Cassini-Huygens ( / k ə ˈ s iː n i ˈ h ɔɪ ɡ ən z / kə- SEE -nee HOY -gənz ), comúnmente llamada Cassini , fue unamisión de investigación espacial de la NASA , la Agencia Espacial Europea (ESA), y la Agencia Espacial Italiana (ASI) enviarán una sonda espacial para estudiar el planeta Saturno y su sistema, incluidos sus anillos y satélites naturales . La nave espacial robótica de clase Flagship estaba compuesta por la sonda espacial Cassini de la NASA y el módulo de aterrizaje Huygens de la ESA , que aterrizó en Titán , la luna más grande de Saturno . [8] Cassini fue la cuarta sonda espacial que visitó Saturno y la primera en entrar en su órbita, donde permaneció de 2004 a 2017. Las dos naves tomaron sus nombres de los astrónomos Giovanni Cassini y Christiaan Huygens .
Lanzada a bordo de un Titán IVB/Centaur el 15 de octubre de 1997, Cassini estuvo activa en el espacio durante casi 20 años, y pasó 13 años orbitando Saturno y estudiando el planeta y su sistema después de entrar en órbita el 1 de julio de 2004. [9]
El viaje a Saturno incluyó sobrevuelos de Venus (abril de 1998 y julio de 1999), la Tierra (agosto de 1999), el asteroide 2685 Masursky y Júpiter (diciembre de 2000). La misión finalizó el 15 de septiembre de 2017, cuando la trayectoria de Cassini la llevó a la atmósfera superior de Saturno y se quemó [10] [11] para evitar cualquier riesgo de contaminación de las lunas de Saturno, que podrían haber ofrecido entornos habitables a polizones terrestres. microbios en la nave espacial. [12] [13] La misión tuvo un éxito más allá de las expectativas: el director de la División de Ciencias Planetarias de la NASA, Jim Green , describió a Cassini-Huygens como una "misión pionera" [14] que ha revolucionado la comprensión humana del sistema de Saturno, incluidas sus lunas y anillos y nuestra comprensión de dónde se podría encontrar vida en el Sistema Solar . [15]
Los planificadores de Cassini programaron originalmente una misión de cuatro años, desde junio de 2004 hasta mayo de 2008. La misión se extendió por otros dos años hasta septiembre de 2010, denominada Misión Cassini Equinox . La misión se extendió por segunda y última vez con la Misión Cassini Solstice , y duró otros siete años hasta el 15 de septiembre de 2017, fecha en la que Cassini fue desorbitada para quemarse en la atmósfera superior de Saturno. [dieciséis]
El módulo Huygens viajó con Cassini hasta su separación de la sonda el 25 de diciembre de 2004; Huygens aterrizó en paracaídas en Titán el 14 de enero de 2005. La separación fue facilitada por el SED (dispositivo de giro/expulsión), que proporcionó una velocidad de separación relativa de 0,35 metros por segundo (1,1 pies/s) y una velocidad de giro de 7,5 rpm. . [17] Devolvió datos a la Tierra durante unos 90 minutos, utilizando el orbitador como relevo. Este fue el primer aterrizaje jamás realizado en el Sistema Solar exterior y el primer aterrizaje en una luna distinta de la Luna de la Tierra.
Al final de su misión, la nave Cassini ejecutó su "Gran Final": una serie de pasos arriesgados a través de las brechas entre Saturno y sus anillos interiores. [5] [6] Esta fase tenía como objetivo maximizar el resultado científico de Cassini antes de que la nave espacial fuera destruida intencionalmente [18] para evitar una posible contaminación de las lunas de Saturno si Cassini chocara involuntariamente contra ellas cuando ya no fuera posible maniobrar la sonda debido a pérdida de energía u otros problemas de comunicación al final de su vida útil operativa. La entrada en la atmósfera de Cassini puso fin a la misión, pero el análisis de los datos devueltos continuará durante muchos años. [15]
Científicos y personas de 27 países formaron el equipo conjunto responsable de diseñar, construir, volar y recopilar datos del orbitador Cassini y la sonda Huygens . [19]
El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Estados Unidos, donde se montó el orbitador, gestionó la misión. El Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial desarrolló Huygens . El contratista principal del centro, Aérospatiale de Francia (parte de Thales Alenia Space desde 2005), ensambló la sonda con equipos e instrumentos suministrados por muchos países europeos (incluidas las baterías de Huygens y dos instrumentos científicos de Estados Unidos). La Agencia Espacial Italiana (ASI) proporcionó la antena de radio de alta ganancia del orbitador Cassini , con la incorporación de una antena de baja ganancia (para asegurar las telecomunicaciones con la Tierra durante toda la misión), un radar compacto y ligero , que además Usó la antena de alta ganancia y sirvió como radar de apertura sintética , altímetro de radar , radiómetro , subsistema de ciencia de radio (RSS) y la porción de canal visible VIMS-V del espectrómetro VIMS . [20]
La NASA proporcionó la contraparte infrarroja del VIMS, así como el conjunto electrónico principal, que incluía subconjuntos electrónicos proporcionados por el CNES de Francia. [21] [22]
El 16 de abril de 2008, la NASA anunció una extensión de dos años de la financiación para las operaciones terrestres de esta misión, momento en el que pasó a llamarse Misión Cassini Equinox. [23] La ronda de financiación fue ampliada nuevamente [ ¿por quién? ] en febrero de 2010 con la misión Cassini Solstice .
La misión constaba de dos elementos principales: el orbitador Cassini de ASI/NASA , llamado así en honor del astrónomo italiano Giovanni Domenico Cassini , descubridor de las divisiones de los anillos de Saturno y de cuatro de sus satélites; y la sonda Huygens desarrollada por la ESA , llamada así en honor del astrónomo, matemático y físico holandés Christiaan Huygens , descubridor de Titán.
