2017年9月15日，20岁的“老将”卡西尼号探测器在完成最后一个任务后，结束了他伟大而又壮丽的一生。在冲向土星表面的过程中化作一缕尘埃，最终成为土星的一部分，就好像英雄的骨灰撒在了他所热爱和奋斗一生的土地上。
为此，NASA JPL （美国国家航空航天局喷气推进实验室）为卡西尼号专门制作一段令人热泪盈眶的视频，名为<Cassini's Grand Finale>以纪念卡西尼号最后的使命和光辉的一生。下面我先来静静地观赏这一太阳系最伟大的谢幕。
太阳系最伟大的谢幕——卡西尼CASSINI_哔哩哔哩_bilibili
NASA作品《卡西尼号的壮丽终章》(<Cassini's Grand Finale>) 请点击观看▲
20世纪60-70年代，由于美苏争霸，两国在太空竞赛中投入了巨大的资金，这也变相推动了人类航天事业的快速发展。在这期间，美国方面NASA主导了多项太空探索计划，例如:“阿波罗计划”、“水手计划”、”旅行者计划”等。在这些计划中NASA设计制造了许多探测器，其中最为著名的三个探测器是旅行者1号、旅行者2号、卡西尼号。这些探测器自从被制造出来时就被赋予灵魂和生命，他们就像是人类的孩子一样，带着各自的使命远离家乡奔向遥远的太空，他们有的孤独的遨游奔向宇宙的深处、有的则壮烈牺牲永远沉睡在“异国他乡”。本文以卡西尼号为代表献给这些先驱者们。
1962年-1973年，NASA在”水手计划”中发射了一系列为探索火星、金星、水星三大行星而设计的无人探测器，其中水手1号-1水手0号这10个探测器7个成功，3个失败。后期由于预算收紧，水手11号、水手12号计划被迫改为了飞掠木星和土星，这就是后来“旅行者计划”的前身。1964年夏，一个名叫加里·弗兰德罗（Gary Flandro）的加州理工学院研究生，到NASA JPL 实习。他的任务是计算从地球飞往其他行星都有哪些可能的航线。这是一份技术含量不高的差事，所以一般人都不愿意做。但在算了上百条平淡无奇的航线之后，弗兰德罗却发现了一条意义非凡的航线。
弗兰德罗发现，在1976-1977年，木星、土星、天王星和海王星都会运行到特别合适的位置。在此期间，如果向木星发射一个探测器，它会先被木星的引力弹弓效应甩向土星，然后被土星的引力弹弓甩向天王星，接着被天王星的引力弹弓甩向海王星，最后被海王星的引力弹弓甩向外太空。也就是说，靠着引力弹弓效应的帮助，一个探测器就可以同时游历这四大行星。这样不但可以节省大量的燃料，而且可以将探测器的速度提升至常规火箭推进器难以达到的程度，从而节省探测器大量的漫游时间（正常情况下飞往海王星至少需要花40年；但要是选择这条航线，就能把航行时间一下缩短到12年）。事实上这是一次百年不遇的机会：如果到 1977年还不能把空间探测器发射出去，要想有下一次同时游历这4个行星的机会，就得再等上整整 176 年。这条航线的发现，开启了旅行者号的伟大征程。
旅行者2号的航线图 ▲
1980年11月12日，旅行者1号在距土星1.26万千米的地方飞过，它只是匆匆的一瞥土星大概样貌即向太阳系外飞去了。这一瞥共发回1万余幅土星的彩色照片，科学家在这些照片中发现土星光环可细分成数千条小环，有强磁场和大红斑；土卫六上空笼罩有280千米厚的雾层，大气成分主要是氮而不是过去认为的甲烷；土卫六的直径为4828千米而不是原来估计的5800千米。
为了弄清楚土星环带和土卫六具体大气情况，NASA打算发射一个专门的探测器，对土星进行全方位的空间探测，卡西尼计划便由此提出。这个计划是美国国家航专空航天局、欧洲航属天局和意大利航天局的一个合作项目。卡西尼号严格的讲应该是卡西尼—惠更斯号（Cassini-Huygens，卡西尼号以著名的天文学家卡西尼的名字命名，以纪念他对发现土星的贡献；惠更斯号以著名的天文学家惠更斯的名字命名，以纪念他对发现土卫六的贡献）。这个探测器由卡西尼号和惠更斯号两部分组成，是联在一起的，其中卡西尼的任务是环绕土星飞行，对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察，惠更斯的任务则是在土卫六上着陆（以下我们简称卡西尼号）。卡西尼号直径3米，高7米，总重量5.7吨，携带27种当时最先进的探测设备发射升空。这是二十世纪最后一艘行星际探测器。
