Veteranska sonda Cassini odšla v zgodovino

"Veliki finale"
Aljoša Masten|15.09.2017 ob 06:18
Ljubljana - MMC RTV SLO
Vizualizacija razpada Cassinija v ozračju Saturna. V ozadju prstani. Foto: NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech

Ena najuspešnejših vesoljskih raziskovalnih sond sploh, Nasin Cassini, je s potopom v smrtonosno atmosfero Saturna končala 20-letno delovanje. Uničujoče sile ozračja je zdržala dvakrat dlje od pričakovanj.

S tem je konec ene najplodovitejših vesoljskih misij sploh. 2,5-tonska naprava je od izstrelitve leta 1997 po vesolju prepotovala več kot 8 milijard kilometrov, planet Saturn obkrožila skoraj 300-krat, odkrila sedem novih lun, ujela čist medzvezdni prah, zagotovila za slabih 700 gigabajtov znanstvenih podatkov, iz katerih je (in še bo) nastalo več kot 4.000 znanstvenih člankov, v njih pa kup prelomnih in dragocenih odkritij.

Lahko bi še dolgo delovala, saj je bila strukturno zasnovana kot naslednica slavnih Voyagerjev, Pioneerjev in Marinerjev, torej sond, ki so (in ki nekatere še) presegale časovne ter daljinske rekorde. A pri Nasi so jo bili prisiljeni uničiti. Zmanjkovalo ji je potisnih kemikalij za spreminjanje smeri, znanstveniki niso hoteli, da nenadzorovano trči v katero od Saturnovih lun in jih kontaminira. Nekaj izmed njih spada med najverjetnejše položaje v Osončju, kjer bi morda še lahko odkrili življenje.

Uničenje malo po poldnevu
Uničenje je bilo zadnje dejanje, vrhunec dogajanja, ki se je vleklo že od aprila letos. Takrat se je namreč začela serija drznih obletov, "veliki finale" poimenovana. Spomladi je Cassini obletel luno Titan, ta pa ga je s svojo težnostjo vrgla v nepovratno zaporedje tirnic, ki so se druga za drugo vse bolj spuščale proti Saturnu. 22 približno tedenskih se jih je nabralo, zadnja ta petek, opisuje Nasa v sporočilu za javnost.

Cassini je v atmosfero Saturna vstopil ob 13.53, torej minuto pred načrtovanim koncem. Takrat je s hitrostjo 122.500 kilometrov na uro (relativno na planet) udaril v "najprijaznejši" del ozračja, Saturnove vršace kakšnih 1.900 kilometrov nad oblaki, ki planetu dajejo značilne barvne vzorce in kjer tlak znaša približno toliko, kot na Zemlji pri morski gladini (1 bar). Vstop je bil na dnevni, osvetljeni strani Saturna, približno na 10 stopinjah severne poloble, od koder je sonda lahko še pošiljala podatke nazaj domov. (Če bi to počela na nočni, bi bil med sondo in Zemljo - celoten Saturn, ki bi signal blokiral).

A to ni trajalo dolgo. Sonda je bila srdit boj s turbulencami in pritiskom, obsojena na zanesljiv propad. Tresenje zaradi trenja s plini se je namreč vse hitreje krepilo. Prvi problem: sonda je morala imeti anteno ves čas usmerjeno proti Zemlji. Zamik le za nekaj stopinj = komunikacija nemogoča. Cassini je po načrtu od začetka pravo držo vzdrževal le z okoli 10 odstotki moči potisnikov, kar je nadalje hitro večal. Po približno minuti so morali dvojni glavni motor ter 16 potisnikov na hidrazin delovati s polno močjo in že nekaj trenutkov pozneje to ni bo več zadostovalo. To naj bi se zgodilo okoli 1.500 kilometrov nad oblaki, skupaj z izgubo signala. V praksi pa je do izgube signala prišlo še minuto kasneje od načrtov, torej ob 13.55. Naprava je bila torej še bolj vzdržljiva in zmogljiva od pričakovanj.