La misión se llamó comúnmente Saturn Orbiter Titan Probe (SOTP) durante su gestación, tanto como misión Mariner Mark II como genéricamente. [24]
Cassini-Huygens fue una misión de clase insignia a los planetas exteriores. [8] Los otros buques insignia planetarios incluyen Galileo , Voyager y Viking . [8]
Cassini tenía varios objetivos, entre ellos: [25]
Cassini-Huygens fue lanzada el 15 de octubre de 1997 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 40 de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral utilizando un cohete Titan IV B/ Centaur de la Fuerza Aérea de EE. UU . El lanzador completo estaba compuesto por un cohete propulsor Titan IV de dos etapas, dos motores de cohete sólidos con correa , la etapa superior Centaur y un recinto de carga útil o carenado. [26]
El costo total de esta misión de exploración científica fue de aproximadamente 3.260 millones de dólares , incluidos 1.400 millones de dólares para el desarrollo previo al lanzamiento, 704 millones de dólares para las operaciones de la misión, 54 millones de dólares para el seguimiento y 422 millones de dólares para el vehículo de lanzamiento. Estados Unidos contribuyó con 2.600 millones de dólares (80%), la ESA con 500 millones de dólares (15%) y la ASI con 160 millones de dólares (5%). [27] Sin embargo, estas cifras provienen del dossier de prensa que se preparó en octubre de 2000. No incluyen la inflación durante el transcurso de una misión muy larga, ni incluyen el costo de las misiones prolongadas.
La misión principal de Cassini se completó el 30 de julio de 2008. La misión se extendió hasta junio de 2010 ( Misión Cassini Equinox). [28] Este estudió el sistema de Saturno en detalle durante el equinoccio del planeta , que ocurrió en agosto de 2009. [23]
El 3 de febrero de 2010 , la NASA anunció otra extensión para Cassini , que duraría 6 años y medio hasta 2017, y terminaría en el momento del solsticio de verano en el hemisferio norte de Saturno ( Misión Solsticio Cassini ). La extensión permitió otras 155 revoluciones alrededor del planeta, 54 sobrevuelos de Titán y 11 sobrevuelos de Encelado . [29] En 2017, un encuentro con Titán cambió su órbita de tal manera que, en su máximo acercamiento a Saturno, estaba a solo 3.000 km (1.900 millas) por encima de las nubes del planeta, debajo del borde interior del anillo D. Esta secuencia de "órbitas próximas" terminó cuando su encuentro final con Titán envió la sonda a la atmósfera de Saturno para ser destruida.
Los orígenes de Cassini-Huygens se remontan a 1982, cuando la Fundación Europea para la Ciencia y la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos formaron un grupo de trabajo para investigar futuras misiones cooperativas. Dos científicos europeos sugirieron un par de Saturn Orbiter y Titan Probe como una posible misión conjunta. En 1983, el Comité de Exploración del Sistema Solar de la NASA recomendó el mismo par de Orbitador y Sonda como proyecto central de la NASA. La NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) realizaron un estudio conjunto de la misión potencial de 1984 a 1985. La ESA continuó con su propio estudio en 1986, mientras que la astronauta estadounidense Sally Ride , en su influyente informe de 1987, NASA Leadership and America's Future in Space , también examinó y aprobó la misión Cassini . [30]
Mientras que el informe de Ride describía el orbitador y la sonda de Saturno como una misión en solitario de la NASA, en 1988 el Administrador Asociado para Ciencias y Aplicaciones Espaciales de la NASA, Len Fisk, volvió a la idea de una misión conjunta de la NASA y la ESA. Escribió a su homólogo de la ESA, Roger Bonnet, sugiriéndole encarecidamente que la ESA eligiera la misión Cassini entre las tres candidatas disponibles y prometiendo que la NASA se comprometería con la misión tan pronto como lo hiciera la ESA. [31]
En ese momento, la NASA se estaba volviendo más sensible a la tensión que se había desarrollado entre los programas espaciales estadounidense y europeo como resultado de la percepción europea de que la NASA no la había tratado como a un igual durante colaboraciones anteriores. Los funcionarios y asesores de la NASA involucrados en la promoción y planificación de Cassini-Huygens intentaron corregir esta tendencia enfatizando su deseo de compartir equitativamente cualquier beneficio científico y tecnológico resultante de la misión. En parte, este nuevo espíritu de cooperación con Europa fue impulsado por un sentimiento de competencia con la Unión Soviética , que había comenzado a cooperar más estrechamente con Europa a medida que la ESA se alejaba más de la NASA. A finales de 1988, la ESA eligió Cassini-Huygens como su próxima misión importante y al año siguiente el programa recibió una importante financiación en Estados Unidos. [32] [33]
La colaboración no sólo mejoró las relaciones entre los dos programas espaciales sino que también ayudó a Cassini-Huygens a sobrevivir a los recortes presupuestarios del Congreso de Estados Unidos. Cassini-Huygens fue objeto de críticas políticas tanto en 1992 como en 1994, pero la NASA logró persuadir al Congreso de los Estados Unidos de que no sería prudente detener el proyecto después de que la ESA ya hubiera invertido fondos para su desarrollo, porque la frustración por las promesas incumplidas de exploración espacial podría extenderse a otros países. áreas de las relaciones exteriores. El proyecto avanzó políticamente sin problemas después de 1994, aunque grupos de ciudadanos preocupados por el posible impacto ambiental que podría tener un fallo en el lanzamiento (debido a su fuente de energía de plutonio) intentaron descarrilarlo mediante protestas y demandas hasta su lanzamiento en 1997 y después. [34] [35] [36] [37] [38]
Se planeó que la nave espacial fuera la segunda Mariner Mark II estabilizada en tres ejes y propulsada por RTG , una clase de nave espacial desarrollada para misiones más allá de la órbita de Marte , después de la misión Comet Rendezvous Asteroid Flyby (CRAF), pero hubo recortes presupuestarios y cambios en el alcance del proyecto. Obligó a la NASA a finalizar el desarrollo de CRAF para salvar Cassini . Como resultado, Cassini se volvió más especializada. La serie Mariner Mark II fue cancelada.
