Cassini –Huygens ( / kəˈs iːn iˈhɔɪ ɡ ən z / kə- SEE -nee HOY - gənz ), comúnmente llamada Cassini , fue una misión de investigación espacial de la NASA , la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Italiana (ASI ) para enviar una sonda espacial para estudiar el planeta Saturno y su sistema, incluidos sus anillos y satélites naturales . La nave espacial robótica de clase Flagship comprendía tanto la sonda espacial Cassini de la NASA como el módulo de aterrizaje Huygens de la ESA, que aterrizó en la luna más grande de Saturno, Titán . [9] Cassini fue la cuarta sonda espacial en visitar Saturno y la primera en entrar en su órbita, donde permaneció desde 2004 hasta 2017. Las dos naves tomaron sus nombres de los astrónomos Giovanni Cassini y Christiaan Huygens .
Lanzada a bordo de una sonda Titan IVB/Centaur el 15 de octubre de 1997, Cassini estuvo activa en el espacio durante casi 20 años, de los cuales 13 años los pasó orbitando Saturno y estudiando el planeta y su sistema después de entrar en órbita el 1 de julio de 2004. [10]
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 [11] [12] para evitar cualquier riesgo de contaminar las lunas de Saturno, que podrían haber ofrecido entornos habitables para los microbios terrestres polizones en la nave espacial. [13] [14] 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 de primicias" [15] que ha revolucionado la comprensión humana del sistema de Saturno, incluidas sus lunas y anillos, y nuestra comprensión de dónde se puede encontrar vida en el Sistema Solar . [16]
Los planificadores de Cassini originalmente programaron 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, bajo el nombre de Misión Cassini Equinox . La misión se extendió una segunda y última vez con la Misión Cassini Solstice , que 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. [17]
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 dispositivo SED (Spin/Eject), 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. [18] Devolvió datos a la Tierra durante unos 90 minutos, utilizando el orbitador como relé. Este fue el primer aterrizaje jamás logrado en el Sistema Solar exterior y el primer aterrizaje en una luna que no fuera la de la Tierra.
Al final de su misión, la sonda Cassini ejecutó su "Gran Final": una serie de arriesgados pases a través de los huecos 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 [19] para evitar una posible contaminación de las lunas de Saturno si Cassini se estrellara involuntariamente contra ellas cuando las maniobras de la sonda ya no fueran posibles debido a una pérdida de energía u otros problemas de comunicación al final de su vida útil operativa. La entrada atmosférica de Cassini puso fin a la misión, pero el análisis de los datos obtenidos continuará durante muchos años. [16]
Científicos e individuos de 27 países formaron el equipo conjunto responsable de diseñar, construir, volar y recolectar datos del orbitador Cassini y la sonda Huygens . [16]
El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en los 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), montó la sonda con equipos e instrumentos suministrados por muchos países europeos (incluidas las baterías de Huygens y dos instrumentos científicos de los 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 duración de la misión), un radar compacto y ligero , que también utilizó la antena de alta ganancia y sirvió como un radar de apertura sintética , un altímetro de radar , un radiómetro , el 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 se volvió a ampliar [¿ 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 al astrónomo italiano Giovanni Domenico Cassini , descubridor de las divisiones de los anillos de Saturno y cuatro de sus satélites; y la sonda Huygens , desarrollada por la ESA , llamada así en honor al astrónomo, matemático y físico holandés Christiaan Huygens , descubridor de Titán.
La misión se denominó comúnmente Saturn Orbiter Titan Probe (SOTP) durante su gestación, tanto como misión Mariner Mark II como de forma genérica. [24]
Cassini-Huygens fue una misión de clase Flagship a los planetas exteriores. [9] Otras naves insignia planetarias incluyen Galileo , Voyager y Viking . [9]
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 los Estados Unidos . El lanzador completo estaba compuesto por un cohete propulsor Titan IV de dos etapas, dos motores de cohete sólido acoplados , la etapa superior Centaur y un compartimento de carga útil o carenado. [26]
El coste total de esta misión de exploración científica fue de unos 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 (15%) y la ASI con 160 millones (5%). [27] Sin embargo, estas cifras proceden del dossier de prensa que se preparó en octubre de 2000. No incluyen la inflación a lo largo de una misión muy larga ni el coste de las misiones extendidas.
