NASA:土星最外层的大气层会随着季节的变化而略微膨胀和收缩

2019-04-15 18:58    来源:范一天文

从美国宇航局卡西尼号飞船上的广角相机拍摄的这张照片显示了2016年4月25日萨图恩的北半球,因为该行星的一部分在2017年5月接近夏至。该探测器将在北极夏至后完成任务,观测到地球风、温度、云和化学的长期变化。卡西尼号很快将开始一系列20个轨道的运行,这些轨道在土星两极的上方和下方飞行,刚好穿过主环的外缘。图片来源:NASA/JPL加州理工学院/空间科学研究所。

美国宇航局的卡西尼号宇宙飞船即将开始一段激动人心的旅程。今年,工程师们一直在提升航天器围绕土星的轨道,以增加其相对于地球赤道和土星环的倾斜度。11月30日,在土星的卫星泰坦引力的推动下,卡西尼号将进入该任务戏剧性结局的第一阶段。

卡西尼号于1997年发射,自2004年抵达土星后,一直在土星系统中进行近距离的研究。在它的旅程中,卡西尼号有许多重大发现,包括土卫二内的全球海洋和土卫六上的液态甲烷海。

在2016年11月30日至2017年4月22日期间,卡西尼号将在土星两极上空和下方盘旋,每七天潜水一次,总共20次,穿过主环外缘的未探测区域。

加利福尼亚州帕萨迪纳,美国宇航局喷气推进实验室的卡西尼号项目科学家琳达·斯皮尔克说:“我们将这一阶段的任务称为卡西尼号的环掠轨道,因为我们将掠过环的外缘。”“此外,我们有两种仪器可以在穿过环平面时对颗粒和气体进行取样,因此从某种意义上说,卡西尼号也在“掠走”环。”

在许多这样的过程中,卡西尼号的仪器将试图直接对靠近环的微弱气体中的环粒子和分子进行取样。在前两个轨道上,航天器将直接穿过一个非常微弱的环,这个环是由微小的流星撞击两颗小卫星Janus和Epimetheus而形成的。3月和4月的环行交叉口将使航天器穿过F环尘土飞扬的外围。

“尽管我们飞得比以往任何时候都离F环更近,但我们的距离仍将超过4850英里(7800公里)。在这个范围内,很少有人担心粉尘危害,”JPL的卡西尼项目经理厄尔·玉米说。

星的环是按照它们被发现的顺序按字母顺序命名的。窄的F环标志着主环系统的外部边界。图片来源:NASA/JPL加州理工学院/空间科学研究所。

F环标志着主环系统的外部边界;土星还有其他几个环,距离行星更远,更微弱。F环是复杂且不断变化的:卡西尼号的图像显示出明亮的流光、纤细的细丝和暗色通道等结构,它们在短短几个小时内出现和发展。环也很窄——只有500英里(800公里)宽。其核心是一个更密集的区域,大约30英里(50公里)宽。

有那么多景点要看

卡西尼的环掠轨道提供了前所未有的机会来观察在环的边缘或附近的小卫星的威胁,包括有史以来最好的观察卫星潘多拉,阿特拉斯,潘和达芙妮。

对土星主环(A环、B环和F环)外部的一些研究也将从环的边缘开始。卡西尼号2004年抵达大气层时,飞船刚好在其上方滑翔,因此其部分视图的细节将无法看到。该任务将于12月开始沿环的整个宽度成像,每像素分辨率小于0.6英里(1公里),并建立卡西尼对环复杂结构的最高质量完整扫描。

这次任务将继续研究一个叫做“推进器”的环中的小规模特征,这个环揭示了看不见的卫星的存在。由于他们的飞机螺旋桨形状,科学家们给出了一些更持久的特征,非正式的名字灵感来自著名的飞行员,包括“埃尔哈特”。以高分辨率观察螺旋桨可能会揭示他们的起源和结构的新细节。

今年3月,卡西尼号在穿越土星阴影时,将观察太阳背光的光环,以期捕捉到流星撞击产生的尘埃云。

西尼号穿过土星的F环,在其20个环掠走轨道上各穿过一次,图中以棕褐色显示,持续时间为2016年11月下旬至2017年4月。蓝色代表在环掠阶段之前延伸的至点任务轨道。在新窗口中单击全尺寸动画GIF的图形。图片来源:NASA/JPL加州理工学院/空间科学研究所。

为决赛做准备

在这些轨道上,卡西尼号将经过距离土星云顶大约56000英里(90000公里)的地方。但即使有了这些令人兴奋的科学,这些轨道也仅仅是前方星球放牧通道的前奏。2017年4月,航天器将开始其大结局阶段。

在太空飞行了近20年后,由于航天器燃料不足,这项任务接近尾声。卡西尼研究小组仔细设计了最后一个项目,在将航天器送入土星保护其潜在的可居住卫星之前,对其进行了一次特别的科学研究。

在卡西尼号的大结局中,卡西尼号将在云层上方经过1012英里(1628公里),它会反复潜入土星和土星环之间的狭长缝隙,直到9月15日它的任务结束后才坠入地球大气层。但是,在太空船能够跳过环开始最后一幕之前,还有一些准备工作要做。

首先,卡西尼号计划在12月4日第一次接近活塞环时,对其主发动机进行短暂的燃烧。这一操作对于精确调整轨道和设置正确的路线以使任务的其余部分得以完成非常重要。

“这将是我们目前计划的第183次主发动机点火。尽管我们仍然可以决定再次使用发动机,但计划是使用推进器完成剩余的操作。

为了做进一步的准备,卡西尼号将在土星环掠走阶段观察土星的大气层,以便更精确地确定它在行星上方延伸的距离。自从卡西尼号抵达地球后,科学家们观察到土星最外层的大气层会随着季节的变化而略微膨胀和收缩。鉴于这一变化性,未来的数据对于帮助任务工程师确定他们能安全驾驶航天器的距离非常重要。