Sonda Cassini a pán prstenců

Dne 1. července 2004 (podle světového času) dorazí k planetě Saturn americká meziplanetární sonda Cassini. Po čtyři roky bude zkoumat podivuhodnou obří planetu obklopenou nádhernými prstenci a její neméně podivuhodný systém měsíců.

Obr. 1: Snímek měsíce Phoebe pořízený při přibližování sondy Cassini k Saturnu. [6]

Obr. 2: Planeta Saturn několik týdnů před příletem sondy Cassini. [6]

Sonda Cassini startovala 15. října 1997 na palubě rakety Titan IV-B/Centaur. Protože neexistuje nosič, který by dokázal masivní 6 tunovou sondu uvést na přímou dráhu k Saturnu, bylo třeba sáhnout k dnes již osvědčenému a obvyklému gravitačnímu prakování. Jde o metodu, kdy se dráha a rychlost daného tělesa (v tomto případě sondy Cassini) upravují pomocí těsných průletů kolem planet [1]. Sonda Cassini prolétla dvakrát kolem planety Venuše (26. dubna 1998 a 24. června 1999), jednou okolo Země (18. srpna 1999) a konečně 30. prosince 2000 proletěla kolem největší planety sluneční soustavy, Jupiteru. Poté sonda již definitivně zamířila ke svému cíli – Saturnu.

V pravém slova smyslu jde vlastně o dvojmisi Cassini-Huygens, kde Huygens představuje malé 319 kilogramů vážící pouzdro, umístěné na boku sondy Cassini, určené pro přistání na povrchu Titanu (největší měsíc Saturnu a jediný známý přirozený satelit s hustou atmosférou).

Sonda Cassini je tříose stabilizované těleso nesoucí na své palubě 12 různých vědeckých přístrojů (Huygens jich má šest), které napájejí tři radioizotopové zdroje. Zde jsou bližší informace k jednotlivým přístrojům [2]:

• CAPS – Cassini Plasma Spectrometer – měří energii a náboj částic (elektrony, protony). Bude zkoumat ionosféru a magnetosféru Saturnu, stejně jako částice slunečního větru v ní polapené.
• CDA – Cosmic Dust Analyzer – bude zjišťovat množství, rozměr, rychlost a směr letu malých prachových zrnek v blízkosti Saturnu.
• CIRS – Composite Infrared Spectrometer – je určen k měření tepelných toků z atmosféry, prstenců či povrchů měsíců Saturnu. Umožňuje zjistit složení, teplotu a tepelné vlastnosti zkoumaného předmětu. Rovněž by měl sledovat bleskové výboje na noční straně Saturnu.
• INMS – Ion and Neutral Mass Spectrometer – analýza nabitých i neutrálních částic v okolí Saturnu a Titanu.
• ISS – Imaging Science Subsystem – je schopen pořizovat záběry v ultrafialovém, viditelném i infračerveném světle. Skládá se ze dvou kamer. Jedné širokoúhlé (WAC – Wide Angle Camera) a jedné teleskopické, určené pro pořizování detailních záběrů (NAC – Narrow Angle Camera). Jako detektory slouží citlivé CCD prvky s rozlišením 1024x1024 pixelů.
• MAG – Dual Technique Magnetometer – bude zjišťovat sílu a orientaci magnetického pole kolem Saturnu. S jeho pomocí by měla být zhotovena trojrozměrná mapa Saturnovy magnetosféry a rovněž změřena přítomnost magnetických polí u Titanu a dalších měsíců. Také se bude zkoumat vliv těchto měsíců na magnetosféru Saturnu.
• MIMI – Magnetospheric Imaging Instrument – bude snímat a zjišťovat informace o částicích polapených v Saturnově magnetickém poli. Výsledné informace budou použity ke zjištění celkové struktury a dynamiky Saturnovy magnetosféry a její interakce se slunečním větrem, měsíci Saturnu, jeho atmosférou a prstenci planety.
• Cassini RADAR – radar určený hlavně k průzkumu povrchových útvarů na Titanu (zjištění existence a rozlohy metanových oceánů na Titanu). Pracuje na vlnové délce 13,78 GHz.
• RPWS – Radio and Plasma Wave Science instrument – přijímá radiové vlny emitované Saturnem a Titanem. Měří elektrická a magnetická pole v meziplanetárním prostoru a Saturnově magnetosféře.
• RSS – Radio Science Subsystem – za pomoci antén umístěných na Zemi se studují změny radiového signálu vyslaného z kosmické sondy (Cassini) při průchodu tohoto signálu např. atmosférou Titanu nebo prstenci Saturnu. Tento postup umožňuje zjistit složení, tlak a teplotu atmosféry a ionosféry, radiální strukturu a distribuci velikostí částic v prstencích planety atd.
• UVIS – Ultraviolet Imaging Spectrograph – slouží k pořizování snímků oblačnosti v Saturnově atmosféře, jeho prstenců atd. v ultrafialovém světle. Tato data napomohou k určení jejich složení a struktury. Přístroj pracuje v rozmezí 55,8 – 190 nanometrů.
• VIMS – Visible and Infrared Mapping Spectrometer – bude pořizovat snímky ve viditelném a infračerveném světle. Rovněž bude sledovat průchody slunečního nebo hvězdného světla skrze prstence Saturnu, což umožní zjistit jejich strukturu. Jedním z dalších úkolů bude také sledování bleskových výbojů na Saturnu.