卡西尼号探测器▲
1997年，在旅行者号发射升空的20年后，同样借助引力弹弓效应，卡西尼号也开始了它的旅行。首先，它飞向方向相反的金星，并于1998年4月和1999年6月两次向金星借力；然后，它于1999年8月飞回到地球附近，向地球也借了一次力；接着，它于2000年12月飞到木星附近，向木星又借了一次力；最后，它于2004年7月飞到土星，成了土星的第一颗人造卫星。尽管整个路程是正常路程的2.5倍，由于引力弹弓大大提升了探测器的飞行速度，最终的飞行时间反而大大减少。[1]
卡西尼号的航线图▲
经过了6年8个月17天的漫长的星际旅行，2004年5月18日，土星的引力第一次开始超过太阳对卡西尼号的引力，这代表着卡西尼号正式进入了土星系统。然而这并不代表着卡西尼号成功地进入了土星系统。由于卡西尼号以一个高速飞向土星，因此土星强大的重力场很有可能直接捕获卡西尼号，使得卡西尼号坠入土星大气层，从而坠毁。2004年7月1日卡西尼号开始进入了土星轨道，扣人心弦的“最后一跳”。为了防止直接进入土星，卡西尼号开启了减速火箭，完成了一次长达96.4分钟的关键性减速，最终成功地进入了环土星轨道，人类历史上第一颗土星人造卫星就此诞生。[2]
土星近照▲
入轨后卡西尼号便迅速开始了它的工作，先是利用进入预定轨道的机会，冒着被土星环缝颗粒撞击的风险两次从土星光环中最宽的环缝穿越，对土星光环进行观测，然后在预定轨道熄火，开始对土星，土星卫星及土星光环进行近距离观测、拍照、测量等。
土星环近照▲
2005年1月，为了拍摄土卫六（泰坦）的地表照片，卡西尼号将携带的惠更斯号地表探测器送至土卫六。2005年1月15日惠更斯号径直降落到土卫六地表，并成功软着陆于土卫六表面。但由于土卫六地表非常寒冷，低于零下170摄氏度，使惠更斯号的能量迅速地耗尽，在九十分钟后便与地球失去了联系，永久地留在了土卫六。惠更斯号传回的数据使人类发现土卫六拥有和地球相似的地表。它对土卫六大气的第一次现场测量，确定了从1400公里高度到地面的大气压力、密度和温度。它的多普勒风实验(DWE)在大气中发现了强烈的东西向风，其中一些风的旋转速度比卫星本身还快。它揭示了为什么土卫六的大气中含有甲烷、氮气和微小的气溶胶，数量是多少，并在内部探测到地质过程和特征的迹象，如冰火山作用，以及潜在的大型地下海洋。
惠更斯号着陆意象图▲
从2004年卡西尼抵达土星环之后，就为我们展现了土星及其卫星的惊人景象，他的任务也延长了不止一次而是两次。他在土星上发现了土星极地六边形飓风，土星北半球出现的超级风暴，土星环固有的涟漪和“浮雕”结构等。
土星极地六边形飓风▲
土星北半球的超级风暴▲
土星环固有的涟漪和“浮雕”结构▲
卡西尼的探索也并不局限于土星，它在土星最大的卫星土卫六上发现了甲烷和乙烷湖，这是已知地球之外唯一存在的液体湖。卡西尼号不仅揭开了这些星球上的奇怪地貌，还在冰冷的土卫二南极发现了间歇泉现象，揭开了隐藏在冰冷地壳下的液体海洋。这些观测结果帮助我们确定太阳系中遍布拥有海洋的世界，生命可能在这些世界进化，甚至在远离太阳的星球上繁荣昌盛。
2013年的7月18日NASA发表了卡西尼在入轨后回望地球方向，并且第一次从外太阳系拍到了地球与土星的合影。这张照片是在土星阴影之下拍摄的，虽然土星环和大气层都被照亮，但从中能清晰看到一颗淡蓝色圆点状星球，这个小蓝点则是我们赖以生存的地球。放眼茫茫宇宙地球如沧海一粟，实在太渺小。
卡西尼拍到的地球▲
到了2017年，卡西尼已经入轨工作了12年之久。随着卡西尼的燃料即将耗尽，他的导航团队探索了卡西尼号飞船在燃料耗尽时几条可能的飞行轨道: 它可能永久围绕土星轨道运行，并且在未来几年继续为我们发送回土星的信息。它也有可能冲进土星环，让我们了解其中的景象。它也有可能坠毁到土星的一颗卫星上，或者离开土星飞往另外一颗巨大的星球或外层太阳系的古怪小行星。
