Saturn, jeden z czterech gazowych gigantów, jest szóstą planetą Układu Słonecznego. Jego zachwycające pierścienie i liczne księżyce od zawsze intrygowały i budziły ciekawość badaczy. Misja Cassini-Huygens ma na celu poznanie sekretów, jakie kryje ta piękna planeta.
Saturn, jeden z czterech gazowych gigantów (obok Jowisza, Urana i Neptuna), jest szóstą planetą Układu Słonecznego. Z masą 95 razy większą niż masa Ziemi waży 5,684 60×1026 kg. Co ciekawsze, jego gęstość jest niższa niż gęstość wody i wynosi zaledwie 0,71 g/cm3. Saturn jest więc jedyną planetą naszego układu, która unosiłaby się na powierzchni wody. Nie jest to jednak jedyna zaskakująca właściwość giganta. Obserwowany już w starożytności, dobrze widoczny dzięki wysokiemu współczynnikowi odbijalności światła słonecznego, zawsze zachwycał obserwatorów. Szczególnie swoimi księżycami (jak dotąd odkryto ich 60!) oraz nurtującymi badaczy pierścieniami.
Dostrzec pierścień
Pierwszych poważniejszych obserwacji Saturna dokonał Galileusz w 1610 roku. On pierwszy zauważył pierścienie – mówił, że planeta posiada „jakby ucho”. Ostatecznie uznał, że są to księżyce planety, które pojawiają się po obu jej stronach. Dopiero Christian Huygens w 1655 roku, rozpoznał, że mogą to być pierścienie. Odkrył on ponadto Tytana – największy księżyc Saturna (jest on większy nawet od planety Merkury). Obserwacje pierścieni potwierdził inny astronom - Jean-Dominique Cassini (znany też jako Giovanni Domenico Cassini). Wskazał, że składają się one z drobin skał. Odkrył także kolejne księżyce – Iapetusa, Rheę, Tethys, i Dione. W 1675 roku Cassini dostrzegł również przerwę między pierścieniami, znaną dziś jako Przerwa Cassiniego.
Innymi zjawiskami, wciąż zgłębianymi przez naukowców jest duża magnetosfera i atmosfera Saturna. Wytwarzają one potężne burze i wiatry wiejące nawet z prędkością 1800 km/h. To właśnie wiatry w połączeniu z wysoką temperaturą wnętrza planety są przyczyną złotych pasów, które widzimy w jego atmosferze. Nieustannie zaskakują również badania Tytana. On również jest ciekawostką w Układzie Słonecznym – jako jedyny księżyc posiada gęstą atmosferę, w której mogą unosić się chmury i padać deszcze metanu.
Misja długodystansowca
Cassini na tle Saturna. Wizja artysty. Źr. NASA/ESA.Wszystkie te elementy „zagadki Saturna” sprawiły, że badacze postanowili bliżej przyjrzeć się tej części kosmosu. Pomysł wysłania sondy, by zbadała układ Saturna, pojawiał się już w latach 50. i 60. XX wieku, ale szczególnym impulsem do realizacji takiego projektu było wiele niejasności, jakie powstały po analizie danych otrzymanych z mijających Saturna próbników Pioneer 11, Voyager 1 i Voyager 2. Celem odpowiedzi na zaistniałe pytania opracowano projekt „Cassini-Huygens”, uznawany za najambitniejszą kosmiczną planetarną misję badawczą jaką dotąd uruchomiono. Nazwę zawdzięcza wspomnianym badaczom, którzy położyli fundamenty obserwacjom gazowego olbrzyma.