El orbitador y la sonda combinados son la tercera nave espacial interplanetaria no tripulada más grande jamás lanzada con éxito, detrás de las sondas a Marte Phobos 1 y 2 , además de estar entre las más complejas. [39] [40] El orbitador tenía una masa de 2150 kg (4740 lb), la sonda 350 kg (770 lb), incluidos 30 kg (66 lb) de equipo de soporte de la sonda que quedaba en el orbitador. Con el adaptador del vehículo de lanzamiento y 3.132 kg (6.905 lb) de propulsores en el lanzamiento, la nave espacial tenía una masa de 5.600 kg (12.300 lb).
La nave espacial Cassini tenía 6,8 metros (22 pies) de alto y 4 metros (13 pies) de ancho. La complejidad de la nave espacial aumentó por su trayectoria (ruta de vuelo) hacia Saturno y por la ambiciosa ciencia en su destino. Cassini tenía 1.630 componentes electrónicos interconectados , 22.000 conexiones de cables y 14 kilómetros (8,7 millas) de cableado. [41] La CPU de la computadora de control central era un sistema redundante que utilizaba la arquitectura del conjunto de instrucciones MIL-STD-1750A . El sistema de propulsión principal constaba de un motor cohete bipropelente R-4D principal y uno de respaldo. El empuje de cada motor era de 490 N (110 lbf ) y el delta-v total de la nave espacial era de aproximadamente 2040 m/s (4600 mph). [42] Cohetes monopropulsores más pequeños proporcionaron control de actitud.
Cassini funcionaba con 32,7 kg (72 lb) de combustible nuclear, principalmente dióxido de plutonio (que contiene 28,3 kg (62 lb) de plutonio puro ). [43] El calor de la desintegración radiactiva del material se convirtió en electricidad. Huygens contó con el apoyo de Cassini durante el crucero, pero utilizó baterías químicas cuando fue independiente.
La investigación contenía un DVD con más de 616.400 firmas de ciudadanos de 81 países, recogidas en una campaña pública. [44] [45]
Hasta septiembre de 2017 la sonda Cassini continuó orbitando Saturno a una distancia de entre 8,2 y 10,2 unidades astronómicas (1,23 × 10 9 y 1,53 × 10 9 km ; 760.000.000 y 950.000.000 mi ) de la Tierra. Las señales de radio tardaron entre 68 y 84 minutos en viajar desde la Tierra hasta la nave espacial, y viceversa. Por tanto, los controladores terrestres no podían dar instrucciones "en tiempo real" para las operaciones diarias o para eventos inesperados. Incluso si la respuesta fuera inmediata, habrían pasado más de dos horas entre la aparición del problema y la recepción de la respuesta de los ingenieros por el satélite.
Instrumentos: [47]
La instrumentación de Cassini consistía en: un mapeador de radar de apertura sintética , un sistema de imágenes de dispositivo de carga acoplada , un espectrómetro de mapeo visible/ infrarrojo , un espectrómetro infrarrojo compuesto, un analizador de polvo cósmico , un experimento de ondas de radio y plasma , un espectrómetro de plasma, un un espectrógrafo de imágenes ultravioleta , un instrumento de imágenes magnetosféricas , un magnetómetro y un espectrómetro de masas de iones /neutro . También se utilizó la telemetría de la antena de comunicaciones y otros transmisores especiales (un transmisor de banda S y un sistema de banda Ka de doble frecuencia ) para realizar observaciones de las atmósferas de Titán y Saturno y medir los campos de gravedad del planeta y sus satélites.
UVIS constaba de cuatro canales detectores separados: el ultravioleta lejano (FUV), el ultravioleta extremo (EUV), el fotómetro de alta velocidad (HSP) y la celda de absorción de hidrógeno-deuterio (HDAC). UVIS recopiló imágenes hiperespectrales y espectros discretos de Saturno, sus lunas y anillos, así como datos de ocultación estelar. [58]
El canal HSP está diseñado para observar la luz de las estrellas que pasa a través de los anillos de Saturno (conocidas como ocultaciones estelares) con el fin de comprender la estructura y la profundidad óptica de los anillos. [59] Los datos de ocultación estelar de los canales HSP y FUV confirmaron la existencia de columnas de vapor de agua en el polo sur de Encelado, además de caracterizar la composición de las columnas. [60]
Debido a la distancia de Saturno al Sol, los paneles solares no eran factibles como fuente de energía para esta sonda espacial. [61] Para generar suficiente energía, tales conjuntos habrían sido demasiado grandes y pesados. [61] En cambio, el orbitador Cassini estaba propulsado por tres generadores termoeléctricos de radioisótopos GPHS-RTG , que utilizan el calor de la desintegración de aproximadamente 33 kg (73 lb) de plutonio-238 (en forma de dióxido de plutonio ) para generar electricidad de corriente continua. a través de termoeléctricas . [61] Los RTG de la misión Cassini tienen el mismo diseño que los utilizados en las sondas espaciales New Horizons , Galileo y Ulysses , y fueron diseñados para tener vidas operativas muy largas. [61] Al final de la misión Cassini de 11 años nominales , todavía eran capaces de producir entre 600 y 700 vatios de energía eléctrica. [61] (El hardware sobrante del programa Cassini RTG se modificó y utilizó para impulsar la misión New Horizons a Plutón y el cinturón de Kuiper , que fue diseñada y lanzada más tarde. [62] )
La distribución de energía se realizó mediante 192 interruptores de estado sólido , que también funcionaron como disyuntores en caso de una condición de sobrecarga. Los conmutadores utilizaban MOSFET que presentaban una mayor eficiencia y una vida útil más larga en comparación con los conmutadores convencionales, al mismo tiempo que eliminaban los transitorios . Sin embargo, estos disyuntores de estado sólido eran propensos a dispararse erróneamente (presumiblemente debido a rayos cósmicos), lo que obligaba a reiniciarlos y provocaba pérdidas en los datos experimentales. [63]
