卡西尼—惠更斯號:我的故事先講到這裡--中國數字科技館

2020-12-01 中國科學技術館

  1997年10月15日,我在人們的注視中離開了地球,開啟了前往土星的旅程;2004年7月1日,我順利地進入了環繞土星的軌道,從此成為常駐土星的第一位「 人類代表」,探索土星和它的衛星是我的使命;2017年9月15日,垂垂老矣的我懷揣著對土星的熱愛和對人類探索精神的敬畏,一頭扎進了土星那濃密的大氣層裡,在高溫炙烤中分崩離析,結束了自己的一生。這就是我,「卡西尼—惠更斯號」探測器。現在,就請你跟隨我的日記,和我一起重溫這段激情歲月吧。

  20世紀80年代末:我橫空出世

  人類很早就發現土星了,但漂亮的土星環直到17世紀才由克裡斯蒂安·惠更斯發現,他還看到了一顆巨大的衛星—土衛六「泰坦」。後來,義大利天文學家喬凡尼·多梅尼克·卡西尼發現了4顆土星的衛星,還發現了土星環中存在縫隙,所以科學家管這些縫隙叫卡西尼環隙。你看,我的名字「卡西尼—惠更斯號」裡有他們兩個人的名字,就是為了紀念這兩位傑出的科學家。

  後來,隨著天文學的發展,人類一點一點地揭開了宇宙的神秘面紗。我是第4枚造訪土星的探測器,在我之前還有3位「前輩」曾經飛掠過土星。不過,老大哥「先鋒11號」搭載的相機解析度太低,壓根看不清土星的表面細節;後來發射的「旅行者1號」「旅行者2號」倒是相繼發回了高清圖像,還進一步研究了土星系統,但是「旅行者2號」遺失了一些照片,非常可惜。另外,可見光波無法穿透「泰坦」的大氣層,所以「前輩們」也無法看清它的細節。

  有了這些前車之鑑,20世紀80年代末,一個由17個國家參與的國際合作計劃被提出來了,這個計劃就是為了把我 —「卡西尼—惠更斯號」探測器製造出來。在歷時10年、耗資32億美元之後,直徑3米、高7米、重6.4噸、攜帶了27種當時最先進的科學儀器的我誕生了。與「前輩們」的飛掠式探測不同,我是第一個環繞土星飛行的探測器。作為一名「常駐人員」,我將有足夠的時間來探索土星系統的奧秘。

  2004年:土星,我來看你了

  1997年10月15日,在美國佛羅裡達州的卡納維拉爾角,「泰坦4號」運載火箭搭載著我和「惠更斯號著陸器」成功發射,前往土星系統,開始了長達7年的旅程。我們在旅途中還飛掠了金星、地球和木星,在它們的引力幫助下實現了一次次加速。人們都說我是人類迄今為止發射的規模最大、複雜程度最高的行星探測器,我一定不會辜負人類的期待!

  2004年7月,我們順利抵達目的地,進入了環繞土星的軌道。12月,我與「惠更斯號著陸器」依依惜別,因為他要自己前往「泰坦」並著陸。我們背負著各自的使命繼續前行。2005年1月,他成功地降落在「泰坦」表面,真為他感到高興。不過遺憾的是,我在接收他的數據時,因為系統故障,305張珍貴的照片丟失了。希望以後我們的繼任者能補上這個遺憾。

  從我們到達環繞土星的軌道時起,屬於我們的時代開啟了。在我服役的這13年中,我主要開展3個方面的工作:環繞土星飛行並研究它的大氣、研究土星環、研究土星的衛星。這每一項工作,我都順利完成了,還給所有人帶來了無數驚喜。

  任務一:我要研究土星大氣

  宇宙中的景象真是令人驚嘆。我飛到土星的北極上空時,看到一個漂亮的六邊形風暴,其中還有許多小的渦流在繞圈兒。雖然「旅行者號」是第一個看到這個美景的探測器,但我拍到了更清晰的圖像!

  我發現這個六邊形的顏色還會變化!我在2013年拍攝的六邊形還是藍色的,到了2017年,它居然整體變成了淡黃色,就好像是有霧霾覆蓋著。科學家猜測這可能是因為土星季節的變化帶來了光化學反應,在土星大氣中產生了這種「霧霾」。

  2011年,我還目睹了土星北半球大氣層上發生的巨大風暴。這個風暴大約30年出現一次,我就這麼靜靜地看著它從產生到長大,再到消退,最終消失不見。何其有幸,我能為人類留下關於它的珍貴影像資料。我還吸取了前輩的經驗教訓,用近紅外照相機拍攝到了土星表層大氣以下的清晰雲層,進一步認識了土星的結構和天氣系統。

