Kraj misije za sondu Cassini

Petnaestog septembra okončana je jedna od najuspešnijih misija u istoriji istraživanja svemira

Kada istraživači svemirskih prostranstava diskutuju o tome koja planeta najviše inspiriše i motiviše njihov rad, svako ima svog favorita, ali samo oni koji se bave Saturnom, okruženim upečatljivim prstenovima, ne moraju da objašnjavaju svoj stav.

Saturn je šesta planeta od Sunca i druga po veličini u Sunčevom sistemu. Kao Jupiter, Saturn je gasni džin, sa prečnikom koji je devet puta veći od Zemljinog. Zbog te veličine bio je poznat još vavilonskim astronomima, a današnje ime je dobio u starom Rimu po bogu zaštitniku poljoprivrede i blagostanja. Ipak, njegovi prstenovi nisu primećeni sve do početka sedamnaestog veka i pronalaska teleskopa. Galileo Galilej je 1610. godine mislio da vidi dva meseca sa svake strane Saturna. Nakon što je holandski matematičar i pronalazač Kristijan Hajgens unapredio tehnologiju teleskopa (refrakcioni model sa uvećanjem od 50 puta), uspeo je 1655. godine da dobije dovoljno dobru sliku Saturna na kojoj se razaznaje da se oko planete nalazi tanak prsten. Sem toga, Hajgens je otkrio Saturnov najveći mesec, Titan. Đovani Domeniko Kasini, italijanski astronom koji je radio u Pariskoj opservatoriji, između 1671. i 1684. godine otkriva sledeća četiri meseca (Japet, Reja, Diona i Tetis), kao i činjenicu da se Saturnov prsten zapravo sastoji iz nekoliko manjih koncentričnih prstenova. Od kraja osamnaestog do kraja dvadesetog veka, broj otkrivenih prirodnih satelita Saturna dostiže osamnaest. Kada je došao trenutak da se lansira prva sonda čiji cilj je bio detaljno izučavanje ove planete, ona je nazvana upravo po Kasiniju i Hajgensu, dva čoveka koji su najviše doprineli proširenju znanja o Saturnu.

Petnaestog septembra, misija Cassini-Huygens okončana je nakon skoro dvadeset godina tako što je sonda Cassini izgorela tokom planiranog spuštanja unutar Saturnove atmosfere.

Planiranje

Od početka sedamdesetih do kraja osamdesetih godina prošlog veka, NASA pokreće pet misija čiji cilj je izučavanje takozvanih „spoljašnjih” planeta (od Jupitera nadalje). Najuspešnija od njih je bila Voyager 2 koja je lansirana 1977. godine, a od 1979. do 1989. godine je posetila Jupiter, Saturn, Uran i Neptun. Merenja i snimci koje je je obavila sonda Voyager 2 pomažu u osmišljavanju zadataka i karakteristika misija Galileo, čiji cilj je Jupiter, i Cassini-Huygens, čija meta su Saturn i njegovi brojni sateliti.

Glavni ciljevi misije bili su određivanje trodimenzionalne strukture prstenova i proučavanje ponašanja objekata unutar njega, zatim proučavanje magnetosfere, atmosfere Saturna i njegovih meseca, kao i površine svih satelita, kako bi se utvrdila njihova geološka istorija. Predmet posebnog interesovanja je Titan, njegova atmosfera i površina, kao i mesec Japet i poreklo tamne mrlje na njegovoj prednjoj hemisferi.