Cassini se je začel nenadzorovano prekopicati, vse dokler ga sile planeta niso povsem raztrgale in segrele, da je zažarel kot meteor na nočnem nebu. To naj bi se zgodilo 30 sekund po izgubi signala. Njegovi ostanki so se potapljali vse globlje v atmosfero, morda vse do regij, kjer se plini zaradi pritiska začenjajo vesti kot kovine. Snovi Cassinija, nekoč material planeta Zemlja, so obogatile silno težnostno kotanjo Saturna.

Trdo delo do zadnjega trenutka
Ker še nobena sonda ni šla tako blizu (ali celo v planet), so tam zbrani podatki še toliko bolj dragoceni. Cassini je do zadnjega trenutka izvajal meritve z osmimi od skupno 12 znanstvenih instrumentov na krovu in jih pošiljal nazaj, kolikor je še šlo. Znanstveniki so še posebej zadovoljni nad tem, da je instrument INMS zajemal neposredne vzorce atmosfere, kar iz orbite ni mogoče, in preverjal njeno sestavo. Surove fotografije so, kot je že navada, skoraj takoj objavljene na posebni spletni strani. Seveda z zamikom, ki ga nalaga 1,5 milijarde kilometrov vmesnega prostora.

Signal od Cassinija do anten omrežja DSN (Deep Space Network) potuje 83 minut, kar pomeni. "Poslednji signal bo kot odmev. Skozi Osončje bo odzvanjal skoraj uro in pol po tem, ko bo vesoljsko plovilo odšlo v zgodovino. Čeravno bomo vedeli, da je Cassini že uničen, naše misije na Zemlji ne bo konec, vse dokler bomo prejemali signal," je povedal vodja projekta pri JPL-u, Earl Maize.

Cassinijeva ekipa si je naposled oddahnila in se lotila novih izzivov. Za njo je 20 let širše misije in 13 let trdega dela.

Korenine v 80' letih
Izzvanjajoča misija ima korenine izpred dolgih desetletij. ZDA so na začetku 80' let prejšnjega stoletja iskale način, kako izkoristiti očitno dobre tehnološke rešitve, ki so jih že imele v rokah. Programi, kot so Pioneer, Mariner in Voyager, so prinašali odlične rezultate; prve oblete in pristanke ter rušili rekorde. Vodilni na Nasi so se odločili: vzemimo ta model, ga ozaljšamo z najnovejšimi dosežki in tako dobimo serijo novih sond za relativno nizko ceno. Tako je nastal program Mariner Mark II. Prva načrtovana trofeja: Saturn in njegova luna Titan. Takrat še sveži Voyagerjev oblet Saturna je namreč postregel z nenavadnimi informacijami: da ima luna Titan ozračje, aktivno vreme, oblake in je tako izjemno nenavadna. Pravzaprav so Voyager 1 takrat preusmerili k Titanu in zato žrtvovali načrtovani oblet Plutona. Manjkajoče pri Plutonu je šele čez skoraj štiri desetletja nadomestila sonda New Horizons; ki prav tako izhaja iz programa Mariner Mk 2.

Sredi desetletja je Nasa združila moči z Eso: ameriška agencija naj zagotovi orbitalno sondo za Saturn, evropska pa pripravi pristajalnik, ki je pozneje dobil naziv Huygens. Ravno sodelovanje je misijo rešilo. Ameriška politika je na začetku 90' let izvedla velike reze v vesoljski program in tudi Cassini-Huygens se je znašel na tnalu. Toda pretehtal je argument, da se evropskih partnerjev ne sme odgnati z odpovedjo; še posebej zato, ker se je novodemokratizirana Rusija začela odpirati proti Zahodu in začela prevzemati evropske zmogljivosti za zunanje sodelovanje. Misija je preživela tudi številne proteste in nasprotujoče si civilne inicative okoljevarstvenikov. Ti so opozarjali na nevarnost radioaktivnega onesnaženja, saj so bili za Cassini namenjene tri plutonijeve enote RTG, pretvornice toplote radioaktivnega razpada v električno energijo. Eksplozija rakete bi pomenila plutonijeve delce daleč naokoli. Toda okoljevarstveniki niso bili uslišani; v nasprotju z Evropo, ki je prav zato misijo Rosetta, sprva spočeto prav v prej omenjenem programu Mariner Mk II., opremila s paneli sončnih celic.

