【導(dǎo)讀】卡西尼在北京時間1997年10月15日16時43分發(fā)射升空，經(jīng)過6年8個月、35億千米的漫長太空旅行后，順利開始土星探測任務(wù)，向地球傳來了大量照片。從發(fā)射到現(xiàn)在將近20年了，它將于9月15日沖進(jìn)土星大氣層，13年的土星探索即將結(jié)束。這篇干貨滿滿的長推送前半段整理了“卡西尼號”生命的最后瞬間，而在后半段，我們整理了一些關(guān)于卡西尼號謝幕的常見問題。希望在閱讀之后，大家能真正意識到這次計劃的偉大之處。 卡西尼號團(tuán)隊全家福 最后一次飛掠土衛(wèi)六文/羅輯發(fā)射于1997年的卡西尼-惠更斯號探測器即將在9月15日進(jìn)入土星大氣，之后探測器將與土星大氣摩擦后燒毀。長達(dá)20年的任務(wù)期也算創(chuàng)造了一個小小的歷史，讓我們對土星有了非常充分的認(rèn)識?？ㄎ髂?惠更斯號其實(shí)有兩個部分構(gòu)成，卡西尼號是軌道器，惠更斯號是著陸器，當(dāng)然不是降落土星，而是降落土星的衛(wèi)星泰坦（土衛(wèi)六）。惠更斯號在2005年登陸泰坦，收集到了這顆土星衛(wèi)星的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，土衛(wèi)六也是太陽系中的第二大衛(wèi)星，被懷疑可能存在生命，因?yàn)槠浔砻娣植贾罅恳簯B(tài)烷烴，美國宇航局猜測液態(tài)烷烴的海洋能夠支持生命，因?yàn)樵诘厍蛟缙谝灿蓄愃频拇髿獬煞郑群猛闊N的生命有可能在那兒生存。在任務(wù)的最后階段，9月11日，卡西尼號對泰坦進(jìn)行了最后一次飛掠，在9月12日，卡西尼號與美國宇航局進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，把泰坦最后的探測結(jié)果傳到地球，之后卡西尼號將按計劃從設(shè)定好的軌道上朝土星大氣層飛去。與土衛(wèi)六接觸是卡西尼號死亡之旅的一個小插曲，因?yàn)槊绹詈骄衷O(shè)定的軌道需要土衛(wèi)六提供引力，將卡西尼號徹底引入土星上層大氣?？ㄎ髂崽柌⒉皇且粋€嚴(yán)格流線的外形，因此在接觸到土星上層大氣后會開始減速，這樣可以讓卡西尼號在土星上層大氣中的生存時間更長一些。這對卡西尼號而言，那當(dāng)然是個折磨，選擇切入角更大的軌道可以快速讓探測器燒毀，反之需要更長的時間。從2004年進(jìn)入土星軌道以來，卡西尼號已經(jīng)在這里運(yùn)行了13年的時間，飛掠泰坦的次數(shù)多達(dá)127次，有時候會更近一些。美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的卡西尼號項目主管Earl Maize認(rèn)為，卡西尼號的軌道一直是圍繞土衛(wèi)六而運(yùn)行的，十幾年來幾乎每個月都會交叉，這次是卡西尼號最后一次與土衛(wèi)六泰坦擦肩而過。美國宇航局為卡西尼號選擇的墓地在土星上層大氣中，因?yàn)槭紫纫_保不破壞土衛(wèi)六泰坦的表面環(huán)境，讓其保持最原始的狀態(tài)，因?yàn)榧幢闶菄?yán)格消毒滅菌過的探測器也不敢保證不會將地球生命引入到土衛(wèi)六的環(huán)境中。根據(jù)卡西尼號的調(diào)查，土衛(wèi)六是個非常復(fù)雜的有機(jī)化學(xué)工廠，這是一個天然的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，宇宙從無機(jī)環(huán)境到有機(jī)環(huán)境，這是一個突破，而土衛(wèi)六就是一個潛在的生命誕生之地。