Cassini je opremljen sa dvanaest mernih uređaja. U grupi za optička merenja nalaze se tri spektrometra, infracrveni, ultraljubičasti i spektrometar za mapiranje koji kombinuje vidljivu i infracrvenu svetlost. Tu su i širokougaona i uskougaona kamera sa CCD detektorima rezolucije 1024x1024 piksela, spektralnim filterom i hardverskom kompresijom snimljenih fotografija. U grupi posvećenoj merenju talasa, čestica i polja, nalazi se dupli magnetometar (na jarbolu dugačkom 11 metara kako bi se uređaji zaštitili od magnetnog polja same sonde), maseni spektrometar za analizu jona i neutralnih atoma, spektrometar za analizu plazme, kamere za snimanje magnetosfere, analizator čestica prašine i merač radio i plazma talasa. U grupi za mikrotalasna merenja su radar i radiotalasni podsistem koji meri promene u radio-komunikaciji sa Zemljom. Na osnovu tog merenja mogu da se odrede temperatura, pritisak i sastav atmosfere, kao i da se mere gravitaciona polja i masa objekata. Sve ovo smešteno je u sondu visoku 6,7 metara, široku četiri metra i tešku 2,1 tonu. Zbog potrebe da obavlja kompleksne manevre, sonda je morala da ima 1630 različitih elektronskih komponenata, 22.000 konektora i preko 14 km kablova. Sve to kontrolisao je kompjuter sa redundantnim MIL-STD-1750A jezgrima (16-bitni procesor iz 1980. godine, pravljen po vojnim standardima).

Pošto u okolini Saturna solarne ćelije ne bi mogle da joj omoguće dovoljno struje, sonda je opremljena radioizotopskim generatorom u kom se nalazilo skoro 33 kilograma plutonijuma 238. Sem toga, da bi se obezbedilo dugoročno funkcionisanje mlaznica za pokretanje i usmeravanje, sonda je opremljena sa nekoliko rezervoara koji su poneli preko tri tone raketnog goriva. Upravo je ovo gorivo jedan od razloga za nedavno „penzionisanje” Cassinija. Naime, ova sonda je trebalo da funkcioniše unutar Saturnovog orbitalnog sistema samo tri godine, a radila je trinaest. U NASA procenjuju da je u trenutku Cassinijevog konačnog spuštanja u Saturnovu atmosferu u rezervoarima bilo manje od jedan odsto rezervi goriva.

Misija

Prosečna udaljenost Saturna od Zemlje je 1,43 milijarde kilometara, pa je samo putovanje do Saturna predstavljalo impresivan navigacioni poduhvat. Sonda je lansirana 15. oktobra 1997. godine raketom Titan IVB/Centaur, a do Saturna je putovala šest godina i osam meseci. Za to vreme, Cassini je četiri puta ubrzavan proletom kroz gravitaciono polje drugih planeta: dva puta je proleteo pored Venere, jednom pored Zemlje i jednom pored Jupitera. Kada je stigla u Saturnovu orbitu, u junu 2004. godine, sonda je već prevalila više od 3,4 milijarde kilometara. Tokom prilaska Saturnu iskorišćena je jedina prilika za bliski susret sa mesecom Feba, tada su napravljeni snimci ovog nepravilnog satelita i obavljena merenja koja ukazuju da se ispod njegove površine nalazi zaleđena voda. Pomoću sonde Cassini otkriveno je sedam prirodnih satelita oko Saturna koji su dobili imena, kao i nekoliko desetina koji za sada samo imaju astronomske oznake, tako da danas ukupan zvanični broj Saturnovih meseca iznosi 62. Sem toga, otkriveno je više stotina mini i mikromeseca unutar samih prstenova.

Prvog jula 2004. godine, Cassini je zvanično ušao u orbitu oko Saturna. Iako je većina izmerenih podataka mogla da se šalje ka Zemlji u realnom vremenu, radio signal od Cassinija do kontrole (i suprotno) putuje između 67 i 85 minuta (zavisno od položaja Zemlje i Saturna), pa je Cassini češće funkcionisao u režimu prikupljanja podataka na internu soild state memoriju od četiri gigabita, da bi zatim te podatke odašiljao u paketu ka Zemlji. Svaki put kada je Cassini obavljao transfer punog diska podatka, to je trajalo oko devet sati.

