近距离考察土星

>麦哲伦美国

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Saturn Exploration Programs佳 力由美国NASA、欧洲航天局和意大利航天局共同实施的土星探测计划中的"卡西尼"土星探测器,经历近7年的宇宙飞行后到达土星预定轨道。该探测器发现了土星的新卫星、探测了土星光环结构和拍摄了大量土星照片。"卡西尼"在今后较长时间内还将对土星、土星光环和土星卫星进行更深入的探测研究上世纪90年代,美国NASA、欧洲航天局和意大利航天局共同实施了一项耗资33亿美元的土星探测计划,目的是对土星、土星光环和土星卫星进行空间探测。该计划中最重要的一个项目是17个国家参与建造的称为"卡西尼"的土星探测器。"卡西尼"探测器于1997年10月15日从卡纳维拉尔角航天基地第40号发射台成功发射升空,于2004年7月1日进入土星预定轨道,而且还传回了可用于科学研究的大量照片和重要数据。"卡西尼" 土星探测器简况土星探测计划被认为是迄今实施的最为复杂的行星探测计划,而"卡西尼"是人类有史以来体积最大、造价和复杂程度最高的探测器,约有两层楼高。"卡西尼"上不仅安装有12台探测设备和相关的相机,还携带装有6台探测设备的可在太空发射的"惠更斯"号子探测器。"卡西尼"和"惠更斯"上所装的仪器和相机一般都具有多种功能,能够在各种大气环境下,在较宽的光谱范围内,准确的测量和获取图像。"卡西尼"上的其他装备还有:一个高增益天线和两个低增益天线,可用于与地球通信,当"卡西尼"出现电力问题或其他紧急情况时,它才会使用两个低增益天线之一通信;配有三个核能发电机提供电力。"卡西尼"全长6.7米,宽4米,加载"惠更斯"后总重量为5724千克,主要由美国NASA喷气推进实验室建造和管理。"惠更斯"是一个锅型太空飞行器,直径2.7米,总重320千克,由欧洲航天局的法国阿尔卡特空间公司负责建造,在7年的宇宙飞行中,他们每过半年都会检查一下"惠更斯"的状况,最后一次检查表明探测器状态良好。意大利航天局为"卡西尼"提供用于通信的高增益天线。世界各地5000多名科学家参与研究收集到的数据。"卡西尼"以意大利出生的法国天文学家卡西尼的名字命名,其任务是环绕土星飞行。"惠更斯"是以荷兰物理学家、天文学家和数学家惠更斯的名字命名,其任务是深入土星最大的卫星"土卫"6的大气层进行实地考察。"卡西尼"进入土星预定轨道"卡西尼"自1997年发射升空后,在借助地球和金星引力场的作用下在太阳系中迂回飞行了约24亿千米。在7年的宇宙飞行中曾二次掠过金星,分别一次掠过地球、木星、土星和土卫9。 "卡西尼"在太空飞行35亿千米后,以高达7.8万千米的时速飞向土星,并穿越悬浮着大量石块的土星光环,在进入土星预订轨道96分钟前点燃身上携带的两个减速火箭中的一个,将时速降到2240千米,使自身能够被土星引力所吸引,最后在今年7月1日成功地进入土星预订轨道,距离土星上层大气有1.8万千米。原计划"卡西尼"以倾斜姿态穿越土星光环中已知的光环间隙,以避免被结冰石块所撞毁。但土星光环的间隙并非像原先想象的那样清净。"卡西尼"6月30日在先后两次穿过土星光环间隙进入土星预订轨道的过程中,陆续遭受到大量相当于20千米/秒飞行的细微尘埃颗粒猛烈冲击,在冲击最高峰期,探测器平均每秒受到多达680个细微颗粒的连续撞击。由于研究人员早已考虑到可能有类似情况的发生,专门为"卡西尼"设计了一个直径为4米的高增益天线。在穿越光环间隙时大量的尘埃颗粒都撞在该装置上,探测器外观上并没有受到破坏。