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] Esta 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 que 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 Encélado . [29] En 2017, un encuentro con Titán cambió su órbita de tal manera que, en su aproximación más cercana a Saturno, estaba a solo 3000 km (1900 mi) sobre las nubes del planeta, debajo del borde interior del anillo D. Esta secuencia de "órbitas proximales" terminó cuando su encuentro final con Titán envió a la sonda a la atmósfera de Saturno para ser destruida.
Los orígenes de Cassini-Huygens se remontan a 1982, cuando la Fundación Europea de Ciencias 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 orbitadores Saturno y sonda Titán como una posible misión conjunta. En 1983, el Comité de Exploración del Sistema Solar de la NASA recomendó el mismo par de orbitadores y sonda como un proyecto central de la NASA. La NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) realizaron un estudio conjunto de la posible misión entre 1984 y 1985. La ESA continuó con su propio estudio en 1986, mientras que la astronauta estadounidense Sally Ride , en su influyente informe de 1987 El liderazgo de la NASA y el futuro de Estados Unidos en el espacio , también examinó y aprobó la misión Cassini . [30]
Aunque el informe de Ride describía el orbitador y la sonda Saturno como una misión en solitario de la NASA, en 1988 el Administrador Asociado para la Ciencia Espacial y Aplicaciones de la NASA, Len Fisk, volvió a la idea de una misión conjunta de la NASA y la ESA. Escribió a su homólogo en la ESA, Roger Bonnet, sugiriendo 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 las percepciones europeas 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 sentido 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 fines de 1988, la ESA eligió Cassini-Huygens como su próxima misión importante y el año siguiente el programa recibió una importante financiación en los EE. UU. [32] [33]
La colaboración no sólo mejoró las relaciones entre los dos programas espaciales, sino que también ayudó a que Cassini-Huygens sobreviviera a los recortes presupuestarios del Congreso de los 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 en su desarrollo porque la frustración por las promesas incumplidas de exploración espacial podría extenderse a otras áreas de las relaciones exteriores. El proyecto procedió políticamente sin problemas después de 1994, aunque los grupos de ciudadanos preocupados por el posible impacto ambiental que podría tener un fracaso en el lanzamiento (debido a su fuente de energía de plutonio) intentaron descarrilarlo mediante protestas y demandas judiciales hasta su lanzamiento en 1997 y después. [34] [35] [36] [37] [38]
La nave espacial estaba planeada para ser 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 CRAF ( Comet Rendezvous Asteroid Flyby ), pero los recortes presupuestarios y los reajustes del proyecto obligaron a la NASA a terminar el desarrollo de CRAF para salvar a Cassini . Como resultado, Cassini se volvió más especializada. La serie Mariner Mark II fue cancelada.
El orbitador y la sonda combinados es la tercera nave espacial interplanetaria no tripulada más grande jamás lanzada con éxito, detrás de las sondas marcianas 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) incluyendo 30 kg (66 lb) de equipo de soporte de la sonda que quedó en el orbitador. Con el adaptador del vehículo de lanzamiento y 3132 kg (6905 lb) de propulsores en el lanzamiento, la nave espacial tenía una masa de 5600 kg (12 300 lb).
La nave espacial Cassini medía 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) a 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 del ordenador de control central era un sistema redundante que utilizaba la arquitectura del conjunto de instrucciones MIL-STD-1750A . El sistema de propulsión principal consistía en un motor de 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 2.352 m/s (5.260 mph). [42] Cohetes monopropelentes más pequeños proporcionaban control de actitud.
Cassini estaba propulsada por 32,7 kg (72 lb) de combustible nuclear, principalmente dióxido de plutonio (que contenía 28,3 kg (62 lb) de plutonio puro ). [43] El calor de la desintegración radiactiva del material se convirtió en electricidad. Huygens recibió apoyo de Cassini durante el crucero, pero utilizó baterías químicas cuando estuvo 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 siguió 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 tardaban 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 ocurrencia de un problema y la recepción de la respuesta de los ingenieros por parte del satélite.
