Megsemmisült a Cassini – vége a küldetésnek

2017. szeptember 15-én véget ért a Cassini-űrszonda közel 20 éves küldetése. Az emberiség egyik legösszetettebb bolygókutató űreszköze a NASA terveinek megfelelően belehullott a Szaturnusz légkörébe. Az alábbiakban az előzményekről olvashatnak, az utolsó órák eseményeiről pedig jövő hét elején közlünk összefoglalót.

Többször meghosszabbított küldetése utolsó másodpercéig működik és gyűjti az értékes adatokat a Szaturnusz bolygót és annak környezetét – holdjait és gyűrűrendszerét – vizsgáló Cassini űrszonda. A tudományos szempontból páratlanul értékes küldetés szeptember 15-én ér véget, amikor is a szonda a korábban végrehajtott pályamódosítások hatására a bolygóba csapódik, ám még eközben is tanulmányozza a Szaturnusz atmoszféráját.

A Cassini-küldetésről röviden

A Szaturnusz bolygót és annak környezetét kutató Cassini bolygószondáról a közelmúltban már közöltünk egy összefoglalót, amikor megkezdődött a Cassini programjának befejező szakasza, a Nagy Finálé. Abban az összeállításban olvashatók a Szaturnusz bolygóra és látványos gyűrűrendszerére vonatkozó alapvető információk is. Most, hogy minden a tervek szerint halad, és a Cassini az apró pályamódosítások hatására szeptember 15-én a Szaturnuszba csapódva megsemmisül, elérkezett az idő annak rövid összefoglalására, hogy mivel vívta ki ez a küldetés a csillagászszakma mellett a közvélemény fokozott figyelmét és elismerését is.

A NASA és az ESA Cassini szondája, amely a legnagyobb tömegű bolygókutató űreszköz – fedélzetén az európai Huygens leszállóegységgel – 1997-es indítását követően 2004 nyarán érkezett a Szaturnuszhoz. E hét évig tartó bolygóközi cirkálás ahhoz volt szükséges, hogy a Vénusz bolygó két, a Föld és a Jupiter egy-egy gravitációs lendítése eljuttassa a szondát a Szaturnuszhoz. Ezekkel az ún. hintamanőverekkel rengeteg üzemanyagot lehetett megtakarítani, ami kissé olcsóbbá tette az amúgy igen drága missziót.

A Cassinit 2004 nyarán a bolygó körüli pályára állították, a rajta elhelyezett Huygens egységet pedig az év decemberében eloldották, és a kis szonda 2005 januárjában simán leszállt a Szaturnusz legnagyobb (egyben a Naprendszer második legnagyobb) holdja, a Titan felszínére. A Cassini–Huygens páros ezzel két rekordot is megdöntött: A Cassini a legmesszebbre küldött űreszköz, amely pályára állt egy égitest körül, a Huygens pedig az eddig legtávolabbi helyen hajtott végre sima leszállást.

A Szaturnusz (alsó körív) és legjelentősebb holdjai méretarányosan. Az arányok a valóságot tükrözik, kivéve a képen látható öt legkisebb holdat (Pan, Atlas, Telesto, Calypso és Helene), amelyek itt háromszorosra növelve szerepelnek, hogy kivehető legyen szabálytalan alakjuk Forrás: NASA/JPL

A Szaturnusznak és környezetének közeli vizsgálatát célzó küldetést eredetileg négyévesre tervezték (2004. július – 2008. június). Ebben az időszakban a Cassini 76 keringést végzett a Szaturnusz körül, miközben 45 alkalommal került közel a Titan holdhoz, 10 esetben pedig más holdakhoz. Mivel a Cassini túlteljesítette a várakozásokat, a kezdeti sikerek hatására a mérési programot két évvel, 2010 szeptemberéig meghosszabbították.

Ezt a második szakaszt a Cassini nap-éj egyenlőségi küldetésének nevezték, mert ez idő alatt következett be a Szaturnusz Nap körüli keringési pályáján a bolygó nap-éj egyenlősége. E két év alatt a Cassini 64 keringést végzett a Szaturnusz körül, eközben 28-szor került közel a Titanhoz, 8-szor az Enceladus holdhoz, 3 alkalommal pedig más jeges holdakat tudott közelről tanulmányozni.

