2017年9月15日，20歲的“老将”卡西尼号探測器在完成最後一個任務後，結束了他偉大而又壯麗的一生。在沖向土星表面的過程中化作一縷塵埃，最終成為土星的一部分，就好像英雄的骨灰撒在了他所熱愛和奮鬥一生的土地上。
為此，NASA JPL （美國國家航空航天局噴氣推進實驗室）為卡西尼号專門制作一段令人熱淚盈眶的視訊，名為<Cassini's Grand Finale>以紀念卡西尼号最後的使命和光輝的一生。下面我先來靜靜地觀賞這一太陽系最偉大的謝幕。
太陽系最偉大的謝幕——卡西尼CASSINI_哔哩哔哩_bilibili
NASA作品《卡西尼号的壯麗終章》(<Cassini's Grand Finale>) 請點選觀看▲
20世紀60-70年代，由于美蘇争霸，兩國在太空競賽中投入了巨大的資金，這也變相推動了人類航天事業的快速發展。在這期間，美國方面NASA主導了多項太空探索計劃，例如:“阿波羅計劃”、“水手計劃”、”旅行者計劃”等。在這些計劃中NASA設計制造了許多探測器，其中最為著名的三個探測器是旅行者1号、旅行者2号、卡西尼号。這些探測器自從被制造出來時就被賦予靈魂和生命，他們就像是人類的孩子一樣，帶着各自的使命遠離家鄉奔向遙遠的太空，他們有的孤獨的遨遊奔向宇宙的深處、有的則壯烈犧牲永遠沉睡在“異國他鄉”。本文以卡西尼号為代表獻給這些先驅者們。
1962年-1973年，NASA在”水手計劃”中發射了一系列為探索火星、金星、水星三大行星而設計的無人探測器，其中水手1号-1水手0号這10個探測器7個成功，3個失敗。後期由于預算收緊，水手11号、水手12号計劃被迫改為了飛掠木星和土星，這就是後來“旅行者計劃”的前身。1964年夏，一個名叫加裡·弗蘭德羅（Gary Flandro）的加州理工學院研究所學生，到NASA JPL 實習。他的任務是計算從地球飛往其他行星都有哪些可能的航線。這是一份技術含量不高的差事，是以一般人都不願意做。但在算了上百條平淡無奇的航線之後，弗蘭德羅卻發現了一條意義非凡的航線。
弗蘭德羅發現，在1976-1977年，木星、土星、天王星和海王星都會運作到特别合适的位置。在此期間，如果向木星發射一個探測器，它會先被木星的引力彈弓效應甩向土星，然後被土星的引力彈弓甩向天王星，接着被天王星的引力彈弓甩向海王星，最後被海王星的引力彈弓甩向外太空。也就是說，靠着引力彈弓效應的幫助，一個探測器就可以同時遊曆這四大行星。這樣不但可以節省大量的燃料，而且可以将探測器的速度提升至正常火箭推進器難以達到的程度，進而節省探測器大量的漫遊時間（正常情況下飛往海王星至少需要花40年；但要是選擇這條航線，就能把航行時間一下縮短到12年）。事實上這是一次百年不遇的機會：如果到 1977年還不能把空間探測器發射出去，要想有下一次同時遊曆這4個行星的機會，就得再等上整整 176 年。這條航線的發現，開啟了旅行者号的偉大征程。
旅行者2号的航線圖 ▲
1980年11月12日，旅行者1号在距土星1.26萬千米的地方飛過，它隻是匆匆的一瞥土星大概樣貌即向太陽系外飛去了。這一瞥共發回1萬餘幅土星的彩色照片，科學家在這些照片中發現土星光環可細分成數千條小環，有強磁場和大紅斑；土衛六上空籠罩有280千米厚的霧層，大氣成分主要是氮而不是過去認為的甲烷；土衛六的直徑為4828千米而不是原來估計的5800千米。
為了弄清楚土星環帶和土衛六具體大氣情況，NASA打算發射一個專門的探測器，對土星進行全方位的空間探測，卡西尼計劃便由此提出。這個計劃是美國國家航專空航天局、歐洲航屬天局和意大利航天局的一個合作項目。卡西尼号嚴格的講應該是卡西尼—惠更斯号（Cassini-Huygens，卡西尼号以著名的天文學家卡西尼的名字命名，以紀念他對發現土星的貢獻；惠更斯号以著名的天文學家惠更斯的名字命名，以紀念他對發現土衛六的貢獻）。這個探測器由卡西尼号和惠更斯号兩部分組成，是聯在一起的，其中卡西尼的任務是環繞土星飛行，對土星及其大氣、光環、衛星和磁場進行深入考察，惠更斯的任務則是在土衛六上着陸（以下我們簡稱卡西尼号）。卡西尼号直徑3米，高7米，總重量5.7噸，攜帶27種當時最先進的探測裝置發射升空。這是二十世紀最後一艘行星際探測器。