Instrumentos: [47]
La instrumentación de Cassini consistía en: un mapeador de radar de apertura sintética , un sistema de imágenes de dispositivo acoplado de carga , 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 espectrógrafo de imágenes ultravioleta , un instrumento de imágenes magnetosféricas , un magnetómetro y un espectrómetro de masas iónicas /neutrales . También se utilizó la telemetría de la antena de comunicaciones y otros transmisores especiales (un transmisor de banda S y un sistema de banda K a de doble frecuencia ) para hacer observaciones de las atmósferas de Titán y Saturno y para medir los campos gravitatorios del planeta y sus satélites.
El canal HSP está diseñado para observar la luz de las estrellas que pasa a través de los anillos de Saturno (conocidos como ocultaciones estelares) con el fin de comprender la estructura y la profundidad óptica de los anillos. [58] 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 Encélado, así como caracterizaron la composición de las columnas. [59]
Debido a la distancia de Saturno al Sol, los paneles solares no eran viables como fuentes de energía para esta sonda espacial. [60] Para generar suficiente energía, dichos paneles habrían sido demasiado grandes y pesados. [60] En cambio, el orbitador Cassini fue impulsado por tres generadores termoeléctricos de radioisótopos GPHS-RTG , que utilizan el calor de la desintegración de unos 33 kg (73 lb) de plutonio-238 (en forma de dióxido de plutonio ) para generar electricidad de corriente continua a través de termoelectricidad . [60] 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 una vida útil operativa muy larga. [60] Al final de la misión nominal de 11 años de Cassini , todavía podían producir entre 600 y 700 vatios de energía eléctrica. [60] (El hardware sobrante del Programa RTG de Cassini fue modificado y utilizado para impulsar la misión New Horizons a Plutón y al cinturón de Kuiper , que fue diseñada y lanzada más tarde. [61] )
La distribución de energía se logró mediante 192 interruptores de potencia de estado sólido , que también funcionaron como disyuntores en caso de una condición de sobrecarga. Los interruptores usaban MOSFET que presentaban una mejor eficiencia y una vida útil más larga en comparación con los interruptores convencionales, al mismo tiempo que eliminaban los transitorios . Sin embargo, estos disyuntores de estado sólido eran propensos a disparos erróneos (presumiblemente debido a rayos cósmicos), lo que requería que se reiniciaran y causaba pérdidas en los datos experimentales. [62]
Para ganar impulso mientras ya estaba en vuelo, la trayectoria de la misión Cassini incluyó varias maniobras de honda gravitacional : dos sobrevuelos de Venus , uno más de la Tierra y luego uno del planeta Júpiter . El sobrevuelo terrestre fue la última instancia en la que la sonda representó algún peligro concebible para los seres humanos. La maniobra tuvo éxito, y Cassini pasó a 1.171 km (728 mi) sobre la Tierra el 18 de agosto de 1999. [1] Si hubiera habido algún mal funcionamiento que causara que la sonda colisionara con la Tierra, el estudio de impacto ambiental completo de la NASA estimó que, 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 de la Tierra, de modo que hasta cinco mil millones de personas (es decir, casi toda la población terrestre) podrían haber estado expuestas, causando hasta unas 5.000 muertes adicionales por cáncer durante las décadas posteriores [63] (0,0005 por ciento, es decir, una fracción de 0,000005, de mil millones de muertes por cáncer esperadas de todos modos por otras causas; el producto se calcula incorrectamente en otro lugar [64] como 500.000 muertes). Sin embargo, se estima que la probabilidad de que esto ocurra es inferior a una en un millón, es decir, la probabilidad de que una persona muera (suponiendo 5.000 muertes) es inferior a 1 en 200. [63]
El análisis de riesgos de la NASA sobre el uso de plutonio fue criticado públicamente por Michio Kaku con el argumento de que se subestimaron las víctimas, los daños materiales y las demandas judiciales resultantes de un posible accidente, así como el uso potencial de otras fuentes de energía, como la solar y las células de combustible. [65]
La sonda Cassini era capaz de transmitir en varios formatos de telemetría diferentes. El subsistema de telemetría es quizás el más importante, ya que sin él no habría retorno de datos.
La telemetría se desarrolló desde cero, debido a que la nave espacial utilizó un conjunto de computadoras más moderno que las misiones anteriores. [66] 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.