Para ganar impulso estando ya en vuelo, la trayectoria de la misión Cassini incluyó varias maniobras de tirachinas gravitacionales : dos sobrevuelos de Venus , uno más de la Tierra, y luego uno del planeta Júpiter . El sobrevuelo terrestre fue el último caso en el que la sonda planteó algún peligro imaginable para los seres humanos. La maniobra fue exitosa, con Cassini pasando a 1.171 km (728 millas) sobre la Tierra el 18 de agosto de 1999. [64] Si hubiera habido algún mal funcionamiento que provocara que la sonda colisionara con la Tierra, el estudio completo de impacto ambiental de la NASA estimó que, en En el peor de los casos (con un ángulo de entrada agudo en el que Cassini se quemaría gradualmente), una fracción significativa de los 33 kg [43] de combustible nuclear dentro de los RTG se habría dispersado en la atmósfera terrestre de modo que hasta cinco mil millones de personas (es decir, casi toda la población terrestre) podría haber estado expuesta, causando hasta 5.000 muertes adicionales por cáncer en las décadas siguientes [65] (0,0005 por ciento, es decir, una fracción de 0,000005, de mil millones de muertes por cáncer que se esperaban de todos modos por otras causas); el producto se calcula incorrectamente en otros lugares [66] como 500.000 muertes). Sin embargo, se estimó que la probabilidad de que esto sucediera era inferior a una entre un millón, es decir, la probabilidad de que una persona muriera (suponiendo 5.000 muertes) era inferior a 1 entre 200. [65]
El análisis de riesgo de la NASA sobre el uso de plutonio fue criticado públicamente por Michio Kaku , alegando que se subestimaron las víctimas, los daños a la propiedad y las demandas judiciales resultantes de un posible accidente, así como el uso potencial de otras fuentes de energía, como la solar y las pilas de combustible. [67]
La nave espacial Cassini era capaz de transmitir en varios formatos de telemetría diferentes. El subsistema de telemetría es quizás el más importante, porque sin él no podría haber devolución de datos.
La telemetría se desarrolló desde cero, debido a que la nave espacial utilizaba un conjunto de computadoras más moderno que las misiones anteriores. [68] Por lo tanto, Cassini fue la primera nave espacial en adoptar minipaquetes para reducir la complejidad del Diccionario de Telemetría, y el proceso de desarrollo de software condujo a la creación de un Administrador de Telemetría para la misión.
Había alrededor de 1088 canales (en 67 minipaquetes) ensamblados en el Diccionario de Telemetría de Cassini . De estos 67 minipaquetes de menor complejidad, 6 minipaquetes contenían la covarianza del subsistema y los elementos de ganancia de Kalman (161 mediciones), que no se utilizan durante las operaciones normales de la misión. Esto dejó 947 mediciones en 61 minipaquetes.
Se construyeron un total de siete mapas de telemetría correspondientes a 7 modos de telemetría AACS. Estos modos son: (1) Registro; (2) Crucero Nominal; (3) Crucero Medio Lento; (4) Crucero Lento; (5) Operaciones orbitales; (6) Av.; (7) Calibración ATE (estimador de actitud). Estos 7 mapas cubren todos los modos de telemetría de naves espaciales.
La sonda Huygens , suministrada por la Agencia Espacial Europea (ESA) y que lleva el nombre del astrónomo holandés del siglo XVII que descubrió por primera vez Titán, Christiaan Huygens , examinó las nubes, la atmósfera y la superficie de Titán, la luna de Saturno, en su descenso el 15 de enero de 2005. Fue diseñado para entrar y frenar en la atmósfera de Titán y lanzar en paracaídas un laboratorio robótico completamente instrumentado hasta la superficie. [69]
El sistema de sonda estaba formado por la propia sonda que descendió a Titán y el equipo de soporte de la sonda (PSE) que permaneció unido a la nave espacial en órbita. El PSE incluye componentes electrónicos que rastrean la sonda, recuperan los datos recopilados durante su descenso y procesan y entregan los datos al orbitador que los transmite a la Tierra. La CPU de la computadora de control central era un sistema de control redundante MIL-STD-1750A .
Los datos fueron transmitidos por un enlace de radio entre Huygens y Cassini proporcionado por Probe Data Relay Subsystem (PDRS). Como la misión de la sonda no podía telecomandarse desde la Tierra debido a la gran distancia, fue gestionada automáticamente por el Subsistema de gestión de datos de comando (CDMS). El PDRS y el CDMS fueron proporcionados por la Agencia Espacial Italiana (ASI).
Después del lanzamiento de Cassini , se descubrió que los datos enviados desde la sonda Huygens al orbitador Cassini (y luego retransmitidos a la Tierra) serían en gran medida ilegibles. La causa fue que el ancho de banda de la electrónica de procesamiento de señales era demasiado estrecho y el desplazamiento Doppler previsto entre el módulo de aterrizaje y la nave nodriza pondría las señales fuera del alcance del sistema. Así, el receptor de Cassini no podría recibir los datos de Huygens durante su descenso a Titán. [18]
Se encontró una solución alternativa para recuperar la misión. La trayectoria de Cassini se modificó para reducir la velocidad de la línea de visión y, por tanto, el desplazamiento Doppler. [18] [70] La trayectoria posterior de Cassini fue idéntica a la planeada previamente, aunque el cambio reemplazó dos órbitas antes de la misión Huygens con tres órbitas más cortas.
La sonda espacial Cassini realizó dos sobrevuelos de Venus con asistencia gravitacional el 26 de abril de 1998 y el 24 de junio de 1999. Estos sobrevuelos proporcionaron a la sonda espacial suficiente impulso para viajar hasta el cinturón de asteroides , mientras que la gravedad del Sol atraía la sonda espacial de regreso al Sistema Solar interior.
El 18 de agosto de 1999, a las 03:28 UTC, la nave realizó un sobrevuelo de la Tierra con asistencia gravitacional. Una hora y 20 minutos antes de su máxima aproximación, Cassini realizó su máxima aproximación a la Luna de la Tierra a 377.000 kilómetros y tomó una serie de fotografías de calibración.
