Sonda Cassini

Transkrypt

Sonda Cassini

© Copyright by Wydawnictwo ZamKor
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel./faks (0 prefiks 12) 623-25-00
e-mail: [email protected]
adres serwisu: www.zamkor.pl
Dokument zosta³ pobrany z „Serwisu
dla nauczyciela”. Kopiowanie dozwolone
tylko dla nauczycieli korzystaj¹cych
z podrêczników Wydawnictwa Zamkor
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia dokumentu: 18/08/2004
Wersja dokumentu: 002
Sonda Cassini na orbicie Saturna
Krzystof Sajewicz
1 lipca 2004 roku, po siedmiu latach podró¿y, pokonuj¹c 3,5
miliarda kilometrów, sonda Cassini wesz³a pomyœlnie na orbitê
Saturna. Przez cztery nastêpne lata (lub, w razie potrzeby d³u¿ej)
bêdzie kr¹¿yæ wokó³ „planety z pierœcieniami” i jej ksiê¿yców,
przeprowadzaj¹c ró¿ne eksperymenty i pomiary.
S³owa kluczowe: cassini, Saturn, Tytan, Huygens, pierœcienie,
misja, orbita, zdjêcia, NASA, ESA
Ÿród³o: NASA
Spis treœci
1. Informacje na temat sondy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Dane techniczne sondy Cassini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Przyrz¹dy naukowe na pok³adzie sondy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Opis misji sondy Cassini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3. Informacje na temat próbnika Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Dane techniczne próbnika Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Przyrz¹dy naukowe próbnika Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4. Opis misji próbnika Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5. Zdjêcia pierœcieni Saturna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
6. Sk³ad pierœcieni Saturna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
7. Magnetosfera Saturna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Uproszczony schemat magnetosfery Saturna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
8. Tytan, zdjêcia powierzchni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
9. Linki do stron na temat misji Cassini. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1
Poni¿ej: zdjêcie Saturna w naturalnych kolorach, zrobione 7 maja 2004 przez sondê Cassini podczas
manewru zbli¿ania siê do planety. W momencie robienia zdjêcia, sonda by³a w odleg³oœci 28,2 miliona
kilometrów od Saturna. Skala obrazu: 169 kilometrów na 1 piksel.
Ÿród³o: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
1. Informacje na temat sondy
Sonda Cassini jest jednym z najbardziej skomplikowanych urz¹dzeñ naukowych wys³anych w przestrzeñ kosmiczn¹. Jest tak¿e jednym z najwiêkszych tego typu przyrz¹dów. To efekt wspó³pracy dwóch najwiêkszych agencji kosmicznych: NASA (która kieruje ca³ym przedsiêwziêciem a tak¿e zbudowa³a sondê
Cassini) oraz ESA (Europejska Agencja Kosmiczna), dziêki której powsta³ próbnik Huygens, przeznaczony
do badañ Tytana.
Obok przedstawiamy schemat sondy Casg³ówna antena
komunikacyjna
sini oraz umiejscowienie poszczególnych przyramiê
rz¹dów.
magnetometru
radar
Dane techniczne sondy Cassini:
Wysokoœæ: 6,7 m
Szerokoœæ: 4m
Ciê¿ar:
