Pożegnanie z Władcą Pierścieni

Pożegnanie z Władcą Pierścieni
Sonda Cassini spędziła ostatnich trzynaście lat, krążąc w układzie Saturna, eksplorując tę planetę i wszystko, co wokół niej krąży. Eskapada orbitera NASA musiała jednak dobiec końca. Zapas paliwa nie jest niekończony, a pozostawienie sondy samopas mogłoby zagrozić kolizją z jednym z księżyców i poważnie zachwiać równowagę okolicznego świata. Niektórzy mówią nawet o możliwym zakłóceniu żywych ekosystemów…

Ostatnią fazę misji orbitera Cassini określono jako "Wielki Finał" (ang. Cassini Grand Finale). Nazwa została wybrana przez członków zespołu pracującego przy obsłudze sondy w NASA, na podstawie głosów 2 tys. zwykłych ludzi, którzy zaangażowali się w końcowy projekt dotyczący zasłużonego dla nauki statku.

Wielki Finał planowano od kilku lat. Uznano, że najmniej inwazyjne będzie zanurkowanie w samego gazowego olbrzyma. 22 sierpnia Cassini ma umówione ostatnie bliskie spotkanie z księżycem Saturna, Tytanem, by w kolejnych tygodniach kierować się w kierunku szczeliny pomiędzy Saturnem a pierścieniami. Sonda ma zamilknąć na zawsze w połowie września, gdy – jak się wszyscy spodziewają – zniszczy ją temperatura i ciśnienie atmosfery planety.

Zakończenie misji oznacza, że pojazd podejmie serię takich przelotów w pobliżu samej planety, które normalnie uznano by za zbyt ryzykowne. Zaplanowano dwadzieścia dwa przejścia przez przerwę znajdującą się pomiędzy Saturnem a jego pierścieniami. Pierwszy kurs przez ten rejon miał już miejsce w kwietniu. Manewr asysty grawitacyjnej podczas ostatniego bliskiego przelotu obok Tytana, wykonany 22 kwietnia, spowodował przeskok orbity sondy przez główny układ pierścieni.

W trakcie kolejnych przelotów - 28 maja, 4 czerwca, 29 czerwca i 6 lipca - Cassini, chroniony przez swoją antenę główną, eksplorował wewnętrzne obszary pierścienia D, badając skład jego materii. Podczas pięciu przelotów 14, 20 i 27 sierpnia oraz 2 i 9 września sonda będzie zanurzać się w zewnętrzne warstwy atmosfery planety, bezpośrednio pobierając jej próbki do analizy. Po ostatnim impulsie grawitacyjnym, 15 września 2017 r. o godz. 10:45 UTC, sonda ulegnie zniszczeniu wskutek wtargnięcia w atmosferę Saturna.

Wielki Finał sondy Cassini
Wielki Finał sondy Cassini

Końcowe etapy misji Cassini to nie tylko widowisko. Przy okazji do realizacji zostały ostatnie cele naukowe - przede wszystkim próba określenia wieku jej pierścieni. Sporo powie ich masa - jeśli jest niewielka, wówczas pierścienie powinny być młode (ok. 100 mln lat). Jeśli duża, wówczas może się okazać, że są w takim samym wieku jak Saturn. Podczas zbliżeń do Saturna będzie też możliwe spojrzenie z bliska na obszary biegunowe tej planety. Są rzadko obserwowane, z powodu oddalenia od równika. Pozwoli to na przyjrzenie się małym szczegółom chmur w obszarach polarnych. Jednocześnie zostaną wykonane obserwacje zórz polarnych Saturna.