El 23 de enero de 2000, Cassini realizó un sobrevuelo del asteroide 2685 Masursky alrededor de las 10:00 UTC. Se tomaron fotografías [71] en el período de cinco a siete horas antes del sobrevuelo a una distancia de 1,6 × 10 6 km (0,99 × 10 6 mi) y se estimó un diámetro de 15 a 20 km (9,3 a 12,4 mi) para el asteroide.
Cassini realizó su máxima aproximación a Júpiter el 30 de diciembre de 2000, a 9,7 millones de kilómetros, y realizó muchas mediciones científicas. Durante el sobrevuelo de seis meses se tomaron alrededor de 26.000 imágenes de Júpiter, sus débiles anillos y sus lunas . Produjo el retrato global en color más detallado del planeta hasta el momento (ver imagen a la derecha), en el que las características visibles más pequeñas tienen aproximadamente 60 km (37 millas) de ancho. [72]
Un hallazgo importante del sobrevuelo, anunciado el 6 de marzo de 2003, fue la circulación atmosférica de Júpiter. Los "cinturones" oscuros se alternan con las "zonas" claras en la atmósfera, y los científicos habían considerado durante mucho tiempo que las zonas, con sus nubes pálidas, eran áreas de aire ascendente, en parte porque muchas nubes en la Tierra se forman donde el aire se eleva. Pero el análisis de las imágenes de Cassini mostró que células tormentosas individuales de nubes blancas brillantes ascendentes, demasiado pequeñas para verlas desde la Tierra, surgen casi sin excepción en los cinturones oscuros. Según Anthony Del Genio del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA , "los cinturones deben ser áreas de movimiento atmosférico neto ascendente en Júpiter, [por lo que] el movimiento neto en las zonas tiene que ser descendente".
Otras observaciones atmosféricas incluyeron un óvalo oscuro y arremolinado de alta neblina atmosférica, aproximadamente del tamaño de la Gran Mancha Roja , cerca del polo norte de Júpiter. Las imágenes infrarrojas revelaron aspectos de la circulación cerca de los polos, con bandas de vientos que rodeaban el globo y bandas adyacentes que se movían en direcciones opuestas.
El mismo anuncio también discutió la naturaleza de los anillos de Júpiter . La dispersión de la luz por las partículas en los anillos mostró que las partículas tenían forma irregular (en lugar de esféricas) y probablemente se originaron como eyecciones de impactos de micrometeoritos en las lunas de Júpiter, probablemente Metis y Adrastea .
El 10 de octubre de 2003, el equipo científico de la misión anunció los resultados de las pruebas de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein , realizadas utilizando ondas de radio transmitidas desde la sonda espacial Cassini . [73] Los radiocientíficos midieron un cambio de frecuencia en las ondas de radio hacia y desde la nave espacial, a medida que pasaban cerca del Sol. Según la teoría general de la relatividad, un objeto masivo como el Sol hace que el espacio-tiempo se curve, lo que hace que un haz de ondas de radio que sale de su pozo gravitacional disminuya en frecuencia y que las ondas de radio que viajan hacia el pozo gravitacional aumenten en frecuencia, lo que se conoce como como corrimiento al rojo gravitacional / corrimiento al azul.
Aunque algunos modelos cosmológicos inusuales predicen algunas desviaciones mensurables de los valores calculados utilizando la teoría general de la relatividad , este experimento no encontró tales desviaciones. Las pruebas anteriores con ondas de radio transmitidas por las sondas espaciales Viking y Voyager coincidieron con los valores calculados según la relatividad general con una precisión de una parte entre mil. Las mediciones más refinadas del experimento de la sonda espacial Cassini mejoraron esta precisión a aproximadamente una parte en 51.000. [74] Los datos apoyan firmemente la teoría general de la relatividad de Einstein. [75]
En total, la misión Cassini descubrió siete nuevas lunas orbitando Saturno. [76] Utilizando imágenes tomadas por Cassini , los investigadores descubrieron Methone , Palene y Polydeuces en 2004, [77] aunque análisis posteriores revelaron que la Voyager 2 había fotografiado Palene en su sobrevuelo del planeta anillado en 1981. [78]
El 1 de mayo de 2005, Cassini descubrió una luna nueva en la brecha de Keeler . Recibió la designación S/2005 S 1 antes de ser nombrado Dafnis . Cassini descubrió una quinta luna nueva el 30 de mayo de 2007 y la denominó provisionalmente S/2007 S 4. Ahora se la conoce como Anthe . Un comunicado de prensa del 3 de febrero de 2009 mostró una sexta luna nueva encontrada por Cassini . La luna tiene aproximadamente 500 m (0,3 millas) de diámetro dentro del anillo G del sistema de anillos de Saturno y ahora se llama Aegaeon (anteriormente S/2008 S 1). [79] Un comunicado de prensa del 2 de noviembre de 2009 menciona la séptima luna nueva encontrada por Cassini el 26 de julio de 2009. Actualmente está etiquetada como S/2009 S 1 y tiene aproximadamente 300 m (980 pies) de diámetro en el B- sistema de anillos. [80]
El 14 de abril de 2014, los científicos de la NASA informaron sobre el posible comienzo de una luna nueva en el Anillo A de Saturno . [81]
El 11 de junio de 2004, Cassini pasó cerca de la luna Phoebe . Esta fue la primera oportunidad para realizar estudios de cerca de esta luna ( la Voyager 2 realizó un sobrevuelo distante en 1981 pero no arrojó imágenes detalladas). También fue el único sobrevuelo posible de Cassini para Phoebe debido a la mecánica de las órbitas disponibles alrededor de Saturno. [82]
Las primeras imágenes en primer plano se recibieron el 12 de junio de 2004, y los científicos de la misión se dieron cuenta inmediatamente de que la superficie de Phoebe se ve diferente a la de los asteroides visitados por naves espaciales. Partes de la superficie llena de cráteres se ven muy brillantes en esas imágenes, y actualmente se cree que existe una gran cantidad de hielo de agua debajo de su superficie inmediata.
