Cassini-Huygens

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk
En kunstners forestilling av Cassini under manøveren som setter den i bane omkring Saturn, like etter den siste nedbremsingen.

Cassini-Huygens er en ubemannet romferd og et samarbeidsprosjekt mellom NASA, ESA og den italienske romfartsorganisasjonen ASI med den hensikt å studere Saturn og dens måner. Romsonden består av to hovedelementer: kretsløpsmodulen Cassini og landingsfartøyet Huygens. Det ble skutt opp 15. oktober 1997 og gikk inn i kretsløp rundt Saturn 1. juli 2004. Det er det første romfartøy som går i bane rundt Saturn, og det fjerde som noensinne besøker planeten.

Oversikt[rediger | rediger kilde]

Oppskytningen fant sted kl. 0843 UTC 15. oktober 1997 fra Cape Canaveral Air Station i Florida, USA.

Cassinis hovedformål er å:

  1. Undersøke den tredimensjonale strukturen og den dynamiske utvikling av Saturns ringer.
  2. Undersøke sammensetningen av månenes overflate og deres geologiske historie.
  3. Undersøke naturen og opprinnelsen til det mørke stoffet på månen Iapetus fremadrettede halvkule.
  4. Måle den tredimensjonale strukturen og dynamiske utviklingen til Saturns magnetosfære.
  5. Studere den dynamiske utviklingen av Saturns skyer i atmosfæren.
  6. Studere variasjonen av Titans skyer og tåker.
  7. Undersøke Titans overflate på lokalt nivå.

Romfartøyet Cassini-Huygens ble skutt opp den 15. oktober 1997 fra Kennedy Space Center ved hjelp av en U.S. Air Force Titan IVB/Centaur bærerakett. Bæreraketten var satt sammen av en totrinns Titan IV startrakett, to fastspente rakettmotorer, det øvre Centaur-trinnet, og et nyttelastdeksel som omsluttet både Cassini-Huygens og Centaur-trinnet

Romfartøyet består av kretsløpsmodulen Cassini og landingsfartøyet Huygens. Cassini går i kretsløp omkring Saturn og dens måner, og skal gjøre det i fire år. Huygens har gått inn i atmosfæren til månen Titan og landet på dens overflate. Cassini-Huygens er et internasjonalt samarbeid mellom tre romfartsorganisasjoner. Sytten land bidro til byggingen av fartøyet. Cassini-modulen ble bygget av, og opereres av NASA's Jet Propulsion Laboratory. Sonden Huygens ble bygget av European Space Agency. Den italienske romfartsorganisasjonen ASI leverte Cassinis radar- og kommunikasjonsantenne.

Totalkostnaden for Cassini-Huygens-ekspedisjonen er på omkring 3,26 milliarder US dollar, inkludert 1,4 mrd. til utvikling av Cassini-delen (før oppskytning), 704 mill. for drift, 54 mill. for kommunikasjon og 422 mill. for bæreraketten. USA bidro med 2,6 mrd. US dollar, ESA med 500 millioner og den Italienske Romfartsorganisasjonen med 160 millioner.

Cassini-Huygens er oppkalt etter den nederlandske astronomen Christiaan Huygens, som oppdaget Saturns første måne i 1655, og Giovanni Domenico Cassini fra Genova (idag Italia) som oppdaget fire av Saturns måner mellom 1671 og 1684.

Design av romfartøyet[rediger | rediger kilde]

Romfartøyet var opprinnelig planlagt som Mariner Mark II, en serie RTG-drevne romsonder med gyrostabilisator på tre akser, som var ment for romferder utenfor Mars' bane. Imidlertid førte forskjellige budskjettnedskjæringer og omberamminger av prosjektet til et mer spesialisert design, og implementasjonen av Mariner Mark II-seriene ble lagt på is inntil videre.

Cassini-Huygens er et av de største, tyngste og mest komplekse interplanetariske romfartøy som hittil har blitt bygd. Bare kretsløpmodulen i seg selv har en masse på 2150 kg. I tillegg kommer landingsfartøyet Huygens, tilpasningsstykke til utskytningsfartøyet, og 3132 kg brennstoff, som brakte totalmassen opp i 5600 kg. Bare Fobos-sondene som ble sendt til Mars av Sovjetunionen var tyngre. Cassini er mer enn 6,8 m høy, og over 4 meter bred. Fartøyet er komplekst både på grunn av innflygningsbanen til Saturn, og de mange forskjellige vitenskapelige undersøkelsene som skal gjøres ved Saturn. Det har 1630 elektriske kretser, 22 000 kabeltilkoblinger, og over 14 kilometer kabel.