Orbiter z lądownikiem

Europejsko-amerykańska misja Cassini-Huygens rozpoczęła się dwadzieścia lat temu, w 1997 r. Sonda po wystrzeleniu składała się z orbitera Cassini i lądownika Huygens, które w początkowych etapach misji pozostawały ze sobą połączone. Ich całkowita masa startowa wynosiła 5574 kg, z czego na paliwo przypadało 3132 kg. Doliczając masę łącznika z rakietą nośną, masa przy starcie wynosiła 5712 kg. Na pokładzie znalazło się dwanaście różnych instrumentów pomiarowo-badawczych.

Cień Tytana widoczny na powierzchni Saturna
Cień Tytana widoczny na powierzchni Saturna

Źródłem energii dla aparatury pokładowej były (i wciąż są) radioizotopowe generatory termoelektryczne z plutonem 238 w postaci dwutlenku, którego jest na pokładzie prawie 11 kg. Dostarczana energia stopniowo zmniejsza się, z powodu rozpadu radioaktywnego plutonu i degradacji elementów ogniw termoelektrycznych.

Po siedmiu latach skomplikowanego manewrowania w Układzie Słonecznym, w 2004 r. Cassini dotarła do Saturna, stając się jego pierwszym sztucznym satelitą, a odłączony od sondy próbnik Huygens w styczniu 2005 r. wylądował na powierzchni Tytana. Przez kolejne lata orbiter krążył wokół gazowego olbrzyma, wśród jego pierścieni i dziesiątek księżyców, dzięki czemu udało się wyjaśnić wiele tajemnic tego układu.

Plan wypełniony na sto lub więcej procent

Wśród szczegółowych celów misji było m.in.:

  • określenie rozkładu temperatury, własności obłoków i składu atmosfery Saturna;
  • pomiar globalnego rozkładu jego wiatrów, włączając ich składniki falowe i wirowe;
  • obserwacja cech obłoków i procesów synoptycznych;
  • zbadanie źródeł i morfologii wyładowań atmosferycznych na Saturnie.

Co do pierścieni Saturna, chodziło o badanie ukształtowania pierścieni i procesów dynamicznych (grawitacyjnych, lepkich, erozyjnych i elektromagnetycznych) odpowiedzialnych za ich strukturę, sporządzenie map struktury i składu materiału pierścieni, określenie związków pomiędzy pierścieniami a księżycami, włączając w to księżyce wbudowane w pierścienie.

Saturn i Ziemia – jedno z najpiękniejszych zdjęć wykonanych przez Cassini
Saturn i Ziemia - jedno z najpiękniejszych zdjęć wykonanych przez Cassini

Trzecim co do ważności obiektem zainteresowania naukowców skupionych na misji Cassini-Huygens był księżyc Tytan. W planie znajdowało się przede wszystkim określenie ilości składników jego atmosfery (w tym gazów szlachetnych) i ustalenie stosunków izotopowych dla obficie występujących pierwiastków. Ważne było też poszukiwanie złożonych związków organicznych, zbadanie źródeł energii dla procesów chemicznych w atmosferze oraz określenie sposobu powstawania i składu aerozoli. Zakładano też ustalenie stanu fizycznego, topografii i składu powierzchni oraz stworzenie podstaw do hipotez na temat budowy wewnętrznej księżyca.

Do dalszych celów misji należało również określenie ogólnej charakterystyki i historii geologicznej pozostałych księżyców oraz zbadanie mechanizmów, zarówno zewnętrznych jak i wewnętrznych, odpowiedzialnych za modyfikacje skorupy i powierzchni.

Strugi materii – gejzery - wyrzucane z powierzchni Enceladusa
Strugi materii - gejzery - wyrzucane z powierzchni Enceladusa

Główne cele zostały pomyślnie zrealizowane, ale Cassini przyniosła znacznie więcej niż tylko odhaczenie listy wyznaczonych zadań. Poznano powierzchnię Tytana i dokładnie zbadano jego atmosferę. Uczeni odkryli też istnienie czynnych gejzerów na powierzchni Enceladusa, a potem oceanu pod jego lodem, by w końcu postawić hipotezę o istnieniu kominów hydrotermalnych, a może nawet życia na tym księżycu. Poznaliśmy z niespotykaną dotychczas dokładnością nieznane wcześniej księżyce Saturna oraz strukturę pierścieni planety. Fascynujące okazały się też interakcje pierścieni z księżycami.