Mivel a műszerek továbbra is kifogástalanul működtek, és a szondának is maradt üzemanyag-tartaléka, a Cassini programját másodszor is meghosszabbították: 2010. október és 2017. április között zajlott le a Cassini napfordulós missziója (ne feledjük, hogy a Szaturnusz 29 és fél év alatt végez egy keringést a Nap körül, tehát az évszakok nagyjából nyolcévenként váltják egymást). Ebben a hosszú időszakban – amikor a Szaturnusz északi félgömbjén a tavasz után beköszönt az ottani nyár – a Cassini 155 keringést teljesített, közben pedig 54-szer „látogatta meg” a Titant, 11-szer az Enceladust, 5-ször pedig más kisebb jeges holdakat.

A Szaturnuszt és rendszerét vizsgáló Cassini és a Titan holdra leereszkedett Huygens szonda eddigi legfontosabb eredményeit ugyancsak korábbi áttekintésünkben összegeztük, de az a lista természetesen korántsem a teljesség igényével készült.

A Szaturnusz mesterséges holdjaként keringő Cassini szonda 2017 áprilisáig „tisztes távolságban” maradt a gyűrűrendszertől, ezért is tudta alaposan vizsgálni a bolygó nagyobb holdjait. Akkorra azonban az előre tervezett pályamódosításokhoz szükséges rakéta-üzemanyag mennyisége már nagyon lecsökkent, ezért a program vezetői úgy döntöttek, hogy a Cassini küldetésének 2017 szeptemberében véget vetnek. A befejező szakasz a Nagy Finálé nevet kapta.

Jelenleg a Szaturnusznak 62 holdját ismerjük, közülük egyelőre 53 kapott végleges elnevezést. A holdak számához a Cassini hét felfedezéssel járult hozzá. A Cassini által készített képeken talált 7 új hold mindegyike a gyűrűk közötti résekben kering. Közülük hat már hivatalos nevet is kapott: Aegaeon, Anthe, Daphnis, Methone, Pallene, Polydeuces. A hetediknek csak ideiglenes jelölése van: S/2009 S1. A bolygó és a Szaturnusz nagy holdjainak gravitációs hatásait is figyelembe véve, égi mechanikai számítások alapján az Aegaeon, az Anthe, a Methone és a Pallene bolygó körüli keringése stabilnak bizonyult.

A Szaturnusz gyűrűrendszere vázlatosan. A gyűrűket a felfedezés sorrendjében az ábécé nagybetűivel jelölik. Az egyes gyűrűk valójában mind gyűrűrendszerek (keskeny gyűrűk százai-ezrei). A gyűrűk közti réseket a felfedezőjükről nevezték el. Az E gyűrű jóval távolabb helyezkedik el a bolygótól, ezért nem látszik az ábrán Forrás: NASA, mta.hu-grafika

A Nagy Finálé, avagy a Cassini véghónapjai

Előző írásunkban arra is utaltunk, hogy miért a szonda megsemmisítésével fejeződik be a Cassini közel két évtizedes tudományos programja. Az idén áprilisban megkezdett Nagy Finálé során még 22 keringést végzett a Szaturnusz körül, de minden alkalommal kissé más pályán. A befejező időszak pályáinak egyetlen közös jellemzője volt: a szondát a bolygóhoz egészen közeli vidékekre vezérelték. Ehhez a Titan hold gravitációs hatását vették igénybe. A Titanhoz megfelelően közel kerülő Cassinit a hold tömegvonzása az addigi pályájáról a Szaturnuszhoz közelebbi pályára kényszerítette. Így sikerült elérni azt, hogy április vége óta a Cassini minden egyes keringés alkalmával – azaz nagyjából hetente – a gyűrűrendszer belső pereme és a bolygó atmoszférája közötti néhány ezer kilométer széles tartományban száguldjon át 120 000 kilométer/órát meghaladó sebességgel.