在每一颗微小尘粒撞击时都产生一团名为"等离子区"的高温电离气体,"卡西尼"上携带的无线电装置和"等离子微波接收装置"将这些等离子气团收集并记录下来。"卡西尼"进入土星预订轨道后,将对土星、土星光环及其31颗已知卫星进行为期4年的探测,这将是人类有史以来首次对土星及其"卫星家族"展开最详尽、最深入地的探测。此前,"旅行者"号、"加俐略"号等多个探测器在途经土星时虽已"造访"过土星,但只对它进行了"走马观花"式的观测。按计划,"卡西尼"在未来4年围绕土星运行76周的过程中,将52次接近土星的7颗卫星,45次飞经土卫6表面约950千米的上空,并计划向这颗卫星投下"惠更斯"号探测器。科学家认为,人类可能会在土卫6上找到地球如何形成有利于生命生长环境的线索。"惠更斯"将于2004年12月25日与"卡西尼"分离,开始前往土卫6,经过22天的飞行进入土卫6浓密的大气层。在降落过程中,"惠更斯"将先后打开三个降落伞减速,同时它还将收集到的有关土卫6的大气组成的数据,发给正在环绕飞行的"卡西尼",而后"卡西尼"就会将这些数据以光速传回地球,整个传输过程约需80分钟。按计划,"惠更斯"进入土卫6大气层2小时后在土卫6表面南纬10°、东经160°附近区域着陆并开始科学探索。如果届时"惠更斯"还能幸存,它还将与"卡西尼"联系几分钟,并将成为目前在外星着陆的最远的人造探测器。由于许多科学家认为土卫6的表面覆盖着由甲烷和乙烷组成的海洋,所以科学家为"惠更斯"的操作过程做了周密的设计,使它即使是降落在这样的海洋中也能正常工作。在整个探测过程中,"卡西尼"每天都将传回数十亿字节的数据,当它的内存记录满数据时,它就会将它的高增益天线对准地球,而地球上的太空跟踪网的一个直径70米的天线会接收到这些数据,以供科学家进行分析研究。"卡西尼"肩负的使命作为土星探测器,它的主要任务是:绕土星飞行,以考察土星、土星光环及其卫星家族,并利用所携带的科学仪器,分析它们的化学成分,研究土星磁场,利用雷达成像仪来绘制土卫6的表面图像。其中最重要的是对土星光环和土星卫星的探测。因为土星光环看上去就像土星的"草帽沿",它是如何形成、演化的?是什么样的结构?一直是科学家都渴望了解的。探明土星环的成因,有助于彻底解开土星光环之谜。而土卫6这一巨型卫星很像40亿年前的地球,拥有厚厚的大气层,主要由氮气和甲烷组成,其大气压是现在地球大气压的1.5倍。此外,该卫星上还可能有液态甲烷组成的海洋。搞清楚了土卫6地面和大气的化学组成后,生物学家们可以由此了解地球演变的过程,并揭开土卫6上有没有生命的谜团。"卡西尼"此次对土星的物理特性、运动状况及家族构成等方方面面情况的详尽调研,有可能搞清楚这两个人类最关心的问题。此外,本次探测还有以下目的:目前,已确认的土星卫星有31个,除土卫6外,"卡西尼"将经过其中的7个,并为其照相、拍光谱,了解它们的构造,探索它们的来源;美国NASA用无线电波数据测算了土星最近一年的自转速度,发现它比20年前慢了6分钟,这是否与土星具有比地球强得多的巨大磁场有关,土星自转周期很可能就是受该磁场影响而产生变化,这一磁场会对土星"家族"成员产生什么影响;土星的"白斑"是如何形成的,以及它对大气的影响,因为这些"白斑"非常像地球大气层中台风状的气旋,搞清楚这些"白斑"的起源和走向规律,对研究地球大气具有重要意义,因为目前人类连三天内的天气预报都不够准确,揭开这些白斑的"秘密",将提高人类预报未来天气的准确度;拓展人类生命发展史的视野,因为通过对土星、土卫、地球的进一步比较,人类能更快地揭开生命的真正本质。 "卡西尼"的新发现作为专门研究土星的航天器,"卡西尼"虽然接近土星的时间不长,但它已发现土星的新卫星、探测了土星光环结构和拍摄了大量土星照片,取得了可喜的成果。目前,"卡西尼"运行情况良好,科学家们相信,在今后较长时间内对土星及其光环和卫星的探测过程中,还会探测到更多的未知情况,提供大量信息,有效地帮助人类深化对土星的认识。土星光环成分的全新证据为了解开土星光环颜色之谜,"卡西尼"使用了一种可以通过15种不同滤波器来解读颜色的特殊照相机。"卡西尼"进入土星轨道后,在7月1日传回了第一批土星环的照片,照片清晰地显示了土星环的结构。从远处看,土星的光环就像一条平滑的带子围绕着土星,但从近看,而是由冰块和岩石碎片组成的,这些东西小的如灰尘,大的则像谷仓那么大,正是这些冰块才让整条光环闪闪发光,就像土星表面的光亮一样。美国科学家在分析土星光环照片后还发现,土星内侧光环夹杂的是岩石和灰尘,外侧主要由冰,内侧光环的主要成分可能是硅酸盐和一些有机物质,而外侧的冰可能是水和像氨这类物质的混合物。科学家采用伪色影像技术,增强了光环间的对比度,使土星光环的细节得以显现。照片显示,土星的A、B、C三个光环的构成成分呈现出明显的变化,这些照片为研究土星光环的起源和演变提供了新线索,为深入理解太阳系各大行星的演化过程提供了有价值的数据。科学家目前认为,数百万年前,土星卫星与彗星相撞产生的碎片被土星引力拉入土星轨道,从而形成了土星光环。在"卡西尼"号这次靠近土星的时候,科学家们发现土星的光环突然向外喷射出一股巨大的氧气流。这股氧气流来自何方,流向何处,这是个新的谜团,需要今后逐步找到答案。据推测认为,这股氧气流也可能是土星光环中的两个5~6千米长的物体发生碰撞后产生的。找到两颗新卫星"卡西尼"携有能够拍摄至少50万张土星、土星光环和土星卫星照片的照相机。它于今年6月1日在距离土星约1600万千米处飞过时,拍下了两颗不易被发现的小卫星照片。这两颗新发现的暗淡的小卫星,位于土卫1轨道高度18.6万千米和土卫2轨道高度23.8万千米之间的轨道上围绕土星运转。这使已知的土星卫星的总数达到了33颗。科学家们暂时将新发现的两颗卫星命名为"S/2004 S1"和"S/2004 S2"。 这两颗卫星的体积极小,直径分别只有3.2千米和4千米。在此前,科学家共发现了31颗土星卫星,其中最小的一颗直径也有20千米,比新发现的这两颗卫星要大得多。土卫6构造的证据 土卫6是"卡西尼"探测计划的一大重点。7月从"卡西尼"发回的照片显示土卫6表面覆盖着冰层和烃类化合物,其南极上空笼罩着甲烷云且北边有一个很像是火山坑的黑斑。这一切都说明,土卫6非常像能够孕育万物的地球。科学家认为,土卫6上有地球上生命产生之前的许多化合物,人类可能会在土卫6上找到地球如何形成有利于生命生长环境的线索。对它的研究能够帮助人们理解生命是如何产生的。照片显示土卫6上还存在一些模糊的直线和曲线状物,这些线条可能是山脉或河流。照片上的这些线条图案的东西可能是研究土卫6基本构造及其基本特征的最初资料。这些照片是"卡西尼"第一次经过土卫6时,在距其约34万千米处拍摄的。科学家利用装有特殊滤光器的光学照相机探测到了大片或明或暗的土卫6表面,很明显,这些明暗不同的地方是土卫6地表崎岖不平的一个证据。另外,卡西尼"号在今年10月26日首次近距离飞掠土卫6(最近时距离不到1200千米)时拍摄了大量红外和雷达照片,照片显示,土卫6拥有富含碳分子的环境,再一次表明它和地球出现生命之前时相似。科学家对这些照片分析后表明:土卫6是一个地质活动活跃的天体,存在大量的碳水化合物,并存在液态水的迹象。

