卡西尼號:在土星環看見宇宙

To boldly go where no man has gone before. – Star Trek

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卡西尼號穿越土星與土星環之間時拍攝的土星表面大氣情況,可見一巨型風暴。Image courtesy of NASA.

地球時間2017年4月26號,環繞土星運行的卡西尼太空深測器,勇敢到達前人未境之地,穿越了土星與土星環之間。

這次俯衝,展開了卡西尼號最後任務的序幕。接下來幾個月,卡西尼號每6日都會俯衝土星與土星環之間一次。2017年9月15號,卡西尼號就會直接衝進土星大氣層,完成長達20年的任務。卡西尼號將會沿途收集土星數據,即時傳送回地球,直至土星大氣將卡西尼號壓碎一刻。

1997年10月15號升空的卡西尼號曾兩度探訪金星,借助金星重力使出天體力學絕技「重力助推」,金星重力就好像彈弓把卡西尼號彈射飛向外太陽系。然後它又掠過月球和地球、小行星2685以及木星,然後於2004年7月1號進入環繞土星軌道。

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卡西尼號拍攝的土星環。Image courtesy of NASA.

卡西尼號並非隻身探險,它身上帶著另一個探測器惠更斯號。2004年12月25號,惠更斯號與卡西尼號分離,並於2005年1月14號成功降落土衛六泰坦。惠更斯號把泰坦上拍攝的影像和所有科學數據傳送上卡西尼號,然後由卡西尼號傳回地球。這是史上首次降落於外太陽系天體的任務。

公元1655年,荷蘭天文學家克里斯蒂安・惠更斯(Christiaan Huygens, 1629-1695)提出,伽利略在1610年觀察到的土星「耳朵」其實是個環。惠更斯使用自製的折射望遠鏡發現了泰坦,繼伽利略發現木星衛星後首次觀察到其他行星的衛星。

1671年,法國天文學家喬凡尼・卡西尼(Giovanni Domenico Cassini, 1625-1712)發現了土衛三、土衛四、土衛五和土衛八。卡西尼也發現了土星環的一條主要縫隙,現在我們稱之為卡西尼環縫。因為卡西尼和惠更斯對土星的觀察和研究貢獻,他們成為了土星天文研究的代名詞。

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卡西尼號拍攝的土星全貌照片「The Day The Earth Smiled」。右下角的一點,就是地球。那天,卡西尼號拍下了地球的微笑。Image courtesy of NASA.

過去20年,卡西尼號收集了非常豐富的科學數據,使愚蠢的人類眼界大開。透過卡西尼號的眼睛,我們發現了土星7個新的衛星,更親眼目睹一個新衛星正在土星環之中形成;我們看見了泰坦上的液態烷河流;我們看見了30年一次的土星巨型風暴「大白班」狂暴地釋放輻射;我們看見土星極地的六邊型旋渦;我們發現土衛二南極地底可能有液態水海洋存在。還有更多、更多。

人類從12億公里外看見了地球,看見了我們自己。看見了人類在廣闊宇宙裡如何渺小、探索宇宙的夢想又如何偉大。

謝謝大家/那麼守時/來到這兒
我在土星的演唱會/現在開始
只要讓我在/土星環的基地
看你/看你/看到你
——《土星環》

謝謝您們,卡西尼號、惠更斯號,再見了。

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卡西尼號最後任務的軌道。Image courtesy of NASA.

延伸閱讀:

NASA卡西尼號最後任務網頁

封面圖片:卡西尼號拍攝的土星 (NASA)

新視野號探索冥王星

小時候,我們學習太陽系有九大行星,最裡面的是水星,地球排第三,最外面的是冥王星。在 2006 年,國際天文聯會在一人一票、沒有篩選的過程下,表決把冥王星從行星的地位移除,列入新定義的天體「矮行星」之一。

一直以來,我們對冥王星所知不多,只知道它很小,半徑只有大約 1,160 公里 (少於地球的 20%)、質量只有地球的 0.2%,需要大概 247 年才環繞太陽運行一圈。由於離開太陽很遠,它的平均表面溫度只有約攝氐零下 230 度。

縱使如此,其實冥王星並不孤單,因為其已知的衛星已有 5 個之多。不過,到今天為止,仍未有人造探測器到訪過冥王星。然而,NASA 的新視野號 (New Horizons) 將在一個月內抵達這顆曾經的行星,人類即將開始首次的近距離冥王星探索。

新視野號在 2006 年升空,利用地日系統的重力助推效應 (gravity assist) 以破紀錄的秒速 12.26 公里 (即用 1 秒多就能橫越香港島) 飛向外太陽系。新視野號探訪過小行星 132524 APL 和木星後,在 2007 年利用木星重力加速向冥王星的軌道前進。經過 9 年的太空飛行,新視野號預計會在 7 月 14 號經過最接近冥王星、離其表面約 12,470 公里高的位置。

為了抵達這個預定的位置,NASA 在本月 12 和 13 號發送了指令給新視野號,令其在 14 號進行了一次 45 秒長的軌跡調整。傳送回地球的資料顯示新視野號一切機能皆正常,控制中心現正分析其軌跡數據,可能會再次發送指令調整軌跡。

因為新視野號現在的位置離地球 47 億 4 千 7 百萬公里,連光線也要 4 個半小時才能到達,所以指示新視野號的指令必須經過精密計算、預早傳送,才能確保新視野號能在準確的時刻執行指令。 這個距離,如果用現時民航飛機的速率,大概要飛 167 年。

從地球發射探測器到這麼遠的距離,飛了差不多一個年代,最終能夠如期與這麼細小的冥王星相會,證明了科學為何如此重要:因為 it simply works!這個準確度,好比射十二碼時把龍門的大小縮至僅僅比足球的直徑闊 10 個氫原子左右。

新視野號配備「紅外線成像光譜儀」Ralph,能夠測量冥王星的顏色、溫度、成份;「紫外線成像光譜儀」Alice 能夠分析冥王星的成份和結構、並會嘗試找尋其衛星 Charon 的大氣;「射電科學實驗儀」REX 會分析冥王星大氣的成份和溫度;「長程偵察成像儀」LORRI 是一個望遠鏡式相機,在接近冥王星途中拍攝照片,有助分析新視野號的軌跡,也能夠提供高解像度的冥王星地質數據;「冥王星附近太陽風探測器」SWAP 會分析太陽風對冥王星的影響;「冥王星高能粒子光譜科學調查儀」PEPSSI 會測量逃離冥王星大氣的離子的成份和密度;而最特別的、由學生製造及操作的「學生塵埃計」 SDS 負責測量由地球到冥王星旅程中附在新視野號身上的宇宙塵埃量,有助了解太陽系的塵埃分佈。

新視野號除了是人類太空探索的一個里程碑外,也是太陽系行星科學的一個重要儀器。它所提供的數據不但有助天文學家了解太陽系外圍天體,也將是研究太陽系如何形成和演化的重要資料。

探索遙遠的太空,卻能夠解開關係地球起源的祕密。誰說科學不狂野、不浪漫?

延伸資料:

NASA 的新視野號主頁:http://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/main/index.html

NASA 的新視野號紀錄片 (長達 58 分鐘,正啊喂):

*封片圖片來源:NASA