为防止他坠入土星的卫星，保护存在生命迹象的土星卫星不受碰撞污染，NASA决定采取受控撞击土星的方式来结束“卡西尼”的一生。这也给“卡西尼”提供了一次发挥余热、深入到一般探测器不敢接近的高度实施探测的独特机会，可以首次获得土星电离层和热层的温度、磁场和等离子体密度等科学数据。
2016年11月30日卡西尼开启了倒数第二项任务，进入新轨道——「掠环轨道（Ring-Grazing Orbit）」，并于2016年12月4日首次从土星环所在的平面穿过。所谓「掠环轨道」，指的是卡西尼号在土星F环边缘从土星环所在的平面穿越而过。这一任务阶段将持续到2017年4月22日，卡西尼号将共计完成20次「掠环轨道」。在此期间，卡西尼号不仅可以进行采样分析，还能以前所未有的视角对土星进行拍摄。
在2017年4月22日完成「掠环轨道」任务后，卡西尼号将最后一次掠过土卫六，并借助其引力修正轨道，于4月26日进入最后一个任务阶段。届时，卡西尼号将从土星和其最内侧的环（D环）之间穿越22次。下图中灰色的曲线为卡西尼号的掠环轨道，蓝色曲线为卡西尼号的大结局轨道，橙色曲线则为卡西尼号坠向土星的轨道。
卡西尼号任务尾声的轨道图▲
2017年9月13日上午3:53，卡西尼号任务工程师Michael Staab向飞船下达了最后的指令。尽管卡西尼号飞船的路线已经设定，最后一系列指令确定了它的命运。在卡西尼号飞船毁灭数小时前，Staab笑着说：“我是个无情的工程师。”
从1997年发射到2017年，20年的时间卡西尼号飞行了2.2亿英里，执行了240万次命令，拍摄了379300张照片，发现了10颗卫星，传回了599GB数据，科学家从这些数据中研究发表了3616篇论文。时至今日，我们对土星的了解几乎全部来自于卡西尼的观测。
最终，太平洋时间2017年9月15日凌晨4时55分（北京时间9月15日19时55分），“卡西尼号”的信号消失，这意味着这颗探测器在83分钟前于高压和高温下蒸发殆尽，完全投入土星的怀抱。这也标志着“卡西尼号”土星探测任务的结束。NASA在场人员始终平静地监控信号直到最后一刻，在现场负责人宣布信号消失后，全体起立鼓掌欢送这位英雄。
卡西尼这一生对土星的探索，不仅向人类揭示了土星不为人知的秘密，同时也向人类展示了宇宙的神奇。作为一个孤独的勇士，如果卡西尼有思想，不知道当他最后回望地球的时候该是怎样的心情，也许他知道人类对他的牵挂，希冀，与赞许，也许他会为自己短暂的一生感到悲凉，我想更多应的该是视死如归的悲壮。也许有一天，会有更多的探测器拜访“卡西尼的新家”，沿着先行者的足迹，走过他所走过的地方，经过他所经历的故事，开启人类探索宇宙新的征程。
-THE END-
注释:
引力弹弓效应：美国数学家米诺维奇的研究表明，当航天器靠近一颗行星的时候，会被它的引力所吸引。由于行星本身也在以很高的速度绕着太阳旋转，它就会拖着航天器和它一起跑，从而把自己的速度也传给航天器。这样一来，只要航天器不被行星捕获，它就能获得行星提供的额外速度，从而以比原来大得多的速度被抛射出去。
图文编辑：吴彦强
免责声明：
本文引用一些文章内容及作者的观点：
引文来源：
[1]《“三体问题”开启的卡西尼之路》
https://www.sohu.com/a/192715591_465226
[2]《太空13年之旅“卡西尼号”在土星发现了什么》
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1671935234895948736&wfr=spider&for=pc
[3]《卡西尼号传回进入新轨道后拍摄的首批土星照》https://www.sohu.com/a/121007645_341698
图片来源于网络
视频来源于：https://solarsystem.nasa.gov/resources/17628/cassinis-grand-finale/
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