“卡西尼”号怎样对土星的探测?
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发布时间：2022-05-09 14:34
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时间：2022-05-25 08:31
土星有一个美丽的光环，这使得它在太阳系中十分引人注目。土星的大气成分复杂，赤道附近的风速超过500米／秒。土星有20多颗天然卫星，人们最感兴趣的是土卫六，它是土星最大的一颗卫星，还有一个名字叫“泰坦”（希腊神话中的大力神）。“泰坦”的引人注意之处不仅因为它的个头大，更重要的是它是太阳系中除了地球之外唯一具有稠密氮气大气层的天体。科学家猜测，“泰坦”上有海洋，海洋中含有有机物质，和原始的地球十分相似。如果能探测到“泰坦”上存在合成大分子有机物，就可以推测地球生命的诞生过程。
人类探测土星的使命，交给了“卡西尼”号土星探测器。1997年10月15日，美国成功发*“卡西尼”号大型行星探测器，这是20世纪人类耗资最大的空间计划之一。
由于土星距离地球非常遥远，有8?2～10?2天文单位（1个天文单位约合1?5亿千米），所以，即使使用当时推力最大的火箭，也无法把质量为6?4吨的“卡西尼”号加速到直飞土星的速度。
于是，科学家巧妙地为“卡西尼”号设计了借助金星、地球和木星之间的引力，接力加速奔向土星的旅程。这样一来，“卡西尼”号的行程将增加到32亿千米，历时7年。1998年4月，“卡西尼”号绕过金星，在金星引力的作用下，加速并改变方向；1999年6月，它再次飞过金星，利用金星引力进一步加速，向地球奔来；1999年8月，“卡西尼”号掠过地球，借助地球引力加速飞向木星；2001年1月，“卡西尼”号从木星那里进行最后一次借力加速后，直奔土星。两次金星借力，一次地球借力，一次木星借力，这样的飞行轨道安排就是著名的“VVEJ飞行”，这里的“V”、“E”、“J”分别是金星、地球、木星英文单词的首写字母。“VVEJ飞行”可以使“卡西尼”号的土星之旅节省77吨燃料，这相当于“卡西尼”号总质量的10倍。
1997年10月15日，美国肯尼迪航天中心，探测器“卡西尼”号由“大力神-4B”火箭托举，呼啸着向太空飞去，开始了历时7年、行程35亿千米的土星之旅。
在此之前，“先驱者11”号和“旅行者1”号和“2”号曾于20世纪70年代和80年代在土星附近飞过，它们拍到了土星表面及土星环的情况。“哈勃”望远镜也提供过出色的土星图像。但它们都只是浮光掠影，对土星没有细致地进行考察，更未能揭示出人们最感兴趣的土星卫星6云层下的世界。因此，美国宇航局与欧空局和意大利航天局联手，研制了这艘迄今最大、最先进的行星际探测器，“卡西尼”号抵达土星
并且将之命名为“卡西尼”号，以纪念发现了土星环之间最宽黑缝的天文学家卡西尼。
“卡西尼”号高约2层楼，直径约2?7米，总重6吨，比昔日辉煌的“旅行者”号探测器重2～3倍。它由轨道器和“惠更斯”子探测器组成，上面共有18台科学仪器，其中轨道器上12台，子探测器上6台。这些仪器包括可提供50万张土星、土星环及土星卫星照片的照相设备，可透过土星卫星6大气层的扫描雷达，监视土星大气和土星风的监测器“卡西尼”无人驾驶太空船在土星环外侧几乎与其在同一平面时拍摄的图像
以及磁场探测器和宇宙尘埃探测器等。
2004年7月，“卡西尼”号抵达土星轨道后，轨道器将环绕土星考察4年，总共将飞行74圈，并有45次飞近土星卫星6。而几个月后“惠更斯”探测器从轨道器分离出去，进入土星卫星6进行探测。“惠更斯”子探测器是一个直径2?7米的碟形物体，质量为343千克，它利用降落伞在土星卫星6表面着陆。在2?5小时的降落过程中，将用所带仪器分析土星卫星6大气成分，测量风速和探测大气层内的悬浮粒子，并在着陆后维持工作状态1小时。所搜集到的数据及拍摄的图片将通过“卡西尼”轨道器传送回地球。
“卡西尼”号宇宙飞船飞过“泰坦”时拍摄的
由于路途迢迢，“卡西尼”探测器携带的主燃料罐装有3000千克的燃料，以满足两台二元推进主发动机的需要，另有142千克的燃料供给16个小型反作用力推进器。这些小推进器用于控制航天器的飞行方向和微调飞行路线。另外，“卡西尼”号需考察土星4年，为了保证各种科学仪器的能量供给，“卡西尼”号上还载有32?7千克的钚-238核燃料，是迄今携带核燃料最多的航天器。因为钚-238具有高放射性，许多科学家曾担心一旦发射失败，它会对地面造成严重的核污染。
“卡西尼”号土星探测器上实现了环绕土星运行轨道飞行的计划，并发回了一组关于土卫6“泰坦”号的最新、最清晰的照片。科学家们对此进行了研究。
科学家们发现，除了一片特别炫目的云外，“泰坦”号的天空几乎没有一丝云的痕迹。这片特别炫目的云面积跟美国的亚利桑那州大小差不多，位于“泰坦”号的南极，在土星的夏季，这里一天都可以得到光线的照射。这块罕见的云需要四五个小时才能形成，类似于地球上夏季出现的堆积云。但“泰坦”号上的云层主要由甲烷组成，而不是主要水组成。
“卡西尼”号探测器还通过分光计拍到了“泰坦”号的一些照片，分光计的波长从可见到红外线光不等。照片显示，土星卫星6表面到处分布着冰块和碳氢化合物。
科学家们还发现，位于土星光环之间的“卡西尼缝”充满了灰尘，这是迄今所发现的土星的最外层光环。就是这层光环，每秒可引发680次土星物质间的碰撞，也就是说，每秒可给土星留下10万个左右的大小土坑。
知识点
土星光环
土星的外表犹如一顶草帽，在圆球形的星体周围有一圈很宽的“帽檐”，那就是土星光环，又称土星环。土星光环由无数形状、大小不等，直径在7?6厘米～9米的冰块组成。土星光环以很快的速度围绕土星运转，在太阳光的照耀下呈现出各种颜色，其直径可达27万千米，厚度为10千米左右。根据地面观测和空间探测，把土星环划分为7层。距土星最近的是D环，亮度最暗；其次是C环，透明度最高；B环最亮；最后是A环。在A环之外有E、F、G三个环，最外层的是E环，十分稀薄和宽广。