5 712 kg
Moc silnika (generator termoelektryczny):
885 W (633 W pod koniec misji)
trójkomponentowy
detektor fal
plazmowych
detektory
cz¹stek
detektory
próbnik
Huygenes
silnik
(si³a ci¹gu = 445 N)
Ÿród³o: NASA
2
generator
termoelektryczny
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Przyrz¹dy naukowe na pok³adzie sondy:
spektrometr podczerwieni,
system obrazowania,
spektrograf ultrafioletowy,
radar,
spektrometr plazmowy,
analizator py³u kosmicznego,
spektrometr masowy,
magnetometr,
analizator fal plazmowych.
Oprócz wielkoœci i z³o¿onoœci, sonda Cassini ró¿ni siê od poprzednich (Galileo i Voyager) tak¿e i tym,
¿e na pok³adzie nie ma ruchomych ramion umo¿liwiaj¹cych kierowanie instrumentów pomiarowych
w ró¿ne strony. W zwi¹zku z zakrojonymi na szerok¹ skalê badaniami starano siê obni¿yæ koszty zwi¹zane
z takimi ruchomymi urz¹dzeniami w ten sposób, ¿e wszystkie przyrz¹dy naukowe przytwierdzono na sta³e
do cylindrycznego szkieletu statku. Konsekwencj¹ tego jest niemo¿liwoœæ obserwacji tego samego
obiektu przez wszystkie przyrz¹dy naraz, dlatego zaplanowanie badañ i trajektorii sondy by³o niezwykle
z³o¿one.
2. Opis misji sondy Cassini
Historia misji Cassini-Huygens przedstawiona jest na poni¿szym rysunku. Wystrzelenie sondy mia³o
miejsce wczesnym rankiem 15 paŸdziernika 1997 roku z przyl¹dka Canaveral na Florydzie. Podczas siedmioletniej podró¿y do uk³adu Saturna, Cassini dwukrotnie przelecia³ obok Wenus i raz obok Ziemi. Przelot
obok Jowisza w grudniu 2000 roku pozwoli³ sondzie osi¹gn¹æ odpowiedni¹ prêdkoœæ by w cztery lata
póŸniej dotrzeæ do celu.
Dotarcie do Saturna
1 lipiec 2004
Przelot w pobli¿u Jowisza
30 grudzieñ 2000
nus
We
³
ó
ok
ty w
o
l
e
24 czerwiec 1999
Pr z
26 kwiecieñ 1998
Przelot w pobli¿u Ziemi
18 sierpieñ 1999
S³oñce
Start
15 paŸdziernik 1997
Trajektornia sondy
Ÿród³o: NASA
3
Daty wed³ug
czasu uniwersalnego
Zakrojone na cztery nastêpne lata badania maj¹ na celu poznanie procesów kszta³tuj¹cych planety
olbrzymy. Naukowcy maj¹ nadziejê, ¿e obecna misja powtórzy sukces misji sondy Galileo, która dostarczy³a nowych niezwyk³ych informacji o Jowiszu i jego ksiê¿ycach.
Przed momentem najwiêkszego zbli¿enia do Saturna, sonda uruchomi swój silnik g³ówny i rozpocznie
manewr hamowania, który spowoduje wejœcie sondy na orbitê w kszta³cie silnie sp³aszczonej elipsy.
W trakcie trwania misji orbita ta bêdzie zmniejszaæ swoj¹ d³ug¹ pó³oœ, by umo¿liwiæ sondzie wykonanie
wszystkich zaplanowanych pomiarów i zbadanie Tytana. Tytan, jako jedyny ksiê¿yc w uk³adzie s³onecznym
posiada w³asn¹ atmosferê i dlatego jest tak interesuj¹cy dla naukowców.
3. Informacje na temat próbnika Huygens
25 grudnia 2004 od sondy Cassini oddzieli siê próbnik Huygens, przeznaczony do badañ najwiêkszego
ksiê¿yca Saturna, Tytana. Urz¹dzenie to powsta³o w labolatoriach Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA).
Dane techniczne próbnika Huygens:
Œrednica: 2,7 m
Ciê¿ar:
320kg
•
•
•
•
•
•
•
os³ona tylna
Przyrz¹dy naukowe próbnika Huygens:
system obrazowania,
radiometr spektralny,
urz¹dzenie do badania efektu Dopplera w atmosferze,