I sin bane rundt Saturn, befinner Cassini seg mellom 8,2 og 10,2 astronomiske enheter (AU) fra Jorden. På grunn av denne avstanden tar det mellom 68 og 84 minutter for ett signal og reise fra fartøyet til Jorden, og det er akkurat det samme den andre veien. I praksis så betyr dette at kontrollørene på bakken ikke kan styre fartøyet i sanntid, hverken for instruksjoner dag for dag eller for å reagere på eventuelle uforutsette hendelser. På den tiden kontrollørene bruker på å bli klar over ett problem og til løsningen kommer frem vil det ha gått neste tre timer.

Cassini har følgende instrumenter ombord: en radar, et kamera med CCD-brikke, et spektrometer for synlig lys og infrarød, et infrarødt komposittspektrometer, en ultrafiolett bilde spektrograf, et instrument for avbildning av magnetosfæren, et magnetometer, og et massesepektrometer for ioner og nøytral materie. Telemetrien fra antennen og andre spesialsendere (en S-bånd-sender og et tofrekvenssystem på Ka-båndet) vil bli brukt for å observere atmosfærene på Titan og Saturn, og å måle tyngdefeltene til planeten og månene dens.

Plutonium som kontroversiell kraftkilde[rediger | rediger kilde]

Grunnet Saturns avstand fra Solen var ikke solceller en egnet energikilde for romfartøyet. For å kunne produsere nok strøm til å drive det, måtte man ha hatt såpass store enheter at fartøyet rett og slett ikke ville ha kunnet bære det. Istedenfor drives fartøyet av tre termoelektriske radioisotopgeneratorer (RTG), som bruker varmen fra den naturlige nedbrytingen av plutonium-238 (i form av plutoniumdioksid) for å generere elektrisitet. Disse RTGene er av samme design som de som drev Galileo-sonden, og som nå driver Ulysses-fartøyet, og New Horizons-sonden som ble skutt opp i januar 2006. RTG'ene er konstruert for å ha lang operasjonell levetid. Når den elleve år lange Cassini-ferden er over, vil de ennå være kapable til å produsere 628 Watt elektrisitet.

Cassinis bruk av plutonium er 32,8 kg og til dags dato det meste som er skutt ut i rommet på én gang. Bruken fikk massiv kritikk fra miljøgrupper, fysikere og en del tidligere ansatte ved NASA. NASA laget flere tester vedrørende oppdragets risiko, som alle viste at det var trygt innen akseptable rammer. Den utregnede sjansen for radioaktiv lekkasje i løpet av de første tre og et halvt minuttene etter utskytning var 1 til 1400, og sjansen for lekkasje senere under rakettens tur mot himmelen var 1 til 476. Videre var sjansen for at fartøyet falt til bakken senere i oppdraget mindre enn én til en million. I et verst tenkelig scenario ville høyst mulig 120 mennesker dø av kreft forårsaket av Cassini, og det i en periode på 50 år. Utregningene ble spottet av kritikerne som støttet seg på fysikkprofessoren Michio Kaku utregninger, som foreslo at om plutoniumsbeholderne overlevde veien inn i atmosfæren og krasjet i et tettere bebygget område ville 200 000 kunne dø.

For å skaffe den nødvendige fremdriften for reisen til Saturn, inneholdt Cassinis bane flere gravitasjonsmanøvre: To rundt planeten Venus, en rundt Jorden og så en forbi Jupiter. Passeringen av Jorden som ble gjennomført med godt resultat den 18. august 1999 var det siste punktet på fartøyets reise hvor det var en potensiell fare for mennesker. Hadde den feilet, kunne innholdet i RTGene blitt sluppet ut over jordens atmosfære. Et lite antall aktivister fortsatte å demonstrere etter manøveren. Mot-demonstranter fra National Space Society bar faner med påskriften CASSINI IS GO. Den 11. juni 2004 entret fartøyet planetsystemet rundt Saturn.