En un anuncio del 28 de junio de 2004, los científicos del programa Cassini describieron la medición del período de rotación de Saturno. [83] Debido a que no hay características fijas en la superficie que puedan usarse para obtener este período, se utilizó la repetición de emisiones de radio. Estos nuevos datos coincidían con los últimos valores medidos desde la Tierra y constituían un enigma para los científicos. Resulta que el período de rotación de radio había cambiado desde que la Voyager 1 lo midió por primera vez en 1980 , y ahora era 6 minutos más largo. Sin embargo, esto no indica un cambio en el giro general del planeta. Se cree que se debe a variaciones en la atmósfera superior y la ionosfera en las latitudes que están conectadas magnéticamente a la región de la fuente de radio.
En 2019, la NASA anunció que el período de rotación de Saturno era de 10 horas, 33 minutos y 38 segundos, calculado utilizando la sismología de los anillos de Saturno. Las vibraciones del interior de Saturno provocan oscilaciones en su campo gravitacional. Esta energía es absorbida por las partículas de los anillos en lugares específicos, donde se acumula hasta que se libera en forma de onda. [84] Los científicos utilizaron datos de más de 20 de estas ondas para construir una familia de modelos del interior de Saturno, proporcionando la base para calcular su período de rotación. [85]
El 1 de julio de 2004, la nave espacial atravesó el espacio entre los anillos F y G y alcanzó la órbita , después de un viaje de siete años. [86] Fue la primera nave espacial en orbitar Saturno.
La maniobra de Inserción Orbital de Saturno (SOI) realizada por Cassini fue compleja y requirió que la nave orientara su antena de alta ganancia lejos de la Tierra y a lo largo de su trayectoria de vuelo, para proteger sus instrumentos de las partículas en los anillos de Saturno. Una vez que la nave cruzó el plano del anillo, tuvo que girar nuevamente para apuntar su motor a lo largo de su trayectoria de vuelo, y luego el motor se encendió para desacelerar la nave en 622 m/s para permitir que Saturno la capturara. [87] Cassini fue capturada por la gravedad de Saturno alrededor de las 8:54 pm, hora de verano del Pacífico , el 30 de junio de 2004. Durante la maniobra, Cassini pasó a 20.000 km (12.000 millas) de las cimas de las nubes de Saturno.
Cuando Cassini estaba en la órbita de Saturno, la salida del sistema de Saturno se evaluó en 2008 durante la planificación del final de la misión. [88] [ se necesita aclaración ]
Cassini realizó su primer sobrevuelo de la luna más grande de Saturno , Titán , el 2 de julio de 2004, un día después de su inserción en órbita, cuando se acercó a 339.000 km (211.000 millas) de Titán. Las imágenes tomadas a través de filtros especiales (capaces de ver a través de la neblina global de la luna) mostraron nubes en el polo sur que se cree que están compuestas de metano y características superficiales con brillos muy diferentes. El 27 de octubre de 2004, la nave espacial ejecutó el primero de los 45 sobrevuelos cercanos planeados de Titán cuando pasó a apenas 1.200 km (750 millas) sobre la luna. Se recogieron y transmitieron a la Tierra casi cuatro gigabits de datos, incluidas las primeras imágenes de radar de la superficie envuelta en neblina de la Luna. Reveló que la superficie de Titán (al menos el área cubierta por el radar) era relativamente nivelada, con una topografía que no alcanzaba más de unos 50 m (160 pies) de altitud. El sobrevuelo proporcionó un aumento notable en la resolución de las imágenes con respecto a la cobertura anterior. Se tomaron imágenes con una resolución hasta 100 veces mejor y son típicas de las resoluciones planificadas para sobrevuelos posteriores a Titán. Cassini recopiló fotografías de Titán y los lagos de metano eran similares a los lagos de agua de la Tierra.
Cassini lanzó la sonda Huygens el 25 de diciembre de 2004, mediante un resorte y rieles en espiral destinados a girar la sonda para mayor estabilidad. Entró en la atmósfera de Titán el 14 de enero de 2005 y, tras un descenso de dos horas y media, aterrizó en tierra firme. [6] Aunque Cassini transmitió con éxito 350 de las imágenes que recibió de Huygens de su lugar de descenso y aterrizaje, un error de software no logró encender uno de los receptores de Cassini y causó la pérdida de otras 350 imágenes. Durante el aterrizaje, por precaución, la NASA cargó a Huygens con 3 paracaídas. [89]
Durante los dos primeros sobrevuelos cercanos a la luna Encelado en 2005, Cassini descubrió una desviación en el campo magnético local que es característica de la existencia de una atmósfera delgada pero significativa. Otras mediciones obtenidas en ese momento apuntan al vapor de agua ionizado como su constituyente principal. Cassini también observó géiseres de hielo de agua en erupción desde el polo sur de Encelado, lo que da más credibilidad a la idea de que Encelado está suministrando las partículas del anillo E de Saturno. Los científicos de la misión comenzaron a sospechar que puede haber bolsas de agua líquida cerca de la superficie de la luna que alimentan las erupciones. [90]
El 12 de marzo de 2008, Cassini realizó un sobrevuelo cercano a Encelado, pasando a 50 kilómetros de la superficie de la luna. [91] La nave espacial pasó a través de las columnas que se extendían desde sus géiseres del sur, detectando agua, dióxido de carbono y varios hidrocarburos con su espectrómetro de masas, mientras que también mapeaba características de la superficie que están a temperaturas mucho más altas que sus alrededores con el espectrómetro infrarrojo. [92] Cassini no pudo recopilar datos con su analizador de polvo cósmico debido a un mal funcionamiento desconocido del software.
El 21 de noviembre de 2009, Cassini realizó su octavo sobrevuelo de Encelado, [93] esta vez con una geometría diferente, acercándose a 1.600 km (990 millas) de la superficie. El instrumento Espectrógrafo Infrarrojo Compuesto (CIRS) produjo un mapa de las emisiones térmicas de la 'franja del tigre' del Sulcus de Bagdad . Los datos devueltos ayudaron a crear una imagen en mosaico detallada y de alta resolución de la parte sur del hemisferio de la luna que mira a Saturno.