Združena naprava Cassini-Huygens je 15. oktobra leta 1997 v nebo poletela z izstrelišča Cape Canaveral (Florida) na raketi Titan IVB in zgornji stopnji Centaur. A ni poletela neposredno proti cilju, za to je potrebovala še nekaj pomoči. Do leta 1999 se je še zadrževala v notranjem Osončju. Kar dvakrat je obletela Venero, enkrat pa Zemljo in izkoristila težnost obeh planetov za pospešek, ki jo je izstrelil proti cilju. Leto pozneje je na poti obletela še Jupiter, ga več mesecev proučevala in pri tem izgotovila skoraj 25.000 fotografij tega plinskega velikana. V tirnico okoli ciljnega planeta pa je vstopila šele poleti 2004, po sedemletnem potovanju. Prav takrat, 1. julija 2004 je pravzaprav vzniknilo MMC-jevo poročanje o tej tematiki.

Prvi pristanek v zunanjem Osončju
Že prvo leto so s pomočjo Cassinija odkrili tri dodatne Saturnove lune: Metono, Paleno in Polidevk; v poznejših letih pa še štiri. A precej več pozornosti je na začetku požel pristajalnik Huygens. Ta je 15. januarja 2005 opravil večurni spust skozi oranžasto ozračje Titana, uspešno pristal in nazaj pošiljal meritve ter skupno 360 fotografij. Še enkrat toliko so jih sicer izgubili zaradi programske napake. Ne glede na to je bil dosežek zgodovinski. To je bil prvi in doslej tudi edini pristanek sploh v zunanjem delu Osončja. Huygens je nadalje fotografiral ogromna jezera in reke tekočega metana, torej edina znana jezera, ki po znanju človeštva še obstajajo zunaj Zemlje. Še kulturni dodatek: Huygens je na Titan ponesel nekaj rockposnetkov. A Huygens je bil kratkoživ; na tleh je deloval le uro in pol, kolikor je dovoljevala baterija.

Lune, prstani in letni časi
Precej več posla je ostalo v tirnici, kjer se je Cassini poganjal še naslednjih 13 let. Opravil je bližnje ali daljne oblete pretežnega dela od kar 62 Saturnovih lun, večino od njih je človeštvo prvič videlo od blizu in skoraj vsaka bi bila vredna svojega članka zaradi nenavadnosti, denimo, spužvasti Hiperion. Daleč največ pozornosti je požel Enkelad, saj so na površju povsem zaledenelega telesa najprej zaznali vroče lise, nato pa še bruhajoče gejzirje vodne pare. Tako so ugotovili, kako nastaja eden izmed prstanov (iz ledu), in dobili namig, da je morda notranjost Enkelada tekoča. Poznejša raziskovanja so vse to ne le potrdila, še nadgradila. Ugotovili so, da se po debelim ledenim oklepom skriva ne samo jezero, temveč globalen ocean tekoče vode, ki na dnu doseže do 90 stopinj Celzija in je zapovrh še poln spojin, ki bi lahko zagotavljale kemično energijo za morebitno življenje. Enkelad je zdaj poleg Jupitrove lune Evropa v središču pozornosti planetarnih biologov.

Veliko zanimivosti je razkril Titan, saj ima precej vzporednic z Zemljo. Ima aktivno geologijo ter tektoniko, trikilometrske vršace, ledene ognjenike, zaradi metanotokov kar kraške pojave in jezera, večja od Slovenije. Temperatura tam sicer znaša –180 stopinj Celzija, a ravno to omogoča druge vrste vremenske in erozijske cikle in vreme. Metanova in etanova jezera valovijo, ta snov tudi dežuje in ustvarja ledenike in ne nazadnje ustvarja organsko kemijo. Organsko sicer ne gre enačiti z življenjsko.