Huygenssonden[rediger | rediger kilde]

Huygens-sonden, som er gitt av Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA) og oppkalt etter den nederlandske astronomen Christiaan Huygens fra 1700-tallet, vil granske skyer, atmosfæren og overflaten på Saturns måne Titan. Den er laget for at den skal kunne gå inn i Titans atmosfære og slippe ned ett fullstendig utstyrt robotlaberatorium ned på overflaten i fallskjerm. Huygenssonden består av to deler; sonden i seg selv, som vil gå ned på Titan og the probe support equipment (PSE), som vil være igjen i romfartøyet som går i bane rundt månen. PSEen inneholder utstyr for å lokalisere sonden, for å motta data i løpet av nedfarten, og for å prosessere dataene og videresende dem til satellitten, som deretter vil sende den videre til bakken.

Sonden har ligget i dvale gjennom den 6,7 år lange reisen gjennom rommet, bortsett fra rutinesjekker to ganger i året. Disse sjekkene simulerer nedstigningssekvensen så godt det lar seg gjøre, og resultatene sendes til Jorda, der de blir undersøkt av eksperter på landingssystemene og instrumentene ombord.

Instrumentering[rediger | rediger kilde]

Huygens-sonden har seks innviklete instrumenter ombord som skal forsikre at dataene fra Titan blir overført til Cassini og til Jorda, etter at at sonden stiger ned i Titans atmosfære. Disse seks er:

Doppler vind-eksperiment (DWE)[rediger | rediger kilde]

Dette eksperimentet vil bruke en ultra-stabil oscillator for å forbedre kommunikasjonen med sonden ved å gi den en svært stabil bærefrekvens. Sondens forflytning forårsaket av vinder i Titans atmosfære vil gi en målbar Doppler-forskyvning i bæresignalet. Sondens svingebevegelse under fallskjermen, som skyldes atmosfæriske forhold, kan også fanges opp.

Nedstigningskamera/spektralradiometer (DISR)[rediger | rediger kilde]

Dette instrumentet vil lage en rekke bilde- og spektralanalyser ved å bruke flere sensorer og observasjonsvinkler. Ved å måle oppadgående og nedadgående strømmer av stråling, vil en eventuell ubalanse i atmosfærens strålingsbalanse kunne måles. Solsensorer vil måle forskjeller i lysintensiteten fra solen som skyldes aerosoler i atmosfæren. Dette vil gjøre det mulig å beregne størrelsen og mengden av de svevende partiklene. To kameraer (ett synlig, ett infrarødt) vil observere overflaten i de siste stadiene av nedstigningen. Sonden vil snurre sakte rundt og bygge opp en mosaikk av bilder rundt landingsstedet. Det vil også være et kamera som er stilt vannrett for å få bilder av horisonten og undersiden av skydekket. For å gjøre spektralanalyser av overflater vil en lampe skrus på kort tid før landing. Dette gjøres ettersom dagslyset på overflaten er svært svakt.

Gasskromatograf Massespektrometer (GCMS)[rediger | rediger kilde]

Dette instrumentet vil være et allsidig kjemisk analyseinstrument som er laget for å identifisere og måle kjemikalier i Titans atmosfære. Det vil være utstyrt med en prøvetaker som fylles høyt i atmosfæren for analyse. Massespektrometeret vil bestemme molvekten av hver gass, og en kraftigere separasjon av de molekylære og isotopiske stoffene vil oppnås ved hjelp av gasskromatografen. Under nedstigningen vil GCMS'en også analysere pyrolyseprodukter (gassprøver endret ved oppvarming) som sendes fra en aerosolfanger. Til slutt vil GCMS'en måle sammensetningen av Titans overflate hvis sonden lander trygt. Denne undersøkelsen vil gjøres mulig ved å varme opp GCMS-instrumentet rett før landing slik at overflatemateriale som virvles opp fordamper.

Viktige hendelser og oppdagelser[rediger | rediger kilde]

Tidslinje[rediger | rediger kilde]

En kronologisk oversikt over ferden finnes under Cassini-Huygens tidslinje. Det følgende er en oversikt over viktige hendelser og oppdagelser.

Passering av Jupiter[rediger | rediger kilde]

Jupiter fotografert av Cassini ved passering i desember 2000 (foto: NASA)

Cassini gjorde sin nærmeste passering av Jupiter 30. desember 2000, og gjorde mange vitenskapelige målinger. Omtrent 26 tusen bilder ble tatt av Jupiter i løpet av den en måneds lange passeringen. Det mest detaljerte globale fargebilde av Jupiter noen gang ble produsert (se bilde til høyre), med synlige detaljer ned til omtrent 60 km i størrelse.