chromatograf gazowy,
spektrometr masowy,
urz¹dzenie do badania atmosfery,
zestaw do badañ powierzchni Tytana
Na rysunku obok przedstawiono schemat budowy próbnika Huygens. Przyrz¹dy naukowe umieszczono wewn¹trz
kilku warstw os³on. Ca³y próbnik jest chroniony przed nadmiernym rozgrzaniem w czasie opadania w atmosferze
przez termiczn¹ os³onê przedni¹.
os³ona przyrz¹dów
górna platforma
przyrz¹dy naukowe
kopu³a próbnika
os³ona przednia
Ÿród³o: NASA
Na pok³adzie próbnika znajduj¹ siê równie¿ specjalne spadochrony stabilizuj¹ce opadanie.
4. Opis misji próbnika Huygens
Po oddzieleniu siê od sondy, Huygens bêdzie dryfowa³ w kierunku Tytana i 14 stycznia 2005 wejdzie
w jego atmosferê. Bêdzie on nastêpnie opada³ w atmosferze przez oko³o 3 godziny i w tym czasie dokona
róznorodnych jej pomiarów. Atmosfera Tytana rozci¹ga siê na oko³o 1000 km nad powierzchni¹ (jest ponad 10 razy grubsza ni¿ ziemska).
4
Na wysokoœci oko³o 170 km nad powierzchni¹ otworzy siê spadochron. Wówczas do akcji wkrocz¹:
chromatograf gazowy i spektrometr masowy. Zbadaj¹ one sk³ad chemiczny atmosfery. Inny przyrz¹d pobierze próbki py³u, spowoduje odparowanie go, a nastêpnie zbada jego sk³ad chemiczny.
Poni¿ej 50 km urz¹dzenie do obrazowania zacznie wykonywaæ panoramiczne zdjêcia krajobrazu. Wskutek tego, ¿e gruba atmosfera Tytana poch³ania niebiesk¹ sk³adow¹ œwiat³a s³onecznego, na dole panuje
pó³mrok z dominuj¹c¹ sk³adow¹ czerwon¹. Aby móc wykonaæ analizê spektroskopow¹ gruntu, na wysokoœci kilkuset metrów próbnik zapali lampê emituj¹c¹ œwiat³o bia³e. Oprócz tego mierzone bêd¹ tak¿e:
si³a wiatru, temperatura i ciœnienie, pole elektryczne (œwiadcz¹ce o wy³adowaniach atmosferycznych).
Poniewa¿ g³ównym celem Huygensa jest zbadanie atmosfery Tytana, nie zosta³ on przygotowany do
„miêkkiego l¹dowania”. Koñcowa prêdkoœæ opadania to kilka metrów na sekundê. Po wyl¹dowaniu, próbnik zbierze informacje dotycz¹ce sk³adu i struktury powierzchni. Czas trwania tych badañ (jeœli powiedzie
siê l¹dowanie) wyniesie od 3 do 30 minut.
wysokoœæ
1270 km
Mach 1,5
150-180 km
T0
T0 + 32,5 s
145-170 km
95 m/s
T0 + 42 s
Mach 2.0
300-250 km
T0 + 15 min
105-125 km
35 m/s
T0 + 2,5 s
wejœcie
w atmosferê
5-6 ms
TS – T0 + 150 min
(maksimum)
otwarcie
oddzielenie
spadochronu
przedniej
pilotuj¹cego
os³ony
otwarcie
spadochronu
pilotuj¹cego
odrzucenie
g³ównego
spadochronu
l¹dowanie
otwarcie
spadochronu
stabilizuj¹cego
czas trwania
misji na
powierzchni
oko³o 3 min
Ÿród³o: NASA
5. Zdjêcia pierœcieni Saturna
Zdjêcie na nastêpnej stronie przedstawia zewnêtrzne pierœcienie Saturna. Zosta³o ono wykonane aparatem w¹skok¹tnym na pok³adzie sondy Cassini 1 lipca 2004 roku.
5
WyraŸnie widoczna jest szczelina Enckego, zewnêtrzny pierœcieñ G oraz jeden z ksiê¿yców.
•ród³o: http://www.jpl.nasa.gov
Ÿród³o: NASA/JPL-Caltech
Zdjêcie zosta³o zrobione przez spektrograf
œwiat³a ultrafioletowego, który jest w stanie rozró¿niæ struktury o rozmiarach oko³o 100 km.
Rozdzielczoœæ tego instrumentu jest zatem
o dwa rzêdy wielkoœci wiêksza ni¿ rozdzielczoœæ
podobnego urz¹dzenia na sondzie Voyager 2.