在卡西尼號任務(wù)之后，美國宇航局科學(xué)家希望有一天能夠再次回到土星軌道上，目前正在推進(jìn)的任務(wù)涉及到在土衛(wèi)六烷烴海洋上航行的探測器，收集可能存在的生物學(xué)信號。土衛(wèi)六已經(jīng)被證明擁有一個全球性的液態(tài)甲烷循環(huán)，這顆星球上所發(fā)現(xiàn)的一切化學(xué)過程與現(xiàn)在的地球有著明顯的不同。到目前為止，太陽系外側(cè)軌道行星依然沒有被全面探索，旅行者2號僅僅做了簡短的飛掠，尤其是天王星和海王星，它們主要由水、氨、甲烷構(gòu)成。而木星、土星幾乎是由氫氣和氦氣構(gòu)成，與地球這樣的巖質(zhì)天體有著本質(zhì)的區(qū)別。卡西尼-惠更斯任務(wù)是美國宇航局，歐空局和意大利航天局的合作項目，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)設(shè)計、開發(fā)和制造，項目運(yùn)營和管理位于華盛頓總部?？ㄎ髂崽枮楹我x擇自毀？人類未來又將如何研究土星？我們連線了米歇爾·布蘭克教授，一起來聽聽這位文學(xué)天文雙料導(dǎo)師的有趣講解吧。 米歇爾·布蘭克教授米歇爾?布蘭克（Michel Blanc），就職于法國圖盧茲的天體物理學(xué)與行星學(xué)研究所，是“卡西尼”號任務(wù)的跨學(xué)科科學(xué)家，同時還是國際空間科學(xué)研究所北京分部的執(zhí)行主任。 “卡西尼”號的繼任者與“卡西尼”號任務(wù)有何區(qū)別？有沒有中國的參與？首先，“卡西尼”號有兩個繼任者，但它們將探索木星系統(tǒng)。在歐洲，歐航局的“果汁”（JUICE）任務(wù)將于2022年發(fā)射，首先探索木星系統(tǒng)，而后進(jìn)入木衛(wèi)三“伽倪墨得斯”軌道。順帶一提，“果汁”任務(wù)是10年前由我通過“拉普拉斯”（LAPLACE）提議開啟的。木衛(wèi)三在伽利略衛(wèi)星中排第三，是一顆“海洋衛(wèi)星”，可能擁有適居性。同一年，美國宇航局將利用新型超級運(yùn)載火箭SLS（推力超過土星V型火箭）發(fā)射“歐羅巴快帆”號。這項任務(wù)投資20多億美元，將45次近距離飛躍木衛(wèi)二“歐羅巴”，研究這顆衛(wèi)星的宜居性。 JUICE  來源：http://sci.esa.int/juice/59341-juice-mission/ Europa Clipper  來源：https://www.jpl.nasa.gov/missions/europa-clipper/木衛(wèi)二在伽利略衛(wèi)星中排第二，是太陽系內(nèi)除地球外最有可能存在生命的星球?！皻W羅巴快帆”號將對木衛(wèi)二的地表進(jìn)行測繪，幫助科學(xué)家選擇未來登陸任務(wù)的著陸點(diǎn)，不過該任務(wù)尚未獲得所需資金。本次登陸任務(wù)將在木衛(wèi)二的多冰地殼搜尋生命存在證據(jù)?！皻W羅巴快帆”號將一直對木星這個巨行星家族成員進(jìn)行研究，直至2034年前后。 至于是否有中國，從目前來看，中國和美國宇航局的官方合作會有困難，但科學(xué)家以個人身份參與還是有可能的。歐航局方面，顯然更容易一些。我希望歐航局和中國航天機(jī)構(gòu)不久后能夠在當(dāng)前卓越合作的基礎(chǔ)上展開進(jìn)一步磋商。 “卡西尼”號墜落土星時會有殘骸掉落土星，這會給土星環(huán)境造成污染嗎？污染？可能性極低。“卡西尼”號將以極超音速進(jìn)入土星大氣層，短短幾分鐘內(nèi)便會熔化，化為灰燼。我不認(rèn)為飛船上的任何大的有機(jī)分子能夠幸存。另外，土星并不是一顆具有適居性星球，也不可能孕育生命。這也是為什么我們決定讓“卡西尼”號墜毀土星。 “卡西尼”號在最后時刻傳回的數(shù)據(jù)和圖像是大概深入土星多少公里？