El 3 de abril de 2014, casi diez años después de que Cassini entrara en la órbita de Saturno, la NASA informó evidencia de un gran océano interno salado de agua líquida en Encelado. La presencia de un océano salado interno en contacto con el núcleo rocoso de la luna, coloca a Encelado "entre los lugares más probables del Sistema Solar para albergar vida microbiana extraterrestre ". [94] [95] [96] El 30 de junio de 2014, la NASA celebró diez años de Cassini explorando Saturno y sus lunas , destacando el descubrimiento de la actividad del agua en Encelado, entre otros hallazgos. [97]
En septiembre de 2015, la NASA anunció que se utilizaron datos gravitacionales y de imágenes de Cassini para analizar las libraciones de la órbita de Encelado y determinó que la superficie de la luna no está unida rígidamente a su núcleo, concluyendo que, por lo tanto, el océano subterráneo debe tener una extensión global. [98]
El 28 de octubre de 2015, Cassini realizó un sobrevuelo cercano a Encelado, acercándose a 49 km (30 millas) de la superficie y atravesando la columna de hielo sobre el polo sur . [99]
El 14 de diciembre de 2023, los astrónomos informaron del descubrimiento por primera vez, en las columnas de Encelado, de cianuro de hidrógeno , una posible sustancia química esencial para la vida tal como la conocemos, así como de otras moléculas orgánicas , algunas de las cuales aún no se han identificado mejor. y entendido. Según los investigadores, "estos compuestos [recién descubiertos] podrían potencialmente sustentar comunidades microbianas existentes o impulsar síntesis orgánicas complejas que conduzcan al origen de la vida ". [100] [101]
En mayo de 2005, Cassini inició una serie de experimentos de ocultación de radio para medir la distribución de tamaño de las partículas en los anillos de Saturno y medir la atmósfera del propio Saturno. Durante más de cuatro meses, la nave completó órbitas diseñadas para este fin. Durante estos experimentos, voló detrás del plano anular de Saturno, visto desde la Tierra, y transmitió ondas de radio a través de las partículas. Se analizaron las señales de radio recibidas en la Tierra en busca de frecuencia, fase y cambio de potencia de la señal para determinar la estructura de los anillos.
En imágenes capturadas el 5 de septiembre de 2005, Cassini detectó radios en los anillos de Saturno, [102] vistos anteriormente sólo por el observador visual Stephen James O'Meara en 1977 y luego confirmados por las sondas espaciales Voyager a principios de los años 1980. [103] [104]
Las imágenes de radar obtenidas el 21 de julio de 2006 parecen mostrar lagos de hidrocarburos líquidos (como metano y etano ) en las latitudes septentrionales de Titán. Este es el primer descubrimiento de lagos actualmente existentes en cualquier lugar fuera de la Tierra. Los lagos varían en tamaño de uno a cien kilómetros de diámetro. [105]
El 13 de marzo de 2007, el Laboratorio de Propulsión a Chorro anunció que había encontrado pruebas contundentes de mares de metano y etano en el hemisferio norte de Titán. Al menos uno de ellos es más grande que cualquiera de los Grandes Lagos de América del Norte. [106]
En noviembre de 2006, los científicos descubrieron una tormenta en el polo sur de Saturno con una pared ocular distinta . Esto es característico de un huracán en la Tierra y nunca antes se había visto en otro planeta. A diferencia de un huracán terrestre , la tormenta parece estar estacionaria en el polo. La tormenta tiene 8.000 km (5.000 millas) de ancho y 70 km (43 millas) de altura, con vientos que soplan a 560 km/h (350 mph). [107]
El 10 de septiembre de 2007, Cassini completó su sobrevuelo de la extraña luna de dos tonos y forma de nuez, Jápeto . Las imágenes fueron tomadas desde 1.600 km (1.000 millas) sobre la superficie. Mientras enviaba las imágenes de regreso a la Tierra, fue alcanzado por un rayo cósmico que lo obligó a entrar temporalmente en modo seguro . Se recuperaron todos los datos del sobrevuelo. [108]
El 15 de abril de 2008, Cassini recibió financiación para una misión ampliada de 27 meses. Consistía en 60 órbitas más de Saturno , con 21 sobrevuelos más cercanos a Titán, siete de Encélado, seis de Mimas, ocho de Tetis y un sobrevuelo específico de Dione , Rea y Helene . [109] La misión extendida comenzó el 1 de julio de 2008 y pasó a llamarse Misión Cassini Equinox ya que la misión coincidió con el equinoccio de Saturno . [110]
Se presentó una propuesta a la NASA para una segunda extensión de la misión (septiembre de 2010 - mayo de 2017), denominada provisionalmente misión extendida extendida o XXM. [111] Esto (60 millones de dólares al año) fue aprobado en febrero de 2010 y renombrado como Misión Cassini Solstice . [112] Incluyó a Cassini orbitando Saturno 155 veces más, realizando 54 sobrevuelos adicionales de Titán y 11 más de Encelado.
El 25 de octubre de 2012, Cassini fue testigo de las consecuencias de la enorme tormenta de la Gran Mancha Blanca que se repite aproximadamente cada 30 años en Saturno. [113] Los datos del instrumento espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS) indicaron una poderosa descarga de la tormenta que provocó un aumento de temperatura en la estratosfera de Saturno 83 K (83 °C; 149 °F) por encima de lo normal. Al mismo tiempo, investigadores de la NASA en el Centro de Investigación Goddard en Greenbelt, Maryland, detectaron un enorme aumento de gas etileno . El etileno es un gas incoloro que es muy poco común en Saturno y se produce tanto de forma natural como a través de fuentes artificiales en la Tierra. La tormenta que produjo esta descarga fue observada por primera vez por la nave espacial el 5 de diciembre de 2010, en el hemisferio norte de Saturno. La tormenta es la primera de su tipo observada por una nave espacial en órbita alrededor de Saturno, así como la primera en ser observada en longitudes de onda infrarrojas térmicas, lo que permite a los científicos observar la temperatura de la atmósfera de Saturno y rastrear fenómenos que son invisibles a simple vista. . El pico de gas etileno producido por la tormenta alcanzó niveles 100 veces superiores a los que se creían posibles para Saturno. Los científicos también han determinado que la tormenta presenciada fue el vórtice estratosférico más grande y caliente jamás detectado en el Sistema Solar, siendo inicialmente más grande que la Gran Mancha Roja de Júpiter .
