2005年登上了土卫六“泰坦星”。到目前为止，“卡西尼”号拍摄了超过45.3万张图像，旅行超过49亿英里。这是全人类的共同成就，有27个国家参与，花费了39亿美元。

欧空局官员与美国同事一起出席了“卡西尼”号的告别仪式。17世纪的意大利天文学家乔万尼·多梅尼克·卡西尼发现了土星的四颗卫星和土星环，荷兰的克里斯亚·惠更斯发现了土星最大的卫星土卫六。最新的卫星数量是62个，其中6个是“卡西尼”号发现的。

对于未来是否继续深入研究土卫二和土卫六的“潮湿世界”，NASA表示正在考虑，但没有任何官方的确定性文件。但与此同时，NASA计划在2020年向木星卫星欧罗巴发射轨道飞行器和着陆器，他们相信那里存在一个可能适宜生命存活的全球性海洋。

NASA科学任务主任托马斯·泽波陈说：“这些未知的水世界，正改变我们对生命本身的看法。”