El Diccionario de telemetría de Cassini contenía alrededor de 1088 canales (en 67 minipaquetes) . De estos 67 minipaquetes de menor complejidad, 6 contenían los elementos de covarianza del subsistema y ganancia de Kalman (161 mediciones), que no se utilizaban 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 siete modos de telemetría AACS. Estos modos son: (1) Registro; (2) Crucero nominal; (3) Crucero lento medio; (4) Crucero lento; (5) Operaciones orbitales; (6) Av; (7) Calibración ATE (estimador de actitud). Estos siete mapas cubren todos los modos de telemetría de la nave espacial.
La sonda Huygens , suministrada por la Agencia Espacial Europea (ESA) y llamada así en honor al astrónomo holandés del siglo XVII que descubrió Titán, Christiaan Huygens , examinó las nubes, la atmósfera y la superficie de la luna Titán de Saturno en su descenso el 15 de enero de 2005. Fue diseñada para entrar y frenar en la atmósfera de Titán y lanzar en paracaídas un laboratorio robótico completamente instrumentado hasta la superficie. [67]
El sistema de sonda estaba formado por la sonda en sí, 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 la electrónica que rastrea la sonda, recupera los datos recopilados durante su descenso y los procesa y envía al orbitador que los transmite a la Tierra. La CPU del ordenador de control central era un sistema de control redundante MIL-STD-1750A .
Los datos se transmitieron a través de un enlace de radio entre Huygens y Cassini proporcionado por el Subsistema de Retransmisión de Datos de la Sonda (PDRS). Como la misión de la sonda no podía ser telecomandada desde la Tierra debido a la gran distancia, fue gestionada automáticamente por el Subsistema de Gestión de Datos de Mando (CDMS). El PDRS y el CDMS fueron proporcionados por la Agencia Espacial Italiana (ASI).
Tras el 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 parte 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. Por lo tanto, el receptor de Cassini no podría recibir los datos de Huygens durante su descenso a Titán. [19]
Se encontró una solución alternativa para recuperar la misión. Se modificó la trayectoria de Cassini para reducir la velocidad de la línea de visión y, por lo tanto, el efecto Doppler. [19] [68] La trayectoria posterior de Cassini fue idéntica a la planificada previamente, aunque el cambio reemplazó dos órbitas anteriores a la misión Huygens por 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 atrajo a la sonda espacial de regreso al Sistema Solar interior.
El 18 de agosto de 1999, a las 03:28 UTC, la sonda realizó un sobrevuelo gravitacional alrededor de la Tierra. Una hora y 20 minutos antes de su aproximación más cercana, Cassini alcanzó su punto más cercano 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 sobrevoló el asteroide 2685 Masursky alrededor de las 10:00 UTC. Tomó fotografías [69] 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 que el diámetro del asteroide era de entre 15 y 20 km (9,3 a 12,4 mi).
Cassini se acercó a Júpiter el 30 de diciembre de 2000, a 9,7 millones de kilómetros, y realizó numerosas mediciones científicas. Durante el sobrevuelo de seis meses, se tomaron alrededor de 26.000 imágenes de Júpiter, sus tenues 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 mi) de diámetro. [70]
Un hallazgo importante del sobrevuelo, anunciado el 6 de marzo de 2003, fue la circulación atmosférica de Júpiter. Los "cinturones" oscuros se alternan con "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 asciende. Pero el análisis de las imágenes de Cassini mostró que las células de tormenta individuales de nubes blancas brillantes ascendentes, demasiado pequeñas para verlas desde la Tierra, aparecen casi sin excepción en los cinturones oscuros. Según Anthony Del Genio, del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA , "los cinturones deben ser las 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 neblina atmosférica alta, 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 rodean el globo, con bandas adyacentes que se mueven en direcciones opuestas.
El mismo anuncio también analizaba 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 material eyectado por 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 . [71] Los científicos de radio midieron un cambio de frecuencia en las ondas de radio hacia y desde la nave espacial, cuando 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 viaja fuera de su pozo gravitacional disminuya en frecuencia y las ondas de radio que viajan hacia el pozo gravitacional aumenten en frecuencia, lo que se conoce como corrimiento al rojo/corrimiento al azul gravitacional .
