卡西尼号等离子体分光计CAPS:用于探测土星的电离层和磁场
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发布时间：2023-01-03 02:12
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时间：2023-01-23 02:25
“卡西尼号”是美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局等机构合作的一个国际空间探测计划，主要任务是对土星系进行空间探测。“卡西尼号”探测器以法国天文学家卡西尼的名字命名，其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。
“卡西尼号”是人类进入空间时代以来最大型国际合作课题之一，参加“卡西尼号”计划的国家共有17个。1997年10月，“卡西尼号”星际探测器被发射到飞往土星的轨道，成为人类二十世纪最后一艘行星际探测的大飞船。“卡西尼号”探测器直径3米，高7米，重6.4吨，携带了27种最先进的科学仪器设备。它还携带了探测土星最大卫星—土卫六的探测器“惠更斯号”。
1997年10月，重六吨的卡西尼号星际探测器被发射到飞往土星的轨道。这是二十世纪最后一艘行星际探测的大飞船。
参加卡西尼号计划的国家一共有17个，它是人类进入空间时代以来最大国际合作课题之一。卡西尼号直径3米，高7米，重6.4吨，携带了27种最先进的科学仪器设备。
研发背景
腾讯太空讯 据国外媒体报道，卡西尼探测器接近勘测任务尾声，8月17日，是该探测器第五次掠过土卫四表面，距离这颗卫星474公里。
科学家将通过高分辨率成像设备拍摄土卫四表面陨坑，进一步勘测其引力场，揭晓卫星内部的详细状况。同时，科学家将获得土卫四表面高分辨率光谱数据，红外设备将绘制地图，呈现土卫四具有的“热量异常现象”。
虽然17日卡西尼探测器近距离接近土卫四，但这并不是该探测器最接近这颗卫星。2011年，卡西尼探测器运行至距离土卫四表面100公里处，观测到令人惊异的地质活跃性，可能是*山活动的证据。目前，任务科学家非常期待第五次土卫四勘测任务，这将是揭晓土卫四神秘面纱的最后机会。
卡西尼探测器科学研究小组成员邦妮-布拉蒂(Bonnie Buratti)说：“土卫四充满了谜团，潜在着地质活跃过程，其中包括：短暂大气层和*山，但迄今为止未发现确凿证据，第五次飞越土卫四将是最后一次勘测机会。”
卡西尼号
400年前，意大利科学家伽利略在人类 历史 上第一次把望远镜对准了天空中的星星，把古老的天文学推进到了一个全新的时代。伽利略在用望远镜观测土星的时候，发现土星的圆面两侧有好像人耳朵一样的东西。1659年，荷兰科学家惠更斯在经过更精细的观测之后确定，土星的这两个像耳朵一样的东西，实际上是连在一起的，是一个环绕土星的扁平圆环。
卡西尼出生在意大利，后到法国，担任巴黎天文台首任台长。1675年，他在对土星光环进行观测时，发现在这个光环的中间有一条黑暗的缝隙，把光环分为内外两部分。后来，天文学家就把这条缝隙称为卡西尼环缝。
1989年10月18日，美国和欧洲合作发*“伽利略号”太空探测器。1995年12月7日，“伽利略号”进入绕木星飞行的轨道，开始对木星和木星的四颗大卫星进行科学研究。当年，正是伽利略用望远镜发现了这四颗木星卫星。把太空探测器取名为“伽利略号”，就是为了纪念伽利略号的这一发现。
受到“伽利略号”成功的鼓舞，美国和欧洲进一步合作，又研制了一个飞向土星的太空探测器，并且为了纪念卡西尼当年发现土星光环的环缝，就把这颗太空探测器取名为“卡西尼号”。
参加“卡西尼号”土星探测计划的国家一共有17个，它是人类进入空间时代以来最激动人心的大型国际合作课题之一。“卡西尼号”直径3米，高7米，重6.4吨，携带了27种最先进的科学仪器设备。“卡西尼号”还携带了一个专门用于探测土星最大卫星土卫六的探测器，取名为“惠更斯号”。
名称来源
卡西尼（Giovanni Domenico Cassini,1625–1712），天文学家。1625年6月8日生于意大利佩里纳尔多,1712年9月14日卒于法国巴黎。