„Cassini-Huygens”, dzieło trzech agencji kosmicznych: amerykańskiej NASA, europejskiej ESA i włoskiej ASI, we współpracy z blisko 20 państwami (także Polską) jest największą sondą, jaką z sukcesem wystrzelono w kosmos. Ma on 6.9 metra długości, 4 metry szerokości, a w dniu wystrzelenia ważył niemal 6 ton. Do zasilania sondy nie można było użyć paneli słonecznych, ponieważ w okolice Saturna dociera stokrotnie mniej promieniowania słonecznego niż do Ziemi, dlatego też 2/3 całkowitej masy sondy stanowiło paliwo niezbędne do pracy silników służących do wprowadzenia Cassiniego na orbitę wokół Saturna i do manewrów podczas kilkuletnich badań planety i jej otoczenia. Sondę wyposażono w trzy anteny: główną o 4 m średnicy i dwie mniejsze anteny pomocnicze. Maksymalna szybkość transmisji danych sięga 250 kilobitów na sekundę. Łączność z Cassinim zapewniają radioteleskopy m. in. z Kalifornii, Australii i Hiszpanii, natomiast dane wysłane przez sondę potrzebują od 68 do 84 minut (zależy to od aktualnej odległości między planetami) aby dotrzeć na Ziemię. Niezbędną do zasilania aparatury naukowej i wszystkich urządzeń sondy energię elektryczną generują trzy izotopowe ogniwa termoelektryczne. Dostarczają moc niemal 700 watów, a ich paliwem jest promieniotwórczy pluton. Wszystko to nie mogło jednak samo wylecieć w kosmos. To niezwykle zaawansowane urządzenie w przestrzeń kosmiczną z Przylądka Canaveral wyniosła 15 października 1997 roku rakieta TitanIVB/Centaur.
Cel osiągnięty
Cała sonda Cassini składa się w zasadzie z 2 członów: orbitera Cassini i próbnika badawczego Huygens. Ten drugi już spełnił swoje zadanie na powierzchni Tytana. Po siedmiu latach podróży Cassiniego do Saturna, próbnik odłączył się od orbitera 24 grudnia 2004 roku, a 20 dni później 320 kilogramowy Huygens przy pomocy wielkich spadochronów osiadł na Tytanie. W czasie 2,5-godzinnego opadania na powierzchnię księżyca i po wylądowaniu, dane naukowe próbnik przekazywał swojej macierzystej sondzie Cassini. Wśród stanowiących jego wyposażenie urządzeń był czujnik temperatury stworzony w polskim Centrum Badań Kosmicznych w Warszawie. Na miejscu Huygens prowadził badania przez 90 minut, po czym zamarzł. Pracował dłużej niż przewidywano i było to miłym zaskoczeniem. Wszystkie zebrane przez próbnik informacje – zdjęcia, pomiar siły wiatrów, budowy chmur i składu atmosfery Tytana, pomiary temperatur i badania fizycznych właściwości powierzchni na jakiej osiadł Huygens, Cassini przesłała na Ziemię, powiększając pulę danych do dokładnego przeanalizowania. Jednym z naukowców pracujących nad misją Cassini jest dr Linda Spilker. Uważa ona, że powodzenie lądowania Huygens'a stanowiło najistotniejszy element projektu Cassini. „Bez wątpienia, miejscem, które poznaliśmy najlepiej, a przynajmniej jego powierzchnię, jest Tytan”, stwierdza dr Spilker. „Pojawiły się również niespodzianki – myśleliśmy, że Tytan pokryty jest ciekłymi morzami, a odtąd wiemy, że jest tak jedynie na biegunach” - dodaje.
Lądowanie próbnika Huygens - wizja artysty. Źr. NASA/ESA.Sam orbiter Cassini ma się świetnie do dziś. Nieustannie przetwarza dane zbierane podczas podróży na orbicie Saturna. Na jego wyposażeniu znajduje się wiele skomplikowanych instrumentów, takich jak: zaawansowane systemy obrazowania, spektrometry światła widzialnego i podczerwonego, analizator pyłu kosmicznego, odbiorniki fal radiowych, spektrograf działający w zakresie UV, zaawansowane magnetometry. Nadal sprawnie pobierają różne informacji i dostarczają je do centrów badawczych na Ziemi. Nad danymi przesyłanymi codziennie przez sondę pracuje ponad 250 naukowców z całego świata.
Zadania naukowe jakie postawiono przed Cassinim to przede wszystkim:
- badania magnetosfery (m.in. pola magnetycznego oraz jego relacji z wiatrami słonecznym, oraz pierścieniami i księżycami) i systemu grawitacji Saturna,
- badania struktury Saturna, jego atmosfery, pierścieni i księżyców (uwzględniające skład pierwiastkowy, fotochemię, meteorologię, problemy cyrkulacji materii, itp.),
- stworzenie przy użyciu radarów mapy powierzchni Tytana,
- fotografowanie obiektów w promieniach UV, w podczerwieni i zwykłym świetle,
- pomiar energii UV pochodzącej z atmosfery, powierzchni i pierścieni Saturna,
- badania lodu i pyłu kosmicznego w systemie Saturna.