Aunque algunos modelos cosmológicos inusuales predicen algunas desviaciones mensurables de los valores calculados utilizando la teoría general de la relatividad , no se encontraron desviaciones de ese tipo en este experimento. Pruebas anteriores que utilizaron ondas de radio transmitidas por las sondas espaciales Viking y Voyager concordaron con los valores calculados a partir de la relatividad general con una precisión de una parte en mil. Las mediciones más refinadas del experimento de la sonda espacial Cassini mejoraron esta precisión a aproximadamente una parte en 51.000. [a] Los datos respaldan firmemente la teoría general de la relatividad de Einstein. [72]
En total, la misión Cassini descubrió siete nuevas lunas orbitando Saturno. [73] Utilizando imágenes tomadas por Cassini , los investigadores descubrieron Metone , Pallene y Polydeuces en 2004, [74] aunque análisis posteriores revelaron que la Voyager 2 había fotografiado Pallene en su sobrevuelo del planeta anillado en 1981. [75]
El 1 de mayo de 2005, Cassini descubrió una nueva luna en el espacio entre los anillos de Keeler . Se le dio la designación S/2005 S 1 antes de ser nombrada Daphnis . Una quinta luna nueva fue descubierta por Cassini el 30 de mayo de 2007, y fue etiquetada provisionalmente como 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 mi) de diámetro dentro del anillo G del sistema de anillos de Saturno, y ahora se llama Aegaeon (anteriormente S/2008 S 1). [76] 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 sistema de anillo B. [77]
El 14 de abril de 2014, los científicos de la NASA informaron el posible comienzo de una nueva luna en el anillo A de Saturno . [78]
El 11 de junio de 2004, la sonda Cassini sobrevoló la luna Febe . Esta fue la primera oportunidad de estudiar de cerca esta luna ( la Voyager 2 realizó un sobrevuelo distante en 1981, pero no obtuvo imágenes detalladas). También fue el único sobrevuelo posible de la Cassini para Febe debido a la mecánica de las órbitas disponibles alrededor de Saturno. [79]
Las primeras imágenes de cerca se recibieron el 12 de junio de 2004 y los científicos de la misión se dieron cuenta inmediatamente de que la superficie de Phoebe tiene un aspecto diferente al de los asteroides visitados por la nave espacial. Partes de la superficie, llena de cráteres, se ven muy brillantes en esas fotografías y actualmente se cree que existe una gran cantidad de hielo de agua bajo 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. [80] 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 constituyeron un enigma para los científicos. Resulta que el período de rotación de radio había cambiado desde que fue medido por primera vez en 1980 por la Voyager 1 , y ahora era 6 minutos más largo. Esto, sin embargo, no indica un cambio en la rotación 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. [81]
En 2019, la NASA anunció que el período de rotación de Saturno es de 10 horas, 33 minutos y 38 segundos, calculado mediante 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 una onda. [82] Los científicos utilizaron datos de más de 20 de estas ondas para construir una familia de modelos del interior de Saturno, proporcionando una base para calcular su período de rotación. [83]
El 1 de julio de 2004, la nave espacial voló a través del espacio entre los anillos F y G y alcanzó la órbita , después de un viaje de siete años. [84] Fue la primera nave espacial en orbitar Saturno.
La maniobra de inserción orbital de Saturno (SOI) realizada por Cassini fue compleja, ya que 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 de los anillos, 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 a 622 m/s para permitir que Saturno la capturara. [85] 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 mi) 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. [86] [ aclaración necesaria ]
Cassini realizó su primer sobrevuelo de la luna más grande de Saturno , Titán , el 2 de julio de 2004, un día después de la inserción en órbita, cuando se acercó a 339.000 km (211.000 mi) de Titán. Las imágenes tomadas a través de filtros especiales (capaces de ver a través de la neblina global de la luna) mostraron nubes polares sur que se cree que están compuestas de metano y características de la superficie con brillo muy diferente. El 27 de octubre de 2004, la nave espacial ejecutó el primero de los 45 sobrevuelos cercanos planeados de Titán cuando pasó a solo 1.200 km (750 mi) sobre la luna. Se recopilaron 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 planeadas para los siguientes sobrevuelos de Titán. Cassini tomó fotografías de Titán y los lagos de metano eran similares a los lagos de agua en la Tierra.