卡西尼一生对天文学贡献良多，其中包括发现土星的四颗卫星—土卫五（Rhea）、土卫八（Iapetus）、土卫四（Dione）和土卫三（Tethys），又观测火星、木星的自转及土星环的结构，1666年他测定火星自转周期为24小时40分（误差约3分）；1668年公布第一个木星历表。1679年发现土星光环中的一道暗缝，后称“卡西尼环缝”（Cassini's Division）。1683年起，他系统观测和研究了黄道光(zodiacal light），是最早有系统地观察研究黄道光的人。
另外，他还计算出地球跟火星间的距离，又精确地推算出地球与太阳间的距离。
探索 历程
“卡西尼号”在北京时间1997年10月15日16时43分发射升空。如果仅仅依靠火箭的推力直接飞向土星，并要求它像现在这样在7年之内飞到土星，那么使用的燃料决不能少于70吨。然而，人类至今还不能制造出可以携带这么多燃料的火箭。因此，“卡西尼号”采用了与“伽利略号”类似的办法，借用行星的引力即引力弹弓效应来加快速度。
“卡西尼号”发射后，首先于1998年4月在距金星284千米处飞掠，利用金星引力获得加速。之后，它绕太阳一圈，于1999年6月再次在距金星600千米处飞掠，获得金星引力的第二次加速。同年8月，“卡西尼号”在距地球1171千米处飞掠，被地球引力再次加速。
“卡西尼号”第二次离开地球后，才飞往太阳系的外层。2000年12月，它在距木星约1000万千米处飞掠，获得了木星引力的加速。这时，它的速度超过了每秒30千米。然后，它才向目的地土星飞去。
土星离开地球的距离，最近时不到13亿千米，最远时也不超过16亿千米，然而“卡西尼号”由于采用了上述迂回的飞行路线，飞往土星的行程长达35亿千米。不过，磨刀不误砍柴功，飞行的时间并没有因此增加，而燃料却大大节省了。
“卡西尼号”太空探测器在经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行之后，于北京时间2004年7月1日12时12分按计划顺利进入环绕土星转动的轨道，开始对土星大气、光环和卫星进行历时4年的科学考察。
“卡西尼号”的任务之一就是对土星的光环进行探测。尽管它初来乍到，然而入轨过程本身，就是在预期4年的探测运行中一个绝好的与土星距离最近的机会，它与土星表面云层顶部的距离最近时只有大约2万千米。科学家自然不会放过这个机会开展对土星光环的探测，因此在它入轨的过程中安排了两次穿越土星光环。
“卡西尼号”是从F环和G环之间的缝隙穿越土星光环的。这道环缝是土星光环中最宽的一道环缝，宽达3万千米。环缝中，仍然可能弥漫着一些微粒。“卡西尼号”从环缝中穿过，如果有微粒撞击到它的要害部位或者携带的科学仪器，将有可能造成非常坏的后果。为此，“卡西尼号”在穿越土星光环之前，首先调整姿态，转身180度，把原来位于尾部朝向地球的直径4米的盘状天线，转到前进方向，成为对付环缝中微粒的“盾牌”。
9时11分，“卡西尼号”调整姿态。10时08分，它开始从光环下面穿越光环；10时11分，它到达光环上方，穿环成功。然后，它再把身子转回来，让发动机的喷气管朝向前方，以便点火后形成减速阻力。10时21分，“卡西尼号”再次转身成功；10时36分，发动机点火，“卡西尼号”开始减速。在土星引力的作用下，减速后的“卡西尼号”转过一个大弯，逐渐进入预定的运行轨道。
12时12分，“卡西尼号”的发动机熄火。这时，它已由原来的飞向土星的路线完全转到环绕土星运行的轨道。然后，它开始对土星和土星光环进行近距离的探测，包括用磁力计测量土星磁场的强度和方向，检测穿越光环时所碰到的微粒大小和光环厚度，以及估测光环的组成、温度和结构。
13时32分，“卡西尼号”再次调整姿态；13时58分，它再次穿越光环，从光环上方回到光环下方。然后，它把盘状天线转到朝向地球方向，进入正常运行状态。
“卡西尼号”在环绕土星运行的4年中，将近距离地纵览土星全貌，对土星和它众多的卫星进行全面考察。
“卡西尼号”从2004年1月起，就开始拍摄土星家族全面、完整的照片。“卡西尼号”携带的照相机，比哈勃太空望远镜上的同类照相机性能更好。