Cassini je temeljito proučil Saturnove prstane in dokazal, da so večinoma sestavljeni iz vodnega ledu, imajo zelo tanko atmosfero, in med njimi opazil "rojstvo" nove lune, ki je iz njih nabirala material. Stari naj bi bili le do 100 milijonov let.

"Vremenski" pojavi so zanimivi tudi na samem Saturnu. Še največ pozornosti je požel slavni šestkotnik na severnem polu, orkan, večji od Zemlje; katerega oblike znanstveniki še ne znajo dobro pojasniti. Je pa v desetletju Cassinijeve prisotnosti spremenil barvo iz modrikaste v bolj rumenkasto. Spremembo pripisujejo letnim časom. Tudi Saturn jih ima, le da trajajo precej več časa. Pravzaprav je Cassiniju v 13 letih uspelo videti zgolj prehod iz poletja v jesen; celoten cikel traja dobrih 28 let. V tem časovnem okviru se periodično pojavlja še en zanimiv dogodek, velika bela nevihta, katere nenavadne posledice je Casssini posnel leta 2012. Merila je več kot 300.000 kilometrov (več v galeriji).

Naslednika ni
Ugotovitev misije je daleč preveč za en sam članek; vsekakor pa bomo o njej še poročali. Na Nasi namreč pojasnjujejo, da na analizo čaka še velik kup surovih znanstvenih podatkov, ki bodo število člankov dvignili krepko čez 4.000. A poudariti je treba, da bo to za kakšno desetletje tudi vse. V načrtih namreč nobena država sveta nima nikakršnega naslednika sonde Cassini. Tudi če bi se razvoja lotili danes, pred letom 2030 tam ne bo nič več človeškega. Esa in Nasa sicer v predalih imata nekaj konceptov za raziskovanje Enkelada, a to ne pomeni veliko; konceptov mrgoli za vsa pozornosti vredna nebesna telesa Osončja.

Je pa trenutno pri sosednjem plinskem velikanu, Jupitru, aktivna Nasina sonda Juno, ki deluje na panele sončnih celic (velike kot košarkarsko igrišče) in ki bo podoben destruktivni potop izvedla že prihodnje leto. V realnem kolesju izvedbe je misija na njeno luno Evropo, financiranje pa je dobila še misija, ki bo enkrat v prihodnjem desetletju obiskala Uran in/ali Neptun. Zunanji del Osončja torej dobiva nekoliko več pozornosti.

Dejstvo ostaja, da živimo v obdobju, kjer se pri raziskovanju Osončja velikokrat poroča o "prvič". Cassini je poskrbel za marsikatero od teh poročil. Vsekakor je skoraj največje vesoljsko plovilo brez posadke (večja sta bila le ruska Fobosa) in tudi najkompleksnejše. In nenazadnje: je prvi človeški izdelek, zemeljski material, ki se je potopil v Saturn - in bo vekomaj del njega.

Video 1: Nasin prenos iz nadzornega središča

Video 2: Nasa TV s komentarjem (le v angleščini)

Video 3: Huygensov spust


Huygens nosi ime danskega astronoma Christiaana Huygensa, ki je v 17. stoletju odkril luno Titan. Cassini pa je poimenovan po francoskem astronomu Giovanniju Cassiniju, ki je našel štiri Saturnove lune ter razlikovanje med več prstani.