Et av hovedfunnene ved passeringen annonsert [1] 6. mars 2003, var egenskaper ved Jupiters atomsfæriske sirkulasjon. Mørke "belter" alternerer med lyse "soner" i atomsfæren. Forskere hadde lenge antatt, at sonene med skyer, til å være områder med oppstigende luft. Dette kom av at mange skyer på jorda formes ved slik oppstiging. Analyser av Cassinins bilder, fortalte en ny historie. Individuelle stormceller med oppstigende lyse eller hvite skyer, som ikke kan bli sett fra jorda, dukker opp uten unntak i de mørke beltene. Anthony Del Genio hos NASA, Goddard Institute for Space Studies, sier: "We have a clear picture emerging that the belts must be the areas of net-rising atmospheric motion on Jupiter, with the implication that the net motion in the zones has to be sinking."

Test av Einsteins generelle relativitetsteori[rediger | rediger kilde]

10. oktober 2003 offentliggjorde Cassini-teamet resultatet av en test av Einsteins generelle relativitetsteori, ved å bruke radiosignaler fra Cassini-sonden. Forskerne observerte en frekvensforskyvning i radiobølgene til og fra romfartøyet når signalene passerte nær Solen. I følge den generelle relativitetsteori, vil et massivt legeme som Solen forårsake at tid og rom avbøyes. Dette gjør at radiobølger (eller lys) som passerer nær Solen må tilbakelegge en lengre distanse på grunn av avbøyningen. Den ekstra distansen gjør at signalene når Jorden senere enn de ellers ville gjort. Hvor stor denne forsinkelsen er, gir en nøyaktig test på det Einsteins teori forutsier. Selv om avvik fra den generelle relativitetsteori forventes i noen kosmologiske modeller, ble ingen avvik funnet i dette eksperimentet. Tidligere tester har vært i overensstemmelse med de teoretiske beregningene med et avvik på en tusendel. Cassini-eksperimentet forbedret dette til 20 milliondeler, og dataene støtter fortsatt Einsteins teori.


I kretsløp omkring Saturn[rediger | rediger kilde]

1. juli 2004 fløy Cassini-Huygens igjenom Saturns ringer og gikk i bane rundt planeten, etter en syv år lang ferd. Det er det første romfartøyet noensinne som har gått i bane rundt Saturn.

Oppdagelsen av nye måner[rediger | rediger kilde]

16. august 2004 kunngjorde NASA Cassinis oppdagelse av to nye måner i bane omkring Saturn. De to månene har foreløpig fått navnene S/2004 S1 og S/2004 S2. Månene kretser rundt Saturn i en avstand av henholdsvis 194 000 og 211 000 km fra Saturn, og med diametere på henholdsvis 3 og 4 km, er dette de to minste av de til nå 33 kjente månene til Saturn. Det var den franske professoren Sebastien Charnoz som først oppdaget månene.

På bilder tatt av Cassini 30. mai 2007 ble det så oppdaget en ny måne, som fikk det foreløpige navnet S/2007 S4. Den nye månen går i bane mellom Methone og Pallene.[1] Dette var den femte nye månen som ble avdekket av bilder tatt av Cassini.[2] Når Cassini-Huygens ble skutt opp i 1997, var bare det bare 18 kjente måner rundt Saturn, 42 nye ble oppdaget i perioden 1997-2007.[3]

Huygens lander på Titan[rediger | rediger kilde]

I desember 2004, på slutten av Cassini sin tredje runde rundt Saturn, ble Huygens-sonden sluppet løs på et 22-dagers cruise mot overflaten av Titan.

14. januar 2005 landet Huygens-sonden trygt på overflaten av Titan, og sendte suksessfullt tilbake bilder og data både fra ferden mot overflaten, og på selve overflaten.

Bane[rediger | rediger kilde]

Oversikt over Cassini-Huygens bane på vei mot Saturn.
Fil:Cassini Tour (hypothetical).jpg
Diagram over de forskjellige omløpsbaner som sonden bruker rundt Saturn.
Cassinis hastighet i retning fra solen under hele reisen fra 1998.

Den grafiske fremstillingen ovenfor er utarbeidet av JPL's HORIZONS System, og viser fartøyets hastighet i forhold til solen fra 15. oktober 1997 16:00:01 UT (1997-Oct-15 16:01:04.184 TT) til 8. august 2008 16:00:00 UT (2008-Aug-08 16:01:04.184 TT) i SCET.

Referanser[rediger | rediger kilde]

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]