>太阳风美国

“麦哲伦”是为了开展对金星有史以来最全面的表面和重力特征观测而设计的。这架飞行器的顶部装有一架直径3.7米(12英尺)的碟形天线(得自“航行者”号),卫星通过这架天线来获得图片和辐射测量数据,并与地球保持通信。

“水手”系列是美国向地球以外的其他行星发射的第一个飞行器。“水手1号”和“水手2号”都是为了飞越金星而开发的飞行器,它们几乎是完全相同的。1962年7月22日,发射“水手1号”的火箭在发射过程中偏离了预定航线,被发射站安全主任下令摧毁。一个月后,“水手2号”发射,开始了飞往金星的为期三个半月的旅程。在飞行过程中,它测量了太阳风和行星际尘埃,还探测了来自太阳和太阳系外宇宙射线的高能粒子。

“太阳风”号的任务是对地球磁气圈内和磁气圈外的太阳风进行研究。它和它的“姐妹”--“极光”号卫星是全球地球空间科学计划(国际日地物理计划)的关键组成部分。“太阳风”号的主要科学研究目标是测量太阳风的质量、动力和能量。

“麦哲伦”号每37分钟绕进行飞行一周,它的雷达对一条24公里(15英里)宽的带状区域进行成像,同时获得高度和辐射测量数据。

结构特点使用情况结构特点

结构特点使用情况结构特点

结构特点使用情况结构特点

“水手2号”装有用镁和钛制作的锥形框架、两块太阳能电池板和一架高增益碟形天线。

这颗鼓形的卫星表面覆盖着太阳能电池板。旋转稳定,旋转周期约为20秒。它装备两根12米(39.4英尺)长的径向吊杆,以供磁力计和波传感器使用。它的导线型天线长度分别为50米(164英尺)和7.5米(24.6英尺)。“太阳风”号上装有1987年合作关系恢复以来第一部搭载美国飞行器进入太空的俄罗斯设备(KONUS)。

这架飞行器的顶部装有一架直径3.7米(12英尺)的碟形天线(得自“航行者”号),卫星通过这架天线来获得图片和辐射测量数据,并与地球保持通信。“麦哲伦”号是由航天飞机进行发射的,它使用一个惯性导航上面级(IUS)助推器来进行15个月的金星之旅,并于1990年8月10日到达进行轨道。

使用情况

使用情况

使用情况

1962年12月14日,“水手2号”以34838公里(21648英里)的距离飞越金星。它用红外线和微波辐射计对金星进行了42分钟的扫描,发现金星有冷的云层,而表面温度则很高。传回的数据表明,金星表面温度至少有摄氏425。(华氏800°),并且昼夜温度几乎相同。行星表面56~80公里(34.8~49.7英里)的高度上被密集的云层所覆盖。

在任务的后期,“太阳风”号进入一条从地球逆着太阳风而上的晕轨道,位置大约在朝向太阳的日地平衡点(L1拉格朗日点)。

在围绕进行飞行了5圈后,“麦哲伦”号最终对金星表面98%的区域进行了测绘,并重复测绘了其中很多地区。它经过几次修正进入更低的轨道,并在这个过程中进行了金星外部大气的“风车实验”。在这之后,“麦哲伦”号于1994年10月13日按指令脱离轨道,它所返回的数据比之前的所有NASA行星任务返回的数据都多。

NASA一直保持着与“水手2号”的联系,直到1963年1月3日“水手2号”和地球的距离达到了8740万公里(5430万英里)以后。这是深空探测器的一个新纪录。现在“水手2号”仍在太阳轨道上运行着。

在L1轨道运行了几个月后,“太阳风”号两次飞越月球,并开始一系列的“花瓣”式轨道飞行,这种飞行将它带到离开黄道面60°的位置。

2000年8月19日,它以7600公里(4723英里)的距离飞越月球,随后转移到了大约567000公里×1620000公里(352000英里×1006650英里),轨道倾角21.8°的轨道上。

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