“卡西尼”號將從中緯度地區(qū)的某個點(diǎn)開始最后的傳輸，是在上層大氣層，也就是在云頂之上。 有相關(guān)報道提到“卡西尼”號墜落土星后，還是會給科學(xué)家留下至少可供分析和研究十幾年的圖像、數(shù)據(jù)等內(nèi)容，是真的嗎？除此之外，還會給我們帶來哪些（墜落前）更為驚人的發(fā)現(xiàn)？“卡西尼”號自2004年7月以來便環(huán)繞土星軌道飛行，它的遺產(chǎn)包括跨度13年的獨(dú)一無二的圖像以及非常寶貴的數(shù)據(jù)。所有這些都存入美國宇航局的行星數(shù)據(jù)系統(tǒng)，供全世界的科學(xué)家使用。每一個感興趣的人都有機(jī)會利用“卡西尼”號獲取的數(shù)據(jù)。此外，“卡西尼”號將以一種充滿戲劇性的方式結(jié)束自己的使命。4月以來，我們便一直對土星和星環(huán)間的區(qū)域進(jìn)行研究。這在“卡西尼”號任務(wù)史上還是第一次?！翱ㄎ髂帷碧柅@取了大量獨(dú)特數(shù)據(jù)，能夠?yàn)槲磥?0年新的土星系統(tǒng)探索任務(wù)提供支持，同時幫助培養(yǎng)年輕科學(xué)家，讓他們加入到巨行星探索的行列。“卡西尼”號數(shù)據(jù)的分析整理工作將于來年啟動，參與這項工作的博士人數(shù)給我留下深刻印象。其中幾名博士生就在這里。對于中國的行星學(xué)研究人員來說，能夠利用“卡西尼”號所獲數(shù)據(jù)無疑是一個極好的機(jī)會，有助于培養(yǎng)一批年輕科學(xué)家，讓他們在不久之后（10年左右）可以參與到中國的木星探索任務(wù)。如果國際空間科學(xué)研究所北京分部能夠?yàn)榇颂峁椭?，我會感到非常欣慰。請記住一點(diǎn)，“卡西尼”號最后獲取的數(shù)據(jù)——從“壯麗終章”軌道到最后的俯沖——可能最為引人注目，這畢竟是它與土星的最親密接觸。分析這些數(shù)據(jù)需要數(shù)年時間。 工作到最后一刻的卡西尼號。 想了解一下“卡西尼”號墜入土星大氣層時如何進(jìn)行實(shí)時通訊，畢竟隔了那么遠(yuǎn)，雖然確切地說是“幾乎達(dá)到”實(shí)時通訊的程度，但也覺得很不可思議。“卡西尼”號與地球的通訊依靠一種非常高效的高增益通訊天線（順便說一下，這項技術(shù)由意大利航天局資助的一位意大利研究人員研發(fā)）。這種通訊天線的傳輸功率不大，將信號的集束性很好。每當(dāng)“卡西尼”號處于對地傳輸模式，天線都需朝向地球。在“卡西尼”號的最后時刻，也就是所謂的“壯麗終章”，這艘飛船會始終將通訊天線指向地球，傳輸數(shù)據(jù)直至最后一刻……當(dāng)推進(jìn)器再也無法在土星大氣中保持飛船的穩(wěn)定，通訊天線將偏離地球，我們會與“卡西尼”號失聯(lián)。至此，“卡西尼”號任務(wù)終結(jié)，幾分鐘后就會燃燒殆盡。永別了，“卡西尼”號！預(yù)計為北京時間9月15日晚間19點(diǎn)45分。 土衛(wèi)六有生命的可能性有多大？我們從未在宇宙的任何地方探測到過外星生命的存在，鑒于這一事實(shí)，我認(rèn)為未來發(fā)現(xiàn)外星生命的可能性極低，無論是在土衛(wèi)六“泰坦”，木衛(wèi)二“歐羅巴”還是土衛(wèi)二“恩克拉多斯”。它們是這場競賽中處于領(lǐng)先地位的候選者。我隱約感覺是這樣。實(shí)際上，土衛(wèi)六與其它兩顆衛(wèi)星的情況有所不同，因?yàn)橥列l(wèi)六的天體生物學(xué)特征更富有多樣性。它有兩個截然不同的方面——地表究竟發(fā)生著什么？地下海洋又在發(fā)生著什么？——我們甚至不確定二者之間是否存在聯(lián)系。在土衛(wèi)六的地表和大氣層，存在一個活躍的“甲烷循環(huán)”，與地球上的水循環(huán)非常類似。