V prosinci 2004 by se od sondy Cassini mělo oddělit pouzdro Huygens, které po 22 denní pouti vstoupí do atmosféry Titanu. V první fázi sestupu zmenší svou rychlost třením o atmosféru – k tomuto účelu je Huygens vybaven tepelným štítem o průměru 2,7 m a hmotnosti 79 kg [3]. Poté se začne snášet na padáku k povrchu, což by mělo trvat kolem 120 – 150 minut. Protože není jisté, jestli sonda dosedne na pevný či kapalný povrch, je sestrojena tak, aby dokázala plavat. Sondu Huygens dodala Evropská kosmická agentura (ESA) [4]. Na palubě pouzdra Huygens se nacházejí tyto přístroje [5]:

• HASI – Huygens Atmospheric Structure Instrument – souprava pro určení fyzikálních vlastností Titanovy atmosféry. Pomocí akcelerometrů se např. budou ve třech osách měřit síly působící na těleso sondy během sestupu. To umožní zjistit hustotu atmosféry a detekovat případné nárazy větru.
• DWE – Doppler Wind Experiment – pomocí tohoto přístroje bude možné určit jak rychle je pouzdro unášeno větrem při sestupu atmosférou.
• DISR – Descent Imager/Spectral Radiometer – přístroj určený ke zjišťování vertikálních radiačních toků v atmosféře Titanu a rozptylu světla na aerosolových částicích (umožní určit jejich počet). Obsahuje dva snímače – pro infračervené a viditelné světlo, které budou v pozdější fázi sestupu mimo jiné pořizovat snímky povrchu.
• GCMS – Gas Chromatograph Mass Spectrometer – bude zjišťovat přesné složení atmosféry Titanu a v případě úspěšného přistání i složení okolního povrchu.
• ACP – Aerosol Collector and Pyrolyser – bude shromažďovat vzorky aerosolů a ty poté podrobí pyrolýze. Produkty pyrolýzy budou analyzovány pomocí přístroje GCMS (viz výše).
• SSP – Surface-Science Package – souprava senzorů k určení fyzikálních vlastností povrchu. Drsnost povrchu bude měřena v posledních 100 metrech výšky pomocí zvukové sondáže – dokáže určit i vlny na kapalném povrchu. V případě přistání na kapalině bude určovat rychlost šíření zvuku (a snad i hloubku).

Celkově vzato se jedná o nesmírně zajímavou a velmi ambiciózní misi, od které lze očekávat mimořádně cenné informace o Saturnu, jeho prstencích a měsících, magnetosféře atd. Na závěr nezbývá než si přát, aby sonda Cassini-Huygens byla plně úspěšná.