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航行了20年 卡西尼号探测器将于下月坠入土星

BI中文站 8月31日报道

下个月,美国的太空科学家们将要面对他们期待多年但同时也让他们感到失落的时刻:卡西尼号探测器的终结。美国航空航天局(NASA)将卡西尼号火红且壮观的死亡时刻称为“盛大落幕”(Grande Finale)。

卡西尼号探测器是NASA耗资32.6亿美元的土星及其卫星探测计划的主体部分,于1997年发射升空。在经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行之后它于2004年7月到达土星轨道。卡西尼号还携带了一个土卫六大气探测器——“惠更斯号”。惠更斯号已于2005年1月15日成功软着陆土卫六。自从进入土星轨道以来,卡西尼号作出了一个又一个惊人的发现。

NASA的卡西尼项目科学家Curt Niebur在周二的一次远程会议中称:“这次航天任务非常成功,非常完美,将于两个星期之后结束。不过,卡西尼不会悄无声息地离开。”

9月15日凌晨(美国时间),卡西尼将坠入土星的大气层,以防止其污染可能存在外星生命的土星卫星。卡西尼号探测器曾发现部分土星卫星存在固态和液态的水。

卡西尼号最终将变成因硅和金属熔化而形成的炙热火球。科学家称,卡西尼号最后熔化的部分是燃料仓。这些燃料仓装有极其稀有且至关重要的核燃料。正是这些燃料让这次航天任务成为可能。

与死亡共舞

两个不可避免的难题让NASA最终作出一个艰难的决定——毁掉卡西尼号探测器。

卡西尼号探测器发现,有水从土卫二被冰层覆盖的表面中喷出。行星科学家认为,土卫二的冰层下面隐藏着一个海洋,那里可能存在外星生命。

Curt Niebur说:“根据我们目前对土卫二的了解,这颗卫星可能存在生命所需的所有元素。”

如果附着在卡西尼探测器上的细菌进入土卫二,可能会毁掉那里的生命和隐藏在冰层下面的海洋。

土星表面的冰层下可能存在海洋

第二个问题是,卡西尼号上的燃料几乎已经耗尽,该探测器没有足够的动力改变航行方向或者靠近希望到达的目标。在星际飞行13年之后,卡西尼号原先所搭载的6900磅(约合3130千克)助推剂只剩下1%。

为了避免卡西尼号失控,连同地球上的微生物坠入处于原生状态且可能存在生命的土卫二和土卫六,NASA于今年4月22日将其踢进死亡回旋。

卡西尼号已经在土星与土星环之间穿越21次,执行最危险的任务,但也得到了丰硕的回报。

最后一次穿越土星环将会导致卡西尼号的毁灭。不过,它的死亡将给科学家提供一个前所未有的研究土星大气层的机会。

主管卡西尼号航天任务的NASA喷气推进实验室(JPL)工程师Earl Maize表示,在卡西尼号坠入土星大气的过程中,它仍会向地球发送回所有可能探测到的读数。

他在远程会议中说:“我们将改变卡西尼号的用途,让其成为一个大气探测器。我们会让它在最后时刻发回数据。”

核火球

Maize等人称,卡西尼号最后烧掉的部分将是它的放射性核燃料。

由于卡西尼号离太远已经超过16亿千米,它所接受的太阳光只有我们在地球上所接受到太阳光的1%,所以太阳能电池板不能为处于土星轨道的卡西尼号提供足够的动力。普通电池和化学燃料电池也不能为卡西尼号提供航行20年所需的动力,甚至提供几个月所需的动力都做不到。

因此,NASA选择了核燃料。卡西尼搭载的是稀有的放射性同位素钚-238。

跟用于武器的钚-239不一样,钚-238不会释放出中子,所以,它不会被用于核弹。钚-238在衰变过程中会放射出阿尔法粒子,但这种辐射用一张纸就能挡住。

不过,如果钚燃料足够多,足够密集,其释放出的阿尔法射线足以让温度提高到1250摄氏度。

一块发出红光的钚-238

上个世纪80和90年代,NASA跟美国能源部合作,将这种钚同位素放入了放射性同位素热电机(RTG)中。每一个放射性同位素热电机里面有数千克的钚-238(其价格为每克4000美元)和一些能将其释放出的热转化成电能的装置。

20年来,卡西尼号上的三个放射性同位素热电机提供了将近900瓦的稳定电力。这些电力足以让微波炉正常运转。

科学家称,这些钚将是卡西尼号探测器坠入土星大气中时最后熔化的部分。

这是因为,这些钚被密封在用超级坚固的铱元素制成的外壳中。之所以使用这种超级珍贵的材料,是因为科学家担心卡西尼号在发射升空的过程中出现意外,重新坠落到地球上。

卡西尼号航天器操作团队主管Julie Webster在远程会议中称,在卡西尼号上的仪器脱落并与地球失去联系几秒钟内,探测器的温度会上升到将近500摄氏度。

她说:“在大约20秒内,卡西尼号上的铝会达到熔点。铱将是最后熔化的物体,它将会在铝熔化后大约30秒熔化。”

在铱外壳熔化之后,里面的钚将像放射性流星一样,散落到土星上。

不过,这些钚不一定会溅起很大的火花。

Maize说:“它会熔化,在它到达土星表面之后,它会热到立刻消散。”

研究人员称,空间和地面望远镜有机会看到卡西尼号在土星大气被烧毁。不过,他们指出,整个过程会发生在土星处于白天的那一边,有可能会被太阳光遮掩。(编译/翼飞)

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责任编辑:alonliu
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