卡西尼号探測器▲
1997年，在旅行者号發射升空的20年後，同樣借助引力彈弓效應，卡西尼号也開始了它的旅行。首先，它飛向方向相反的金星，并于1998年4月和1999年6月兩次向金星借力；然後，它于1999年8月飛回到地球附近，向地球也借了一次力；接着，它于2000年12月飛到木星附近，向木星又借了一次力；最後，它于2004年7月飛到土星，成了土星的第一顆人造衛星。盡管整個路程是正常路程的2.5倍，由于引力彈弓大大提升了探測器的飛行速度，最終的飛行時間反而大大減少。[1]
卡西尼号的航線圖▲
經過了6年8個月17天的漫長的星際旅行，2004年5月18日，土星的引力第一次開始超過太陽對卡西尼号的引力，這代表着卡西尼号正式進入了土星系統。然而這并不代表着卡西尼号成功地進入了土星系統。由于卡西尼号以一個高速飛向土星，是以土星強大的重力場很有可能直接捕獲卡西尼号，使得卡西尼号墜入土星大氣層，進而墜毀。2004年7月1日卡西尼号開始進入了土星軌道，扣人心弦的“最後一跳”。為了防止直接進入土星，卡西尼号開啟了減速火箭，完成了一次長達96.4分鐘的關鍵性減速，最終成功地進入了環土星軌道，人類曆史上第一顆土星人造衛星就此誕生。[2]
土星近照▲
入軌後卡西尼号便迅速開始了它的工作，先是利用進入預定軌道的機會，冒着被土星環縫顆粒撞擊的風險兩次從土星光環中最寬的環縫穿越，對土星光環進行觀測，然後在預定軌道熄火，開始對土星，土星衛星及土星光環進行近距離觀測、拍照、測量等。
土星環近照▲
2005年1月，為了拍攝土衛六（泰坦）的地表照片，卡西尼号将攜帶的惠更斯号地表探測器送至土衛六。2005年1月15日惠更斯号徑直降落到土衛六地表，并成功軟着陸于土衛六表面。但由于土衛六地表非常寒冷，低于零下170攝氏度，使惠更斯号的能量迅速地耗盡，在九十分鐘後便與地球失去了聯系，永久地留在了土衛六。惠更斯号傳回的資料使人類發現土衛六擁有和地球相似的地表。它對土衛六大氣的第一次現場測量，确定了從1400公裡高度到地面的大氣壓力、密度和溫度。它的多普勒風實驗(DWE)在大氣中發現了強烈的東西向風，其中一些風的旋轉速度比衛星本身還快。它揭示了為什麼土衛六的大氣中含有甲烷、氮氣和微小的氣溶膠，數量是多少，并在内部探測到地質過程和特征的迹象，如冰火山作用，以及潛在的大型地下海洋。
惠更斯号着陸意象圖▲
從2004年卡西尼抵達土星環之後，就為我們展現了土星及其衛星的驚人景象，他的任務也延長了不止一次而是兩次。他在土星上發現了土星極地六邊形飓風，土星北半球出現的超級風暴，土星環固有的漣漪和“浮雕”結構等。
土星極地六邊形飓風▲
土星北半球的超級風暴▲
土星環固有的漣漪和“浮雕”結構▲
卡西尼的探索也并不局限于土星，它在土星最大的衛星土衛六上發現了甲烷和乙烷湖，這是已知地球之外唯一存在的液體湖。卡西尼号不僅揭開了這些星球上的奇怪地貌，還在冰冷的土衛二南極發現了間歇泉現象，揭開了隐藏在冰冷地殼下的液體海洋。這些觀測結果幫助我們确定太陽系中遍布擁有海洋的世界，生命可能在這些世界進化，甚至在遠離太陽的星球上繁榮昌盛。
2013年的7月18日NASA發表了卡西尼在入軌後回望地球方向，并且第一次從外太陽系拍到了地球與土星的合影。這張照片是在土星陰影之下拍攝的，雖然土星環和大氣層都被照亮，但從中能清晰看到一顆淡藍色圓點狀星球，這個小藍點則是我們賴以生存的地球。放眼茫茫宇宙地球如滄海一粟，實在太渺小。
卡西尼拍到的地球▲
到了2017年，卡西尼已經入軌工作了12年之久。随着卡西尼的燃料即将耗盡，他的導航團隊探索了卡西尼号飛船在燃料耗盡時幾條可能的飛行軌道: 它可能永久圍繞土星軌道運作，并且在未來幾年繼續為我們發送回土星的資訊。它也有可能沖進土星環，讓我們了解其中的景象。它也有可能墜毀到土星的一顆衛星上，或者離開土星飛往另外一顆巨大的星球或外層太陽系的古怪小行星。