Otkrića

Krajem 2004. godine, u okviru priprema za sletanja sonde Huygens na Titan (vidi odvojeni deo), obavljeno je proletanje pored ovog meseca i snimanje kamerom i radarom, kada je otkriveno da se u njegovoj atmosferi, koja je uglavnom od molekularnog azota, nalazi mnogo kompleksnih ugljenih hidrata. Tokom 2007. godine, Cassini je proleteo pored meseca Japet. Na osnovu obavljenog merenja čini se da je ogromna tamna mrlja na površini ovog meseca debela tek tridesetak centimetara i da se radi o talogu zaostalom nakon isparavanja vode, odnosno sublimacije leda.

Naravno, glavne zvezde misije bili su sam Saturn i njegovi prstenovi. Još 1981. godine, Voyager 2 je snimio šestougaonu formaciju na severnom polu Saturna, prozvanu jednostavno heksagon. U pitanju je jetstream kretanje vazduha koje biva stabilizovano kao gotovo pravilni geometrijski oblik sa stranicama dužine preko 13.000 kilometara, zahvaljujući kompleksnom vrtlogu iznad samog pola. Tokom poslednje četiri godine, heksagon je promenio boju iz pretežno plave u zlatnožutu zato što se i na Saturnu menjaju godišnja doba, pa više sunčeve svetlosti menja vrstu izmaglice iznad polarnog regiona.

Od kraja devetnaestog veka do danas, astronomi su na Saturnu primetili šest ogromnih oluja. Poslednja od njih odigrala se od kraja 2010. do kraja 2011. godine i Cassini ju je posmatrao iz prvog reda. Tom prilikom su po prvi put napravljeni snimci munja na drugoj planeti. U pitanju je bila oluja veća od slavne Jupiterove pege, a pomenute munje su više od 1000 puta jače nego one koje tokom najvećih vremenskih nepogoda nastaju na Zemlji. Najbitnije za naučnike koji se bave proučavanjem klime na Zemlji, hemijske promene unutar atmosfere Saturna bile su mnogo burnije od očekivanih. Pre svega, proizvodnja gasa etilena i naknadni vrtlog u stratosferi bili su sto puta veći od očekivanog.

Velika pažnja posvećena je odgonetanju sastava Saturnovih prstenova. Uz precizno optičko mapiranje prstenova, obavljeno je i testiranje emitovanjem radio talasa kroz prsten ka Zemlji. Na osnovu promena u frekvenciji, fazi i intenzitetu talasa, utvrđivan je sastav čestica u prstenovima. Otkriveno je da najveći deo prstenova čini veoma čisti led, organizovan u objekte veličine od nekoliko centimetara do nekoliko metara. Ipak, taj led nije čvrst kao što ga srećemo u santama, nego rastresite gomile koje se neprestano formiraju i razbijaju. Otkriveni su i brojni „mesečići”, veličine od nekoliko desetina do nekoliko stotina metara, koji su previše mali da bi se videli direktno, ali prave specifične „propeler talase” unutar prstenova. „Paoci” unutar prstenova, radijalne formacije koje su prvi put primećeni na snimcima sa Voyagera, nisu otkrivene na početku misije Cassini, pa je pretpostavljeno da se radi o promenama koje se javljaju u određeno doba Saturnove godine. Zaista, tokom poslednjih nekoliko godina misije, počele su da se pojavljuju i ove promene.

Veliko finale

Neočekivano mnogo pažnje tokom misije Cassini-Huygens privukao je mesec Enkelad koji je prvi put detaljno sniman tokom 2005. godine. Tom prilikom otkrivena je blaga atmosfera čija je glavna komponenta vodena para, kao i da se u južnom polarnom regionu tog meseca nalaze četiri paralelna udubljenja, nazvana „tigrove pruge”, iz kojih gejziri izbacuju vodu i led u orbitu Saturna, pre svega materijal koji se organizuje u prsten E. Preletanje iznad južog pola obavljeno je 2008. godine na samo 50 kilometara od površine Enkelada, i to kroz jedan od gejzira, kada su sem vode i ugljenik-dioksida otkriveni i jednostavni ugljeni hidrati. Tokom godina otkriveno je i da se ispod površine nalazi veliki, slani, topli okean, a na osnovu magnetnih i gravitacionih merenja utvrđeno je da ledena ljuštura Enkelada nije povezana sa njegovim jezgrom, nego pliva na velikom unutrašnjem okeanu koji prekriva ceo mesec.

