拯救一颗星球,却失去一艘探测器:NASA卡西尼号的命运

The spiral galaxy NGC 4845, located over 65 million light-years away in the constellation of Virgo (The Virgin) is shown in this NASA/ESA Hubble Space Telescope image released on January 8, 2016. The galaxy?s orientation clearly reveals the galaxy?s striking spiral structure: a flat and dust-mottled disc surrounding a bright galactic bulge. NGC 4845?s glowing center hosts a gigantic version of a black hole, known as a supermassive black hole. REUTERS/NASA/Handout FOR EDITORIAL USE ONLY. NOT FOR SALE FOR MARKETING OR ADVERTISING CAMPAIGNS. THIS IMAGE HAS BEEN SUPPLIED BY A THIRD PARTY. IT IS DISTRIBUTED, EXACTLY AS RECEIVED BY REUTERS, AS A SERVICE TO CLIENTS - RTX21KFS
The maneuver will use up the fleeting reserves of Cassini's fuel and put the robot on a collision course with Saturn.Image: REUTERS/NASA/Handout
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近三十年来,研究人员一直致力于设计、建造、发射并运行一项前所未有的任务,探索土星。

这艘飞船名为卡西尼-惠更斯号,简称卡西尼号;这艘金色的核动力飞船于1997年10月发射,2004年7月进入气态巨行星土星的轨道,此后一直记录这颗行星及其种类繁多、令人眼花缭乱的卫星。

但天下没有不散的筵席。对于NASA这艘耗资32.6亿美元的探测器来说,终点就是2017年9月15日,星期五。

在一场新闻发布会上,美国航天局的研究人员于4月4日解释了为何要让这艘备受珍视的飞船走向终结,并将这一行动称为“大结局”。这一机动将耗尽卡西尼号所剩无几的燃料,让这台机器人踏上与土星相撞的轨道。

“卡西尼号自己的发现导致了它的终结,”负责卡西尼号任务的NASA喷气推进实验室(JPL)工程师厄尔·梅兹说。

梅兹指的是卡西尼号发现的一片温暖的咸水海洋,它藏在土星大型卫星土卫二的冰壳之下。土卫二会向太空喷射水。NASA探测器于2015年10月穿过这些帷幕般的水汽与冰粒喷流,对其中物质进行了“品尝”,并间接发现了地下海洋的成分——这种成分可能支持外星生命存在。

“我们不能冒险与这颗 pristine 天体发生意外接触,”梅兹说。“必须让卡西尼号安全退场。既然我们希望继续留在土星附近,唯一的选择就是以某种可控方式将它摧毁。”

但梅兹和来自19个国家的研究人员合作团队,不会让这艘勇敢的探测器轻易走向终点。

他们计划尽可能从这台机器人身上榨取最后一个字节的数据,直到卡西尼号化作一颗明亮的放射性彗星,飞越土星翻滚的风暴上空。

“我们将一去不回”

早在卡西尼号于2004年开始环绕土星运行之前,任务负责人就精心规划了它的轨道,力求尽可能多次飞掠这颗气态巨行星、它的卫星以及广阔的冰质光环。

他们的目标是:争取大量机会记录前所未有的新图像、引力数据和磁场读数,同时避免飞船遭遇危险,也不让有限的推进剂消耗过多。

但在距离地球近10亿英里(14.5亿公里)处运行了13年后,卡西尼号的燃料箱已接近见底。

“我们已走到任务末期。燃料耗尽后,它能做的事相当有限——直到我们决定采用一种新方案为止。”NASA行星科学项目负责人吉姆·格林在新闻发布会上说。

NASA本可以推动卡西尼号前往其他行星,也许是天王星或海王星。然而,2010年任务负责人决定让它留在土星附近,认为这样能从任务中获取更多科学成果。但这一决定实际上注定了飞船将葬身火海。

卡西尼号的死亡螺旋将于2017年4月22日正式开始。那一天,它将最后一次飞掠土卫六:这颗土星冰质卫星比我们的月球更大,拥有浓厚的大气、液态甲烷海,甚至还会下雨。

土卫六的引力会像弹弓一样把卡西尼号甩过土星上空、越过行星大气层;随后在4月26日,它将穿过土星与光环最内侧边缘之间的一道狭窄空隙。

“最后这次‘吻别’会把卡西尼号送入土星,”梅兹说。“这就像坐过山车。我们将一去不回——这是单程旅途。”

卡西尼号科学成果丰硕的谢幕

土星与光环之间的空隙宽约1,200英里,大致相当于从华盛顿州北部到加利福尼亚州南端的距离。

“贴近这颗行星飞行时,我们将以前所未有的视角观测它的两极,”卡西尼号项目科学家、NASA JPL行星科学家琳达·斯皮尔克在新闻简报会上说。“我们会看到南北两极的巨大飓风。”

在土星上空进行最后几圈轨道飞行时,卡西尼号将前所未有地近距离观测土星北极的六边形结构。斯皮尔克说,这个结构“直径相当于两个地球”,但人们对它仍知之甚少。

她说:“也许卡西尼号靠近后,我们就能回答这个问题:‘是什么让六边形保持这种特定形状?’”

斯皮尔克说,卡西尼号还将拍摄土星两极的极光,测量行星光环的质量,采集构成光环的冰质物质样本,甚至深入探测其浓厚云层之下。

卡西尼号此前无法进行的灵敏磁场和引力测量,也可能解答有关土星内部结构的悬而未决的问题,包括其岩石核心有多大,以及包裹在核心外的金属氢层旋转得有多快。

“土星自转有多快?”斯皮尔克问道。“如果磁场只有轻微倾斜,它就会摆动,从而让我们测出一天的长度。”

在2017年9月15日最终坠入土星前数小时,卡西尼号将传回最后一批图像,然后准备迎接终结。

一位相伴多年的机器人伙伴的烈焰终局

卡西尼号是一台重2.78吨的机器人,搭载精密仪器,其设计并非为了以每小时70,000英里的速度撞上冰质光环物质。它也不是为闯入气态巨行星浓厚的大气层后仍能全身而退而造的。

尽管如此,任务团队的科学家表示,他们会尽最大努力保护仪器免受损坏,并让数据持续传回,直到飞船生命的最后一刻。

他们主要会利用锥形主天线作为护盾,保护相机和其他重要部件。

“如果出现意外,我们还有一大堆应急预案……我们会尽可能榨取这次任务的最大价值,”梅兹说。他补充道,即使冰粒损坏了卡西尼号与地球通信的能力,飞船“仍会完全按照计划抵达终点,只是获得的科学成果会比我们希望的少一些”。

卡西尼号开始最后一次坠落时,将用最后的推进剂抵抗大气阻力,并让天线始终指向地球。在此期间,它会在下降进入土星气体时探测其大气,并将气体成分读数实时传回地球上的卫星天线。

但这些测量不会持续太久。

1997年,卡西尼号飞船正在为发射做准备。Image: NASA

“它会解体、熔化、汽化,最终成为这颗行星的一部分。20年前,它离开地球去探索这颗行星,”梅兹说。

卡西尼号团队成员说,他们期待“大结局”,但心中也难免不舍。

“要和这艘勇敢而能干的小飞船告别,真的会很难……它为我们带回了这么多重要的科学成果,”斯皮尔克说。“我们一起飞行了很长时间。”

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