03.01 为什么卡西尼必须坠毁,而惠更斯可以着陆?

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Credit: NASA/JPL-Caltech

卡西尼号土星探测器在1997年离开地球,于2004年抵到土星轨道,由此开始了长达13年的土星探测之旅,为我们传回了大量有关土星及其卫星的一手发现。最终,卡西尼号于2017年坠毁土星。

发热的钚-238

卡西尼携带着两种能量来源,第一种是放射性同位素热电机,利用钚-238的衰变而发电,这能给探测器上的设备供电。由于卡西尼号远离太阳,无法像环绕地球的卫星一样使用太阳能电池板。第二种是化学燃料,在需要调整探测器的轨道与姿态时,推进器会通过燃烧化学燃料来产生动力。到了2009年,卡西尼号携带的燃料已经使用了90%,只剩下10%。不像环绕地球运动的空间站那样,我们无法给远在土星轨道上的卡西尼号补充燃料,所以燃料只会越用越少。

虽然卡西尼号还有燃料,还能继续在轨绕土星运动,并传回数据,但我们不能完全用完卡西尼号的燃料。这是因为如果燃料完全耗尽,卡西尼号将会完全不受控制地环绕土星运动。由于土星的卫星很多,失控的探测器有可能会撞向这些卫星,并可能给它们带去地球微生物,这是科学家不愿意看到的。因为土星的卫星(比如土卫二和土卫六)上很有可能存在特殊的化学环境,甚至是生命,如果卡西尼号撞上它们将可能会造成生物污染,从而破坏这种独特的环境。

土卫六

虽然卡西尼号在发射之前已经进行过一定程度的消毒,但仍然不能保证探测器没有携带着地球微生物。地球上的一些嗜极微生物可以在太空中生存多年,它们的存在有可能污染土星的卫星。因此,卡西尼号不得不坠入土星大气层中销毁。


火星一号


最重要的一个原因:因为卡西尼号用的是核电池。

一般来说,长期任务的探测器要么携带太阳能电池,要么携带热核电池,但到了土星这么远的地方,太阳能已经杯水车薪了,热核电池是不二选择,卡西尼号携带的就是放射性同位素热电池RTGs,这是卡西尼号能够航行二十年的保障。

(图:卡西尼号的RTGs。来源:维基)


但有得就有失,如果不是用的核电池的话,一般探测器对天体的污染主要是微生物污染,也就是把地球上的微生物带到了其他星球上,那么将来如果在其他星球上发现了生命, 这算谁的?如果地球上带去的微生物还破坏了那颗星球上原本的生态循环,又算谁的?但这种污染理论上做好消毒工作就可以了(事实上很多探测器这点也并没有做好,摊手)。但如果用了核电池,就是毁灭性的杀伤力了,如果星球上原本有生命,就有可能完全破坏这些生命。

如果卡西尼号原本配备了着陆装置的话,那么像好奇号火星车一样,携带核电池着陆在某颗卫星上也是安全的,但它是一颗轨道器,没有着陆装置,所以卡西尼号在结束任务之后必须坠毁,而且是必须要在电源还未耗尽,我们在地球上还完全能够控制卡西尼号的运行和姿态的时候让它主动坠毁在土星上(毕竟土星不可能有生命),以防它在电池耗尽之后由于失控不知道撞到那颗卫星上去了,尤其是像土卫二这样可能有生命存在的卫星。

而惠更斯号不然,一方面它原本就是着陆器,另一方面它的设计寿命只有三十分钟,直接带了个电池用完就结束任务……所以不用担心对卫星的核污染问题。


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卡西尼号在经历了接近20年的非凡旅程后,NASA将卡西尼号最终在土星主动坠毁。

1卡西尼坠毁的意义

因为卡西尼飞船此前已经几乎耗尽燃料,然而NASA不希望它失控坠落而撞上土卫六和土卫二等有可能存在潜在宜居环境的星球。


卡西尼号与惠更斯号组合飞行姿态

回顾卡西尼号探测器的辉煌历程

在它围绕土星轨道工作的年间,卡西尼观测到土星上巨大的风暴系统,观测到土星光环内颗粒物的精细结构,并大大加深了我们对于土星冰冻卫星上,可能存在的潜在宜居环境的认识。


在土卫六上,液体甲烷雨滴从天空中落下,地面上有河流有湖泊有海洋。在它回传的画面里,可以看到平缓的地面上圆滑的鹅卵石,这是流淌的甲烷海洋反复冲刷磨蚀的结果。

而在土卫二上,卡西尼观察到这颗小卫星表面裂隙中喷出的冰粒和水汽。当卡西尼飞船从水汽柱中穿过时,它对水汽样本进行了分析,取得的结果让科学家们认定阿紫土卫二的地下存在一个巨大的地下海洋,并且这个海洋中极有可能存在着适合生命生存的条件。