V številkah:

2,5 milijona izvedenih ukazov
8 milijard prepotovanih kilometrov
635 gigabajtov zbranih znanstvenih meritev
3.948 znanstvenih objav
6 odkritih in poimenovanih lun
294 orbit
162 obletov lun
435.045 posnetih fotografij
27 sodelujočih držav
360 vžigov glavnega motorja
Vir: Nasa


Cassini na zadnji poti. Podoba je računalniško ustvarjena. Foto: Nasa
Poslednji (in precej oddaljen) oblet lune Titan 11. septembra, poimenovan tudi "poljub v slovo". Fotografija je surova, neobdelana. Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Celoten Saturn s prstani vred skozi Cassinijevo kamero oktobra lani; z oddaljenosti 1,4 milijona kilometrov. Ena pika predstavlja 80 kilometrov. Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Detajli v Saturnovi atmosferi konec avgusta letos; z oddaljenosti 1,1 milijona kilometrov. Foto: Nasa
Poslednji delujoči kilometri Cassinija. Pika označuje deset sekund potovanja. Foto: NASA/JPL-Caltech
Zgodnji koncept Cassinija v 80' letih prejšnjega stoletja, Mariner Mk II. Foto: Nasa
Ostanki velike nevihte iz leta 2010. Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Enkeladovi gejzirji. Cassini se je v njih oprhal. Foto: NASA/JPL-Caltech
Izstrelitev na raketi Titan IVB s Cape Canaverala (Florida). Foto: NASA
Cassini 20 let nazaj pred namestitvijo na raketo. Foto: NASA
Ponazoritev pristanka Huygensa na Titanu. Foto: epa
Najnovejša fotografija Saturna skozi leče sonde je v bistvu mozaik 36 posnetkov. Kaže na spremembe, ki jih prinašajo Saturnovo vreme in letni časi. Še pred dvema letoma je bila severna polobla priča velikanski nevihti, za katero je ostala le svetlejša, pletena črta. Leta 2004 je bila na severu zima, zato je zgornja polovica nosila modrikaste odtenke, na jugu pa je bilo poletje. Osem let pozneje se je na sever prikradla pomlad in s seboj prinesla zlate barve, medtem ko se južna počasi barva v modro. Foto: NASA/JPL-Caltech/SSI/Cornell
Za primerjavo: posnetek velike nevihte iz leta 2011. Modrikasti kvadrat je posnetek skozi infrardeči spekter ter razkriva mešanje vodnega in amonijakovega ledu globoko v Saturnovi atmosferi. Takrat so prvič potrdili prisotnost vode na tem planetu. Foto: NASA/JPL-Caltech
Velika nevihta tokrat v barvno obdelani različici za boljšo razločnost. Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
ZMAJEVA NEVIHTA - Še pred Veliko nevihto so se znanstveniki ukvarjali s podobnim, a za ščepec manjšim pojavom: Zmajevo nevihto, ki je še danes izvor nejasnosti. Nevihta je namreč oddajala močne radijske valove, ki spominjajo na kratke, a močne preskoke statične elektrike na Zemlji (strele). Nenavadno je bilo, da je sonda Cassini izbruhe radijskih valov zaznala le, če je bila nevihta v temi; ko je prišla pod sončne žarke, so se ti ustavili. Znanstveniki še danes ne ponujajo prepričljivega odgovora, zakaj je tako. Foto: NASA/JPL/Space Science Institute
Sonda Cassini-Huygens je sicer v zakladnico človeštva prispevala še številne druge zanimive posnetke. Na tej fotografiji je poleg ogromnih Saturnovih prstanov ujela vročo Venero, kamniti planet s 500 stopinjami Celzija in zadušljivo toplo gredo ogljikovega dioksida. Foto: NASA/JPL
Veličastni slavolok Saturnovih prstanov je sestavljen skoraj izključno iz čistega, vodnega ledu. Na nekaterih delih je izjemno tanek (10 metrov debeline), največja širina pa znaša do enega kilometra. Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Saturn je bil od svojega rojstva priča neštetim enakonočjem. To je prvo, ki ga je posnela človeška sonda. Saturn je v mešanici svetlobe in senc. Ena stran planeta je izjemno osvetljena, druga pa v temi, zato so na Nasi desno stran prstanov dodatno računalniško osvetlili, levo pa nekoliko zatemnili. Nekaj senc mečejo tudi Saturnove lune: Janus je spodaj levo, Pandora je zunaj prstanov na desni strani. Foto: Nasa