Wśród najgłośniejszych rezultatów wieloletniej eksploracji warto wymienić:

  • odkrycie obecności na powierzchni Tytana zbiorników ciekłych węglowodorów, mórz i jezior, kanionów, „kanałów” i deszczów metanowych;
  • odkrycie silnych przesłanek i dowodów na istnienie na księżycach Enceladus, Tytan i Dione wewnętrznych wodnych oceanów. Na Enceladusie wykryto czynny kriowulkanizm. W okolicach południowego bieguna tego księżyca istnieją anomalnie ciepłe rozpadliny (tzw. tygrysie pasy) i gejzery, z których biją strugi materii;
  • detekcję w pochodzących z Enceladusa cząsteczkach pyłu krzemionkowego, które wskazują na czynną aktywność hydrotermalną we wnętrzu tego księżyca. W strugach materii wyrzucanej z Enceladusa obecny jest wodór cząsteczkowy, powstający prawdopodobnie w wyniku procesów hydrotermalnych. Ponieważ może on stanowić źródło energii chemicznej dla organizmów żywych, jego obecność świadczy o tym, że w podpowierzchniowym oceanie księżyca mogą istnieć warunki sprzyjające obecności życia;
  • odkrycie księżyców: Methone, Pallene, Polideukes, Daphnis, Anthe i Aegaeon;
  • odkrycie na równiku Japeta grzbietu górskiego o długości ok. 1300 km, ze szczytami o wysokości do 20 km;
  • ustalenie, że obszary obydwu biegunów Saturna zajmują stacjonarne cyklony.

Sondo, dlaczego odchodzisz?

Podczas kwietniowego pierwszego przelotu sondy przez szczelinę dzielącą Saturna i jego pierścienie nic szczególnego się nie wydarzyło, co było zaskoczeniem dla uczonych z NASA. Po raz pierwszy pojazd zbudowany na Ziemi operował w przestrzeni między planetą a jej otoczką i okazało się, że ten region, o szerokości ok. 2 tys. km, to jedna wielka pustka.

Odbicie światła słonecznego w zakresie podczerwieni od tafli jeziora Jingpo Lacus na Tytanie

Obsługa misji obawiała się, że rozpędzony do 124 tys. km/godz. wehikuł może nie przetrwać tej podróży z powodu pyłu, kosmicznych skał i brył lodu. Naukowcy sprawdzili magnetometr oraz odbiornik fal radiowych i plazmowych – wcześniej notowały one uderzenia pyłu kosmicznego w pancerz, ale w czasie przelotu pomiędzy gazowym olbrzymem a jego pierścieniami natrafiono na cząstki o wielkości najwyżej 1 mikrona. Oczywiście brak większych kawałków materii w tym miejscu to też ciekawa informacja z naukowego punktu widzenia i zagadka do wyjaśnienia.

Nie wszyscy godzą się jednak tak łatwo z końcem zasłużonej Cassini. W ubiegłym roku została ona zaprzęgnięta także do… poszukiwania tajemniczej dziewiątej planety Układu Słonecznego. Zwolennicy tych działań martwią się, że misja sondy już się kończy. Dlaczego? Otóż spędziła ona wiele lat na zbieraniu danych z sygnałów radiowych. Na ich podstawie powstał model ruchu wszystkich gigantów naszego Układu Słonecznego, który wyklucza mniej więcej połowę potencjalnych orbit tzw. Planety X. Jeżeli dałoby się zbierać dane radiowe jeszcze przez kilka lat, obszar poszukiwań można by znacząco zawęzić. Niestety, Cassini nie będzie mogła już w tym pomóc.