A Nagy Finálé idején végzett 22 keringés pályája. A legutolsó a Szaturnuszba viszi a Cassini szondát. Forrás: NASA

A gyűrűk síkján történt legelső átszáguldás idejére a szondát földi paranccsal úgy fordították el, hogy a Cassini 4 méter átmérőjű rádióantennája legyen elöl, hogy pajzsként védje az értékes műszereket a gyűrűk síkjában található kisebb-nagyobb anyagdarabkákkal való összeütközéskor. A szakemberek meglepetésére azonban a legbelső gyűrű és a bolygó közötti térség szinte üresnek bizonyult: a műszerek a vártnál jóval kevesebb részecske becsapódását észlelték, és azok is egészen aprók voltak, mikrométeres szemcséknél nagyobb nem volt köztük. Ez ráadásul abból a szempontból is kedvező, hogy a Cassini műszerei jó eséllyel működőképesek maradnak a küldetés legvégéig.

A nagyjából 8 kilométeres Daphnis hold az A gyűrű belsejében levő keskeny, ún. Keeler-résben kering. Felszínére a gyűrűk finom anyaga rakódhatott le. Forrás: NASA/JPL/STScI, Cassini Imaging Team

A Szaturnuszhoz egészen közel elszáguldva a bolygó atmoszféráját lehetett alaposan tanulmányozni a spektrométerekkel és a képalkotó berendezésekkel, továbbá a gyűrűk finomszerkezete és a gyűrűrendszerben vagy ahhoz közel keringő kisebb holdak is alapos vizsgálat célpontjaivá válhattak. A Szaturnusz körüli keringés korábbi több mint egy évtizedes időtartama alatt ugyanis a Cassini jóval a gyűrűrendszeren kívüli pályákon keringett, így csak az ott található nagyobb holdakat tudta behatóan vizsgálni.

Közeli felvételek a gyűrűrendszerben keringő három kisebb Szaturnusz-holdról Forrás: NASA/JPL/STScI, Cassini Imaging Team

A Cassini által készített felvételeken talált legkisebb – egyelőre még név nélküli – Szaturnusz-hold. A felfedezést az segítette, hogy az aprócska hold 36 km hosszú árnyékot vet a 150 méterrel alatta levő gyűrűre. A szonda 300 000 km távolságból készítette a képet 2009-ben. Forrás: NASA/JPL/SSI

Ugyancsak a Nagy Finálé során végzett mérések meglepő eredményei közé számít az a felismerés, hogy a Szaturnusz mágneses tengelye szinte pontosan egybeesik a bolygó forgástengelyével. Ez azért furcsa, mert a mágneses mező kialakulásához éppen az szükséges, hogy a mágneses tengely valamekkora szöget zárjon be a forgástengellyel, ahogyan az a Föld esetében is tapasztalható. A két tengely egybeesése miatt most már az is kérdéses, hogy hogyan tudott kialakulni és fennmaradni a Szaturnusz mágneses mezeje. Ugyancsak a két tengely párhuzamossága hiúsította meg a Szaturnusz forgási periódusának pontos meghatározását. A bolygó felszínén ugyanis nincs állandó képződmény, amelynek rendszeres visszatéréséből meg lehetne mérni a tengelyforgási időt. A felhőzet erre nem alkalmas, mert állandóan örvénylik, vagy legalábbis nagy sebességgel mozog a bolygó atmoszférájában.

Sűrűséghullámok a Szaturnusz gyűrűjében. A gyűrűt alkotó részecskék mozgását egy közeli hold gravitációs hatása perturbálja ilyen látványos módon. Forrás: NASA/JPL/SSI/Emily Lakdawalla

… és az utolsó napok, órák, percek

Szeptember 11-én a Cassini kb. 120 000 kilométer távolságban haladt el a Titantól. Még ilyen messziről is hatott rá a legnagyobb hold gravitációs mezeje, amelynek következtében olyan pályára kényszerül, amelyik egyenesen a Szaturnuszba vezeti majd az emberiséget felbecsülhetetlenül értékes eredményekhez juttató szondát.