為防止他墜入土星的衛星，保護存在生命迹象的土星衛星不受碰撞污染，NASA決定采取受控撞擊土星的方式來結束“卡西尼”的一生。這也給“卡西尼”提供了一次發揮餘熱、深入到一般探測器不敢接近的高度實施探測的獨特機會，可以首次獲得土星電離層和熱層的溫度、磁場和等離子體密度等科學資料。
2016年11月30日卡西尼開啟了倒數第二項任務，進入新軌道——「掠環軌道（Ring-Grazing Orbit）」，并于2016年12月4日首次從土星環所在的平面穿過。所謂「掠環軌道」，指的是卡西尼号在土星F環邊緣從土星環所在的平面穿越而過。這一任務階段将持續到2017年4月22日，卡西尼号将共計完成20次「掠環軌道」。在此期間，卡西尼号不僅可以進行采樣分析，還能以前所未有的視角對土星進行拍攝。
在2017年4月22日完成「掠環軌道」任務後，卡西尼号将最後一次掠過土衛六，并借助其引力修正軌道，于4月26日進入最後一個任務階段。屆時，卡西尼号将從土星和其最内側的環（D環）之間穿越22次。下圖中灰色的曲線為卡西尼号的掠環軌道，藍色曲線為卡西尼号的大結局軌道，橙色曲線則為卡西尼号墜向土星的軌道。
卡西尼号任務尾聲的軌道圖▲
2017年9月13日上午3:53，卡西尼号任務工程師Michael Staab向飛船下達了最後的指令。盡管卡西尼号飛船的路線已經設定，最後一系列指令确定了它的命運。在卡西尼号飛船毀滅數小時前，Staab笑着說：“我是個無情的工程師。”
從1997年發射到2017年，20年的時間卡西尼号飛行了2.2億英裡，執行了240萬次指令，拍攝了379300張照片，發現了10顆衛星，傳回了599GB資料，科學家從這些資料中研究發表了3616篇論文。時至今日，我們對土星的了解幾乎全部來自于卡西尼的觀測。
最終，太平洋時間2017年9月15日淩晨4時55分（中原標準時間9月15日19時55分），“卡西尼号”的信号消失，這意味着這顆探測器在83分鐘前于高壓和高溫下蒸發殆盡，完全投入土星的懷抱。這也标志着“卡西尼号”土星探測任務的結束。NASA在場人員始終平靜地監控信号直到最後一刻，在現場負責人宣布信号消失後，全體起立鼓掌歡送這位英雄。
卡西尼這一生對土星的探索，不僅向人類揭示了土星不為人知的秘密，同時也向人類展示了宇宙的神奇。作為一個孤獨的勇士，如果卡西尼有思想，不知道當他最後回望地球的時候該是怎樣的心情，也許他知道人類對他的牽挂，希冀，與贊許，也許他會為自己短暫的一生感到悲涼，我想更多應的該是視死如歸的悲壯。也許有一天，會有更多的探測器拜訪“卡西尼的新家”，沿着先行者的足迹，走過他所走過的地方，經過他所經曆的故事，開啟人類探索宇宙新的征程。
-THE END-
注釋:
引力彈弓效應：美國數學家米諾維奇的研究表明，當航天器靠近一顆行星的時候，會被它的引力所吸引。由于行星本身也在以很高的速度繞着太陽旋轉，它就會拖着航天器和它一起跑，進而把自己的速度也傳給航天器。這樣一來，隻要航天器不被行星捕獲，它就能獲得行星提供的額外速度，進而以比原來大得多的速度被抛射出去。
圖文編輯：吳彥強
免責聲明：
本文引用一些文章内容及作者的觀點：
引文來源：
[1]《“三體問題”開啟的卡西尼之路》
https://www.sohu.com/a/192715591_465226
[2]《太空13年之旅“卡西尼号”在土星發現了什麼》
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1671935234895948736&wfr=spider&for=pc
[3]《卡西尼号傳回進入新軌道後拍攝的首批土星照》https://www.sohu.com/a/121007645_341698
圖檔來源于網絡
視訊來源于：https://solarsystem.nasa.gov/resources/17628/cassinis-grand-finale/
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