Nakon završetka Cassinijeve primarne misije od nepune četiri godine, ovaj program je dobio prvo, dvogodišnje produženje, u aprilu 2008. godine, a zatim i drugo od još sedam godina. Prvo produženje iskorišćeno je za još 60 orbita oko Saturna sa 21 bliskim prolazom sonde uz Titan, sedam uz Enkelad, po šest uz Mimas i Tetis, kao i po jedan uz mesece Dion, Rea i Helena. Tokom drugog produženja Cassini je obavio još 155 orbita oko Saturna, kao i 54 obilaska Titana i jedanaest Enkelada.

Po isteku drugog produženja, suočeni sa gotovo praznim rezervoarima goriva, u kontrolnom centru odlučuju se za finalni, veoma rizičan manevar, koji se niko ranije ne bi usudio da pokuša sa sondom koja je mogla i dalje da se koristi. Naime, u trenutku kada ostane bez goriva, sonda je prepuštena samoj sebi i gravitaciji objekata koji je okružuju. Sudar Cassinija sa bilo kojim od Saturnovih satelita na kojima postoje tragovi vode (pre svega Enkelada), mogao bi da dovede do kontaminacije mikrobima sa Zemlje koji se eventualno nalaze na sondi. Da bi se to izbeglo, rešeno je da se Cassini uništi poniranjem u Saturn, ali i ta poslednja deonica putovanja od preko 7,9 milijardi kilometara i skoro dvadeset godina, biće iskorišćena za prikupljanje naučnih podataka.

Tako je 26. aprila ove godine obavljen manevar tokom kog je sonda postavljena u ekscentričnu nisku orbitu, čija putanja je udenuta između Saturna i njegovog unutrašnjeg prstena D. Tokom te poslednje dvadeset dve orbite, Cassini je zbog blizine bio u prilici da detaljnije nego ikada pre snimi heksagon na severnom polu Saturna kao i kriovulkanska dešavanja na južnom polu Enkelada. Sem toga, po prvi put su pravljeni snimci prstenova iz unutrašnjosti ka spolja. Tokom finalnog poniranja u Saturnovu atmosferu, osam instrumenata koji podržavanju slanje podataka u realnom vremenu (svi sem optičkih), sve vreme su radili i slali podatke ka Zemlji dok se Cassini brzinom od 125.000 km/h približavao površini planete. Petnaestog aprila u ranim jutarnjim časovima, kontrolni centar misije Cassini-Huygens u Pasadeni u Kaliforniji bio je pun ljudi koji su decenijama radili na ovom projektu. Pet minuta pre pet sati ujutru, signal sa Cassinija se prekinuo, a po procenama dizajnera letelice, ona je sagorela u atmosferi Saturna nekih 45 sekundi kasnije.

• • •

Iako je misija Cassini-Huygens zvanično završena, obrada prikupljenih podataka nije. Tokom trinaest godina u Saturnovoj orbiti Cassini je snimio više od 450,000 fotografija i sakupio 635 gigabajta naučnih podataka. Većina prikupljenog materijala produbljuje naša znanja o Saturnu i njegovim mesecima, ali mnogo bitnije je što nam to daje novi uvid u istoriju Sunčevog sistema i same Zemlje. Trenutno su nove misije ka Saturnu, Titanu i Enkeladu koje planiraju u NASA i ESA pauzirane zbog nedostatka sredstava (izrada Cassini-Huygensa i praćenje tokom 20 godina, koštalo je preko četiri milijarde dolara). Ipak, naučnici nastavljaju sa osmišljavanjem načina da prodru dalje u tajne ovih nebeskih tela i od njih nauče sve što mogu o evoluciji planeta i nastanku života.

Dragan KOSOVAC