Szeptember 14-én a Cassinin elhelyezett képalkotó kamerák elkészítik utolsó felvételeiket a Szaturnuszról, a bolygó északi pólusvidékén látható, hatszög alakú rejtélyes atmoszferikus képződményéről, továbbá a Titan és Enceladus holdakról, valamint a gyűrűrendszerről. A képeket természetesen közvetlenül utána a Földre továbbítják. Ezután a kamerákat kikapcsolják, de a Cassini nyolc másik műszere – infravörösben és ultraibolyában észlelő spektrométerek, részecskeanalizátorok, magnetométerek stb. – továbbra is működnek.

A Szaturnusz északi pólusánál levő, hatszög alakú tartós örvénylés és a környezete Forrás: NASA

Szeptember 15-én, magyar idő szerint 13 óra 53 perckor a Cassini belép a Szaturnusz atmoszférájába (ez néhány perccel módosulhat a Szaturnusz légkörének sűrűségviszonyaitól függően; a Szaturnusznál egyébként minden 83 perccel korábban zajlik, ennyi idő alatt érkeznek a rádiójelek a Földre – a szerk.). A szonda segédhajtóművei csökkentett teljesítménnyel működve ügyelnek a megfelelő irány tartására, mert a Föld felé fordított antenna csak így képes „hazaküldeni” az izgalmas végkifejlet során megszerezhető mérési adatokat.

Egy perccel később a segédrakéták már teljes kapacitással kénytelenek dolgozni. Ám az atmoszférában lefelé száguldó szonda egyre jobban hánykolódik, amint a sűrűbb rétegekbe merül. A várakozás szerint 13.55-kor megszűnik a rádiókapcsolat a Földdel. Mire a Cassini eléri a nagyjából 1500 kilométerrel lejjebb örvénylő felhőréteget, a bolygóba zuhanó szonda meteorként felizzik, és darabjaira hullik. Hamvai a Szaturnuszban nyugszanak örök időkre.

Klassz volt Cassini!

A Cassini mérési adatainak elemzése azonban tovább folytatódik, és bizton lehet számítani arra, hogy évek hosszú során át újabb érdekességek derülnek ki a gyűrűs bolygóról és környezetéről.

A Cassini 20 évet töltött a bolygóközi térben, ebből 13 éven át a Szaturnusz körül keringve rótta az ellipsziseket. Ha a Naprendszerben igazán érdekes és változatos vidéket keresünk, akkor a Szaturnusz környezeténél nem is kell tovább mennünk. Az összetett gyűrűrendszer, a változatos külsejű, méretű és eredetű holdak, a bolygó erősen mágnesezett és mozgalmas környezete, nemkülönben maga a bolygó – mindezek alapos vizsgálata rengeteg új információval szolgált a bolygókutatók számára. A Titan hold etánt és metánt tartalmazó tavai, az Enceladus kéreg alatti vízóceánjából a felszín fölé lövellő jeges anyag, a Szaturnusz atmoszférájában több mint egy éven át tomboló-örvénylő és egy bizonyos szélességnél az egész bolygót körülfolyó vihar korábban elképzelhetetlen jelenségek voltak a kutatók és a laikusok számára is. Mindezek valódi természetének tisztázása azonban még hosszú időt vehet igénybe.

A Phoebe hold két különböző irányból nézve Forrás: NASA/JPL, Caltech, STScI

A Titan hold 2017 júniusában közeli-infravörös hullámhosszakon. A fényes felhők metánt tartalmaznak, a felszínen levő tavak pedig szénhidrogéneket, nem vizet Forrás: NASA/ESA/JPL/SSI, Cassini Imaging Team

Az Enceladus hold szerkezete a Cassini mérési eredményei alapján. A kéreg alatti vízóceánból jég lövell ki a felszín fölé. Forrás: NASA/JPL

További olvasnivaló

A Cassini-küldetés amerikai weblapja.

A Cassini-küldetés európai weblapja.