  任務二:我考察了土星的衛星

  土衛六「泰坦」真是個神奇的衛星,它是太陽系裡唯一一個有稠密大氣的衛星,也是除了地球以外,唯一一個表面有穩定液體的天體。2005年1月4日,我的搭檔「惠更斯號著陸器」在「泰坦」上順利著陸,但90分鐘後,他的電量就耗盡了,永遠地停止了工作。不過他在「犧牲」之前傳回了「泰坦」的地表圖片,我們可以從圖片上看到許多圓形的石頭,就像是地球上的鵝卵石一樣,很像是河流衝刷後的痕跡。不過測量結果表明,「泰坦」表面實在是太冷了,看來這裡應該很難孕育出生命。

  「惠更斯號著陸器」雖然不在了,但我仍然沒有放棄對「泰坦」的探測。在接下來的十多年裡,我無數次地飛越「泰坦」上空,發現「泰坦」表面有降雨、湖泊、海洋,不過海洋中的液體主要由液體甲烷等碳氫化合物組成。我還在距離地面1000千米的大氣中,發現了有機大分子。要知道,有機大分子很可能就是生命起源的過渡產物!!

  在飛越土衛二「恩克拉多斯」時,我有了更壯觀的發現!我拍到了它布滿冰裂紋的美麗表面,還在它的噴流中發現了構成生命的化學物質和豐富的常見氣體,例如水蒸氣、二氧化碳、一氧化碳等等。看來,土衛二可能會成為太陽系內除了地球以外最適宜人類居住的地方。

  我在服役期間一共發現了6顆土星的新衛星。你們好奇我是怎麼發現它們的嗎?很簡單,就是拍照呀!2005年,我在土星環的凱勒狹縫中拍到了土衛三十五「達佛涅斯」的照片,於是發現了這顆衛星。從照片上可以看到狹縫邊緣的波浪形狀,這是由於衛星引力產生了擾動,導致環邊緣的物質分布不均勻,從而產生的「波浪」。

  任務三:我要研究美麗的土星環

  一開始,人們以為土星環是一個完整的環,後來才發現這個看似完整的環實際上是由許多同心環組成的,人們還給它們命名為D、C、B、A、F、G、E環,與我同名的卡西尼環縫就在A、B環之間。

  我的眼力可是非常驚人,遠遠超出了人們的想像。比如,我在A環中拍到了4顆小衛星(塊狀物),把那張照片反覆放大後,就能清楚地看到環上物質因為引力而產生的擾動!現在知道我有多厲害了吧。此後,人們才意識到其實土星周圍有非常多這樣的小團塊,數以百萬計。

  我拍攝的圖片再一次超出人們想像的是,土星環不僅僅是平面的環,還存在豎直的結構。我在俯視土星B環的外邊緣時,就看到了高達2.5千米的豎直結構和在陽光下投射出來的陰影。科學家推測,在環的邊緣區域可能有小衛星或者別的天體,它們會把粒子向上推出,所以就形成了像尖刺一樣的結構。

  我還為土星拍攝了「全家福」照片。2013年7月19日,我滑進了土星的陰影裡,這時太陽耀眼的光芒正好被土星擋住了,於是我拍攝到土星、土星的內環和7顆衛星,背景裡甚至還有地球、金星和火星。

  最外層的環是土星的E環,由從土衛二南極地區噴射出來的細冰顆粒構成,在陽光的照射下散發出了非常漂亮的藍色光芒。

  2017年:我的謝幕演出

  世間沒有不散的筵席,20年的時間讓我耗盡了燃料,無力繼續前行。有人說,我的隕落將會是一次「偉大的終結」,在離去的悲傷中竟也多了些厚重的使命感。

  我要踏上的最後一段徵程,其實是一條有去無回的路,我要以前所未有的距離靠近土星,探尋一片全新的領域。在通過22圈變軌操作後,我必須穿過土星與土星最內環之間的狹小縫隙,投身到土星的懷抱中去,並努力地把自己的天線指向地球,以傳送我最後的告別過程。最終,我的航程就終結在土星的天空中,身軀因高溫而燃燒、炸裂,化為土星大氣的一部分。

  2017年9月15日,我為人類拍下了最後一張照片。那時候的土星正值夜晚,土星環反射的太陽光照亮了夜空。

  從1997年發射,到2007年在土星上空終結,這是一段長達79億千米的航程。在環繞土星軌道運動的13年中,我完成了繞土星的294圈飛行,執行了250萬條命令,傳輸了635GB的數據和453048張圖像。作為第一枚環繞土星的人造太空飛行器,我圓滿完成了人類賦予我的所有使命,而且每一次發回的令人震撼的圖像,都在書寫新的歷史。

  這是我的最後一頁日記了,在書寫我的傳奇故事的道路上,我畫上了句號,但我知道人類探索土星乃至更遠宇宙的腳步永遠不會停歇,這樣的故事未完待續!

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