El 21 de diciembre de 2012, Cassini observó el tránsito de Venus a través del Sol. [114] El instrumento VIMS analizó la luz solar que pasa a través de la atmósfera de Venus. [114] VIMS observó previamente el tránsito del exoplaneta HD 189733 b . [114]
El 19 de julio de 2013, la sonda apuntó hacia la Tierra para capturar una imagen de la Tierra y la Luna , como parte de un retrato de múltiples imágenes con luz natural de todo el sistema de Saturno. El evento fue único ya que fue la primera vez que la NASA informó al público que se estaba tomando una fotografía a larga distancia con anticipación. [115] [116] El equipo de imágenes dijo que querían que la gente sonriera y saludara al cielo, y la científica de Cassini Carolyn Porco describió el momento como una oportunidad para "celebrar la vida en el Punto Azul Pálido ". [117]
El 10 de febrero de 2015, la nave espacial Cassini visitó Rea más de cerca, acercándose a 47.000 km (29.000 millas). [118] La nave espacial observó la luna con sus cámaras produciendo algunas de las imágenes en color de mayor resolución hasta ahora de Rea. [119]
Cassini realizó su último sobrevuelo de la luna Hiperión de Saturno el 31 de mayo de 2015, a una distancia de unos 34.000 km (21.000 millas). [120]
Cassini realizó su último sobrevuelo de la luna Dione de Saturno el 17 de agosto de 2015, a una distancia de unos 475 km (295 millas). Un sobrevuelo anterior se realizó el 16 de junio. [121]
Entre 2012 y 2016, el persistente patrón de nubes hexagonales en el polo norte de Saturno cambió de un color mayoritariamente azul a un color más dorado. [122] Una teoría para esto es un cambio estacional: la exposición prolongada a la luz solar puede estar creando neblina a medida que el polo gira hacia el Sol. [122] Anteriormente se observó que había menos color azul en general en Saturno entre 2004 y 2008. [123]
El fin de Cassini implicó una serie de pasos cercanos a Saturno, acercándose dentro de los anillos , y luego una entrada en la atmósfera de Saturno el 15 de septiembre de 2017, para destruir la nave espacial. [6] [11] [88] Se eligió este método porque es imperativo garantizar la protección y prevenir la contaminación biológica de cualquiera de las lunas de Saturno que se cree que ofrecen habitabilidad potencial . [124]
En 2008 se evaluaron varias opciones para lograr este objetivo, cada una con diferentes desafíos financieros, científicos y técnicos. Un impacto de corto plazo en Saturno para el final de la misión fue calificado como "excelente" por las razones "la opción del anillo D satisface los objetivos de AO no alcanzados; [ definición necesaria ] barata y fácilmente alcanzable", mientras que la colisión con una luna helada fue calificada como "buena" por ser "barato y alcanzable en cualquier lugar y momento". [ cita necesaria ]
En 2013-2014 hubo un drama presupuestario cuando la NASA recibió fondos del gobierno de EE. UU. para la Gran Final. Las dos fases de la Gran Final terminaron siendo el equivalente a tener dos misiones separadas de la clase del Programa Discovery , en el sentido de que la Gran Final era completamente diferente de la misión regular principal de Cassini . A finales de 2014, el gobierno de Estados Unidos aprobó la Gran Final a un costo de 200 millones de dólares. Esto era mucho más barato que construir dos nuevas sondas en misiones separadas de clase Discovery. [125]
El 29 de noviembre de 2016, la nave espacial realizó un sobrevuelo a Titán que la llevó a la entrada de las órbitas del anillo F: este fue el comienzo de la fase de Gran Final que culminó con su impacto con el planeta. [126] [127] Un último sobrevuelo de Titán el 22 de abril de 2017, cambió la órbita nuevamente para volar a través de la brecha entre Saturno y su anillo interior días después, el 26 de abril. Cassini pasó a unos 3.100 km (1.900 millas) por encima de la capa de nubes de Saturno. y 320 km (200 millas) desde el borde visible del anillo interior; tomó con éxito imágenes de la atmósfera de Saturno y comenzó a enviar datos al día siguiente. [128] Después de 22 órbitas más a través de la brecha, la misión finalizó con una inmersión en la atmósfera de Saturno el 15 de septiembre; La señal se perdió a las 11:55:46 UTC del 15 de septiembre de 2017, solo 30 segundos más tarde de lo previsto. Se estima que la nave espacial se quemó unos 45 segundos después de la última transmisión.
En septiembre de 2018, la NASA ganó un premio Emmy al mejor programa interactivo original por su presentación de la gran final de la misión Cassini en Saturno . [129]
En diciembre de 2018, Netflix transmitió "La misión Cassini de la NASA" en su serie 7 Days Out, que documenta los últimos días de trabajo de la misión Cassini antes de que la nave espacial se estrellara contra Saturno para completar su gran final.
En enero de 2019, se publicó una nueva investigación que utilizó datos recopilados durante la fase de Gran Final de Cassini :
La operación de la nave espacial se organizó en torno a una serie de misiones. [132] Cada uno está estructurado de acuerdo con una cierta cantidad de financiación, objetivos, etc. [132] Al menos 260 científicos de 17 países han trabajado en la misión Cassini-Huygens ; Además, miles de personas en total trabajaron para diseñar, fabricar y lanzar la misión. [133]
Un investigador que ha estudiado el mundo helado afirmó que "las perspectivas para el desarrollo de la vida son cada vez mejores en Encelado".
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