在這個循環(huán)中，甲烷取代了水的角色：甲烷從地表湖泊蒸發(fā)，形成云，而后帶來“降雨”，形成河流，流入湖泊，結(jié)束整個循環(huán)。因此，土衛(wèi)六存在“甲烷氣候”。少量甲烷（以及乙烷）擴(kuò)散到上層大氣層，在磁層電子的作用下輻射分解，形成非?；钴S的自由基，從而觸發(fā)重有機(jī)分子的形成。這些有機(jī)分子最終隨著“雨水”落到地表，形成了一層厚厚的有機(jī)物。但由于沒有水，所以對于天體生物學(xué)家來說，一個長久以來懸而未決的問題便是：在沒有水溶劑的情況下，能夠孕育出生命形態(tài)嗎？這是一個開放性的問題，恐怕沒有答案，除非有“甲烷外星人”給我們打電話……化學(xué)家和天體生物學(xué)家目前尚未發(fā)現(xiàn)任何“無水生命形態(tài)”的可信模型，這一點(diǎn)是肯定的……如果拿是否存在這樣的生命打賭，我不會下很大賭注。現(xiàn)在，“卡西尼”號已經(jīng)通過重力測量和對土衛(wèi)六旋轉(zhuǎn)模式的研究得出結(jié)論，土衛(wèi)六可能存在一個由水構(gòu)成的內(nèi)部海洋！這個海洋位于地下幾十到一百公里，可能存在生命。木衛(wèi)二和土衛(wèi)二或多或少也是這種情況，但問題在于，與這兩顆衛(wèi)星不同，“卡西尼”號直到現(xiàn)在也沒有發(fā)現(xiàn)這個地下海洋存在任何涉及水間歇泉的熱液活動。我們在地表看到的唯一液體就是甲烷和乙烷……因此，我認(rèn)為這只是純粹的猜測。站在理性的角度，我不相信地表存在基于甲烷的生命形態(tài)。對于存在地表生命的可能性，我的答案是5%，畢竟要留點(diǎn)余地。 說起土衛(wèi)六，回顧一下：惠更斯號大約于北京時間2005年1月14日19時30分降落在土衛(wèi)六泰坦，整個下降過程持續(xù)了2小時27分鐘，并在土衛(wèi)六泰坦表面存活了72分鐘，這是人類第一個，也是唯一一個在外太陽系星球著陸的探測器。 未來土星探測的重點(diǎn)是什么呢？我認(rèn)為存在這樣一個普遍共識，那就是我們需要重返土星系統(tǒng)，專注于勘測兩顆存在海洋的衛(wèi)星，也就是土衛(wèi)六“泰坦”和土衛(wèi)二“恩克拉多斯”，尤其是后者。我們有可能在那里尋找到生命跡象，但我要說明一點(diǎn)，這將是一項巨大的挑戰(zhàn)。也許，我們要在完成木星任務(wù)之后重返土星。 土星離我們那么遠(yuǎn)，為什么要花這么多錢去探索這種無所謂的東西？科學(xué)探索（不只是“卡西尼”號）幫助我們更好地了解我們生存的世界，發(fā)現(xiàn)世界的奇異所在和異乎尋常的美！還記得哈姆雷特說過的話嗎，也就是對霍雷肖說的一句非常有名的話？ 那是什么呢？想知道的話，后臺回復(fù)“哈姆雷特”。 繪畫：@黃月 本問答由中國國家天文、NASA中文、漫步宇宙聯(lián)合發(fā)布。 感謝@我是疏，@yanni ,@Frank，@大鵬，@成韻文Teresa Chan，@狐步，@傅煜銘，@shuqinli的提問，以上問題由 中科院記者辛玲在前方發(fā)回答案。 再見卡西尼號！孤獨(dú)探索20年的土星探測器即將“自殺” 文章由企鵝科學(xué)和科普中國聯(lián)合推出 轉(zhuǎn)載請注明來自“科普中國”

土星探測器卡西尼號結(jié)束生命的最后瞬間

圖文簡介

【導(dǎo)讀】卡西尼在北京時間1997年10月15日16時43分發(fā)射升空，經(jīng)過6年8個月、35億千米的漫長太空旅行后，順利開始土星探測任務(wù)，向地球傳來了大量照片。從發(fā)射到現(xiàn)在將近20年了，它將于9月15日沖進(jìn)土星大氣層，13年的土星探索即將結(jié)束。這篇干貨滿滿的長推送前半段整理了“卡西尼號”生命的最后瞬間，而在后半段，我們整理了...