Księżyce i pierścienie...
Dziś, po niemalże 10 latach pracy sondy Cassino, nasza wiedza o systemie Saturna znacznie się poprawiła. Gdy misja ta startowała, wiedzieliśmy jedynie o 18 księżycach Gazowego Giganta. Podczas siedmioleniej podróży do systemu Saturna sonda pomogła odnaleźć kolejne, zwiększając liczbę znanych nam satelit tej planety do 35, które już nazwano. Później poznano 20 dalszych, jeszcze nienazwanych. To kolejne niesamowite niespodzianki, jakie przyniosła nam misja Cassini-Huygens. Odkryto także właściwości samych księżyców – np. gejzery wodne na księżycu Enceladus, które zaopatrują w wodę i lód jeden z pierścieni Saturna. Gejzery te świadczą także o geologicznej aktywności Enceladusa, negując wcześniejsze przypuszczenia, że jest on martwy tak jak inny z księżyców – Mimas.
Saturn w obiektywie Cassini. Źr. NASA/ESA.Znacznie bardziej skupiające uwagę niż księżyce, są saturnowe pierścienie. To one poruszały wyobraźnię i stanowiły przedmiot wielu badań. Niesamowicie cienkie, zbudowane z drobnych brył o wymiarach metrowych i centymetrowych, a przy tym rozciągające się na płaszczyźnie ponad 480 000 kilometrów, zbudowane są z miliardów cząsteczek lodu i drobin skał, krążących wokół planety na wysokości nieco powyżej jej równika. Ich budowa ciągle jest badana. Wiemy, że doskonale odbijają światło słoneczne, gdyż są pokryte lodem. Wielu badaczy zastanawia się w jaki sposób powstały – współcześnie uważa się, że są wynikiem rozpadu jakiegoś ciała w pobliżu planety (być może planetoidy lub satelity Saturna). Nie wiadomo też jak długo można je będzie podziwiać... Pokazują jednak z jak olbrzymią precyzją pracuje grawitacja i przyciąganie – mimo tak wielu cząsteczek, każda podąża swoim torem nie zderzając się z innymi.
Oprócz informacji o pierścieniach i księżycach „Władcy Pierścieni”, wiemy więcej o nim samym. Wielkie burze i sztormy, wiatry wiejące z niesamowitymi prędkościami to tylko niektóre z badanych zjawisk. Wiemy również jak długo trwa na Saturnie doba – ostatnie obliczenia podają czas 10 godzin 32 minuty i 35 sekund (są to uśrednione dane z badań sond Voyager, Pioneer oraz najnowszego badania sondy Cassini). Dla „zwykłych śmiertelników” istotniejsze są jednak wspaniałe fotografie jakie udało się zrobić sondzie Cassini. Tak dokładnych zdjęć planety widzianej pod różnymi kątami i całego jej systemu, w różnych konfiguracjach wcześniej nigdy nie uzyskaliśmy.
Jak dotąd misja Cassini-Huygens przebiega niemal perfekcyjnie. Zaplanowano blisko 80 okrążeń planety, po różnej wielkości i różnie nachylonych orbitach. Jako datę zakończenia misji podano 1 sierpnia 2008 roku, jednak już teraz planuje się jej przedłużenie o 2 lata. Wtedy też można będzie zaryzykować bardziej skomplikowane manewry jak np. zbliżenie się do pierścieni, lub ewentualne ich przecięcie. Pewne jest natomiast to, że nawet gdy misja zostanie zakończona, na połączenie wszystkich zebranie danych i ich przeanalizowanie naukowcy mogą potrzebować nawet 20 lat. Nam jednak nie pozostaje nic innego jak czekać i zachwycać się kolejnymi pięknymi zdjęciami. A oglądając już te udostępnione przez NASA, bez wątpienia uświadomimy sobie jak niesamowity jest otaczający nas Wszechświat...
Przemysław Goławski
POSŁUCHAJ AUDYCJI - mp3 (15,96 MB)