Aktualnie jest to najdok³adniejsze zdjêcie
pierœcieni Saturna w œwietle ultrafioletowym.
Turkusowy kolor odpowiada obszarom lodu. Widaæ, ¿e najwiêcej lodu jest w zewnêtrznych obszarach pierœcieni.
6. Sk³ad pierœcieni Saturna
Przyrz¹dy naukowe, umieszczone na sondzie Cassini, s³u¿¹ce do obserwacji w œwietle widzialnym
i podczerwonym, dostarczy³y informacji o przestrzennym roz³o¿eniu lodowych bry³ w pierœcieniach
Saturna. Okaza³o siê, ¿e wraz ze wzrostem odleg³oœci od Saturna, ich œrednia wielkoœæ roœnie. Zosta³o to
6
przedstawione na poni¿szym obrazku, gdzie po prawej stronie widaæ dane ze spektrometrów, po lewej
natomiast zdjêcie badanego obszaru w œwietle widzialnym.
Obrazy ze spektometrów
(œwiat³a niebieskiego i podczerwieni)
rozk³ad wielkoœci ziaren
ma³e
du¿e
Ÿród³o: Courtesy NASA/JPL-Caltech
7. Magnetosfera Saturna
Wykresy przedstawiaj¹ dane z magnetometru i spektrometru plazmowego umieszczonych na pok³adzie
Cassini. Dolny wykres pochodzi ze spektrometru plazmowego, mierz¹cego energiê przelatuj¹cych
cz¹stek. Kolor zielony reprezentuje cz¹stki o najwiêkszej energii. Górny wykres pokazuje natê¿enie pola
magnetycznego zmierzone przez magnetometr. Zmiany w natê¿eniu wynikaj¹ z przechodzenia sondy przez
strumienie wiatru s³onecznego odchylane przez magnetosferê Saturna.
6
natê¿enie
pola
magnetycznego
5
4
Magnetosfera
front wiatru
s³onecznego
3
2
1
0 180,6
180,8
181
181,2
dane ze
spektometru
plazmowego
Ÿród³o: Courtesy NASA/JPL-Caltech
7
181,4
Uproszczony schemat magnetosfery Saturna:
wiatr s³oneczny
front wiatru s³onecznego
pojedyncze
ob³oki plazmy
zewnêtrzny
ob³ok
plazmy E-Ring
Mimas
Tethys
Titan
gor¹ca
warstwa zewnêtrzna
magnetosfery
wewnêtrzny
pierœcieñ
plazmy
Dione Rhea
Enceladus
Ÿród³o: NASA
8. Tytan, zdjêcia powierzchni
Zdjêcie zrobione przez sondê Cassini ukazuje nigdy dot¹d nie ogl¹dane
szczegó³y powierzchni Tytana. Jest to przerobiony skan po³udniowej pó³kuli,
ogl¹danej w œwietle podczerwonym i widzialnym. Kolory nie odzwierciedlaj¹
rzeczywistego wygl¹du powierzchni satelity, wprowadzono je dla ³atwiejszej
identyfikacji. ¯ó³te obszary odpowiadaj¹ wêglowodorom, zielone – pokrywom
lodowym.
Bia³y kolor to chmury metanu. Okr¹g³y obiekt na dole zdjêcia to najprawdopodobniej wielki krater. Wiêcej informacji na temat spektrometrów na
pok³adzie sondy Cassini: http://wwwvims.lpl.arizona.edu/
8
9. Linki do stron na temat misji Cassini
Nowoœci na temat misji Cassini:
http://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/main/index.html
Informacje na temat misji Cassini-Huygens:
http://saturn.jpl.nasa.gov/
Strona zespo³u Cassini:
http://ciclops.org/
9

Sonda Cassini

Transkrypt

Podobne dokumenty

Czy można dziś żyć bez telefonu komórkowego

Wyznaczanie gęstości ciał stałych

Symbol Znaczenie symbolu przewód elektryczny odbiornik zwojnica

i w niezwykłym miejscu

Księga natury jest spisana w języku matematyki

Różdżki, lewitacja, tarot – gdzie w tym wszystkim

Zadania z fizyki i ich rozwiązania z części przyrodniczej

Lista zestawów doświadczalnych do cz. 3 „Świata fizyki”

Fragment recenzji PAU