Tako kot Zemlja ima Saturn svoje magnetno polje in svoj severni sij ali avroro. Pravzaprav gre tukaj za južni sij, viden skozi valovne dolžine blizu infrardeče svetlobe. Sij je na fotografiji viden v zeleni barvi in se dviga 1.000 kilometrov nad planet. Foto: NASA/JPL/University of Arizona/University of Leicester
Še malo drugačna ponazoritev Saturnove avrore na južnem polu. Fotografija je kombinacija človeškemu očesu vidne svetlobe in posnetkov v ultravijolični svetlobi. Foto: NASA/Hubble/Z. Levay and J. Clarke
Človeštvo je dolgo fascinirala temna stran Lune. Na tem posnetku sonde Cassini pa je temna stran Saturnovih prstanov. Foto: NASA/JPL/Space Science Institute
VRŠACI - Od daleč precej enolično, a od blizu precej razgibno. Saturnovi prstani poleg razlike v debelini (od 10 metrov do kilometra) ustvarjajo tudi raznolike navpične strukture. Ti stolpi se dvigajo daleč navzven, saj so visoki do dveh kilometrov in pol, ter mečejo dolge sence. Foto: NASA/JPL/SSI
Med ogromnimi prstani in okoli njih se skriva kar 62 Saturnovih lun. Na tej fotografiji je v vidni svetlobi Mimas, v ozadju pa Saturn sam. Temne črte so sence, ki jih mečejo prstani. Naj vas modra barva ne prevara: to je posledica dejstva, da je bil sever Saturna med fotografiranjem skorajda brez oblakov, svetloba je prodirala globoko v atmosfero in se zato vračala nazaj v "hladnejših" valovnih dolžinah. Foto: NASA/JPL/Space Science Institute
Ko je sonda posnela ledeno luno Diono, je bila ta skoraj vzporedno s prstani in je skrila njihovo ogromnost. Prstani so tu videti le kot tanka črta. Sama luna Diona je skoraj povsem brezbarvna: če jo posnameš v črno-beli tehniki ali v običajni, se posnetek ne bo prav nič razlikoval, poudarjajo na Nasi. Foto: NASA/JPL/Space Science Institute
Kvintet lun se na ogled postavi. Janus, Pandora, Enkelad, Rea in že videni Mimas so vsi zajeti na enem samem posnetku. Enkelad, svetla luna malo nad sredino posnetka, je sicer eno izmed najvznemirljivejših nebesnih teles našega Osončja. Ponaša se z vodo precej blizu površja in s toplim jedrom, zato je najverjetnejša lokacija v Osončju, kjer bi lahko (poleg Zemlje seveda) našli življenje. Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Že samo surovo število lun (53) prinese precejšnjo raznolikost. Luna na sliki, Hiperion , je videti kot preluknjana morska spužva, polna kraterjev in vdolbin. Spužvasta je dobesedno: ima izjemno nizko gostoto, poroznost in šibko gravitacijo za tako veliko nebesno telo. V povprečju je široka okoli 270 kilometrov, največji krater pa ima premer 120 kilometrov. Foto: NASA/JPL/Space Science Institute
Rdeča površina Marsa oz. nekoliko zaprašena kamera na vozilu Radovednost (Curiosity)? Ne, temveč površje lune Titan. Projekt Cassini-Huygens je plod sodelovanja med Ameriško vesoljsko agencijo ter Evropsko vesoljsko agencijo in je sestavljen iz dveh delov. Cassini še danes kroži okoli Saturna, medtem ko je Huygens pristal na izjemno zanimivi luni - in ne deluje več. Foto: ESA/NASA/JPL/University of Arizona
Le za primerjavo in prikaz napredka tehnologije. Prvi pravi posnetek Saturna izhaja iz leta 1979, posnela pa ga je sonda Pioneer 11. Odkrila je dve novi luni (in se v eno izmed njih septembra 1979 skoraj zaletela). Foto: NASA/Ames

Svet