在他最后的旅行中,卡西尼号穿过了土星的大气层,像流星一样蒸发掉了。而在无线电波消失前,加利福尼亚喷气推进实验室的航天操纵者们仍在期待卡西尼号最后一次给他们传回科学数据。

在土卫六上,液体甲烷雨滴从天空中落下,地面上有河流有湖泊有海洋。卡西尼飞船还搭载了一艘惠更斯着陆器,后者在2005年成功着陆到土卫六的表面。在它回传的画面里,可以看到平缓的地面上圆滑的鹅卵石,这是流淌的甲烷海洋反复冲刷磨蚀的结果。

2惠更斯号成功降落土卫六

惠更斯号由卡西尼号携带,于2004年12月与母船分离,飞往土卫六,成功软着陆,并于北京时间2005年1月发回首批数据。


发射前的惠更斯号探测器

惠更斯号在为期2个多小时的轻柔下降之后,它砰的一声落到了坚硬的地面上,周围环绕着冰质砾石。惠更斯号不仅挺过了下降与着陆过程,还在电池耗尽之前,在土卫六严寒的地表上传输数据超过了1个小时。

自从这一历史性的时刻之后,全世界的科学家都在钻研着有关土卫六的大量数据,它们是由欧洲空间局的惠更斯号及其母探测器NASA的卡西尼号传回地球的。


3之所以惠更斯号着陆土卫六,是因为:

两个探测器是由欧空局和NASA共同合作开展的空间探测任务,而惠更斯号是任务是调查云,大气层,及土星的卫星土卫六的表面地貌状况。而卡西尼号的任务也已在前面说过。
惠更斯号被设计为能够突破进入土卫六的大气层,并且执行一系列机器人指令,展开降落伞到达土卫六表面。


实况车解报告


2017年9月16日凌晨1点坠落于土星,在设计时探测器没有经过消毒处理。当它燃料即将用尽时,在土星引力的作用下轨道可能发生变化,为了探测器与土星卫星相撞可能导致地球的微生物在土卫上立足,这种情况将会影响未来在卫星上寻找本土生命的工作,和木星伽利略探测器情况一样必须坠毁[3]


蚂蚁挖大山


卡西尼探测器本来就是行星际探测器,是绕行土星轨道的探测器,并非是着陆器,而惠更斯号是着陆器,具备软着陆功能,在发射的时候,卡西尼和惠更斯是一起的,两个探测器一起前往土星轨道。然后惠更斯着落土卫六,2005年,惠更斯探测器对土卫六上安全降落,成功开启了土卫六的探索之旅。惠更斯探测器的降落也是人类首次在太阳系外侧行星的卫星上降落,虽然土卫六是卫星,但是比水星还要大。惠更斯探测器拥有全套降落天体表面的装置,比如降落伞、着陆装置等,而卡西尼号没有,在设计的时候根本没有考虑要着陆,因此降落土星表面就不可能了。

同时,卡西尼号也没有反推发动机,只能在轨道上运行,让一个根本不是着陆器的探测器降落,那只能坠毁了。所以卡西尼在生命的最后在土星上坠毁,因为这样可以获得土星大气的第一艘数据,如果不在土星上坠毁,也可能变成一颗太空垃圾,在土星轨道上运行。那还不如坠毁在土星表面,这样还能获得最后的一手数据。

惠更斯降落土卫六之后,也获得了大量数据,我们发现土卫六也是一颗潜在拥有生命的卫星,其液态烷烃海洋可能有嗜好烷烃的生物存在,这是科学家们的一种推测。卡西尼之后,可能没有专门的土星探测器前往,但会有对土卫二、土卫六专门调查的探测器出现。


深空电报


主要让他自杀的原因是怕他可能有一天把可能携带的 可能在发射时 逃脱消毒的细菌带到可能有条件孕育生命的土卫二 某一天科学家们千辛万苦发现有生命的土卫二居然有生命 结果发现是地球上的 这就枉费了那么多年的寻找 这不是人类想要的结果 危或者其他星球上 还有就是卡西尼用的是同位素燃料 (核能)当它燃料耗尽失去对它的控制 它也可能坠落到已经出现生命的星球上导致那颗星球生命的毁灭 太多的可能和万一 我们承受不起 所以它的命运从2010年就决定了 让它烧毁在土星大气层 这样就不会有以上的担心了 不是什么着陆器 探测器的问题 发射时就决定了伟大勇士卡西尼最终牺牲命运 谢谢


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