在临近入轨之前，2004年6月11日，它对土卫九进行了探测，拍摄了这颗卫星极其清晰的照片。土卫九是土星距离最远的一颗卫星，半径110千米，科学家猜想它是被土星俘获的一颗小行星。“卡西尼号”在离开它2000千米处经过，对它的质量和密度进行了测量。
2005年2月17日，“卡西尼号”将在离开土卫二1179千米处经过，而同年3月9日，距离更近到499千米。土卫二半径250千米，表面非常明亮，几乎能反射百分之百的阳光。科学家怀疑它的表面是光滑的冰层，“卡西尼号”将探测它的磁场，以判断它的表层下面是否有含盐分的水存在。
2005年4 9月，“卡西尼号”的轨道将从土星赤道面改变到与这一平面成22度夹角，居高临下对土星光环和大气进行测量，进一步探测光环结构、组成光环的物质粒子和土星大气物理特性。
2005年9 11月，“卡西尼号”将逐个接近土卫四、土卫五、土卫七和土卫三，分别对它们进行观测。土卫四半径560千米，土卫五半径870千米，它们的外表很像我们的月亮，密布环形山。土卫七位于土卫六与土卫八之间，形状不规则，最长处直径175千米，很像一颗小行星。土卫三半径530千米，密度和水一样，很可能是一个冰球。
2006年7月到2007年7月，“卡西尼号”将系统地监视和拍摄土星、土星光环、土星磁层的图像。2007年7 9月，它将再次拍摄土星及其家族的影像，并在9月10日到距离土卫八约1000千米处对土卫八进行观测。土卫八半径为720千米，其表面一面颜色很暗，另一面却接近白色，很为奇特。
2007年10月到2008年7月，“卡西尼号”将进一步增大轨道与土星赤道平面的夹角，最后达到75.6度。这样，“卡西尼号”就能更好地观测土星的光环，测量远离土星赤道平面处的磁场和粒子、监视土星的两极地区和观测土星极光现象。其间，在2007年12月3日和2008年3月12日，它将两次接近土卫十一，分别在离开土卫十一6190千米和995千米处对这颗卫星进行观测。
2015年8月17日，是该探测器第五次掠过土卫四表面，距离这颗卫星474公里。
在离开地球近20年后，该探测器于2017年4月26日正式进入任务“大结局”，首次在土星和土星环之间穿越，近距离观测土星。
北京时间2017年9月15日，卡西尼号土星探测器燃料将尽，科学家控制其向土星坠毁，北京时间19:55，卡西尼号与地球失去联系，它进入土星大气层燃烧成为土星的一部分。“卡西尼号”的任务至此结束。
2019年1月，美国研究人员利用“卡西尼”土星探测器此前发回的数据最新测算得出，土星上一天的时长是10小时33分38秒，比20多年前的测量值短了约6分钟。
2021年8月16日，英国《自然·天文学》杂志发表的一篇论文指出，科学家的深入分析结合美国国家航空航天局（NASA）的“卡西尼”号土星探测器的数据显示，土星有一个缺乏清晰边界的弥漫核，核的大小一直延伸至土星半径的约60%，这显然远远大于之前的估算。
设备组成
“卡西尼号”等离子体分光计（CAPS)：用于探测土星的电离层和磁场。
卡西尼号
宇宙尘埃分析仪（CDA)：用于探测土星附近的宇宙尘埃。复合红外分光计（CIRS)：用于测量被测物体的温度和成分。
离子和中性粒子质谱仪（INMS)：用于探测土星附近的离子和中性粒子。
成像科学子系统（ISS)：用于拍摄照片。
双重技术磁场强度计（MAG)
磁场成像仪（MIMI)
无线电探测和测距仪（RADAR)
无线电波和等离子体波科学仪器（RPWS)
无线电科学子系统（RSS)
紫外成像摄谱仪（UⅥS)
可见光和红外线测绘分光计（ⅥMS)
“卡西尼号”携带有"惠更斯"号的探测器，它在充满液态甲烷的土卫六上登陆。"惠更斯"在土卫六工作24小时，重点探测土卫六上可能存在的生命迹象.土卫六是科学家认为的太阳系除地球外最有可能存在生命的星球.它是土星最大的"月亮"，叫作泰坦。
探测任务
随着“卡西尼”号飞船成功进入土星轨道，太阳系第二大行星周围首次多出了一颗人造“卫星”。“卡西尼”号的探测被认为是迄今实施的最为复杂的行星际探测计划，它为期至少4年的近距离观测，不仅将加深科学家对土星的了解，也有助于揭开地球和生命形成的秘密。
4年中围绕土星运行76周