Cassini liberó la sonda Huygens el 25 de diciembre de 2004, mediante un resorte y unos rieles en espiral destinados a rotar la sonda para lograr una 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 descenso y lugar de aterrizaje, un mal funcionamiento en uno de los canales de comunicación provocó la pérdida de otras 350 imágenes. [87]
Durante los dos primeros sobrevuelos cercanos a la luna Encélado 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 a que el vapor de agua ionizado es su componente principal. Cassini también observó géiseres de hielo de agua que estallaban desde el polo sur de Encélado, lo que da más credibilidad a la idea de que Encélado 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. [88]
El 12 de marzo de 2008, Cassini realizó un sobrevuelo cercano de Encélado, pasando a 50 km de la superficie de la luna. [89] 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 cartografió características de la superficie que están a una temperatura mucho más alta que sus alrededores con el espectrómetro infrarrojo. [90] 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 Encélado, [91] esta vez con una geometría diferente, acercándose a 1.600 km (990 mi) de la superficie. El instrumento Espectrógrafo Infrarrojo Compuesto (CIRS) produjo un mapa de emisiones térmicas de la "raya de tigre" del surco de Bagdad . Los datos obtenidos ayudaron a crear una imagen en mosaico detallada y de alta resolución de la parte sur del hemisferio de la luna que mira hacia Saturno.
El 3 de abril de 2014, casi diez años después de que Cassini entrara en la órbita de Saturno, la NASA informó de la existencia de un gran océano interno salado de agua líquida en Encélado. La presencia de un océano interno salado en contacto con el núcleo rocoso de la luna, sitúa a Encélado "entre los lugares del Sistema Solar con más probabilidades de albergar vida microbiana extraterrestre ". [92] [93] [94] El 30 de junio de 2014, la NASA celebró los diez años de Cassini explorando Saturno y sus lunas , destacando el descubrimiento de actividad hídrica en Encélado entre otros hallazgos. [95]
En septiembre de 2015, la NASA anunció que se habían utilizado datos gravitacionales y de imágenes de Cassini para analizar las libraciones de la órbita de Encélado y se 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. [96]
El 28 de octubre de 2015, Cassini realizó un sobrevuelo cercano a Encélado, acercándose a 49 km (30 mi) de la superficie y pasando a través de la columna de hielo sobre el polo sur . [97]
El 14 de diciembre de 2023, los astrónomos informaron del descubrimiento por primera vez, en las columnas de Encélado, de cianuro de hidrógeno , una posible sustancia química esencial para la vida tal como la conocemos, así como otras moléculas orgánicas , algunas de las cuales aún están por identificar y comprender mejor. Según los investigadores, "estos compuestos [recién descubiertos] podrían sustentar potencialmente las comunidades microbianas existentes o impulsar la síntesis orgánica compleja que conduce al origen de la vida ". [98] [99]
En mayo de 2005, Cassini inició una serie de experimentos de ocultación por radio para medir la distribución del tamaño de las partículas en los anillos de Saturno y la atmósfera del propio Saturno. Durante más de cuatro meses, la nave completó órbitas diseñadas para este propósito. Durante estos experimentos, voló detrás del plano de los anillos de Saturno, visto desde la Tierra, y transmitió ondas de radio a través de las partículas. Las señales de radio recibidas en la Tierra se analizaron para determinar la frecuencia, la fase y el 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, [100] previamente vistos sólo por el observador visual Stephen James O'Meara en 1977 y luego confirmados por las sondas espaciales Voyager a principios de la década de 1980. [101] [102]
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. Se trata del primer descubrimiento de lagos existentes en la actualidad en cualquier otro lugar además de la Tierra. Los lagos tienen un tamaño que varía entre uno y cien kilómetros de diámetro. [88]
El 13 de marzo de 2007, el Laboratorio de Propulsión a Chorro anunció que había encontrado pruebas sólidas 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. [103]
En noviembre de 2006, los científicos descubrieron una tormenta en el polo sur de Saturno con una pared ocular bien definida . 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 mi) de ancho y 70 km (43 mi) de altura, con vientos que soplan a 560 km/h (350 mph). [104]
El 10 de septiembre de 2007, Cassini completó su sobrevuelo de la extraña luna de dos tonos con forma de nuez, Jápeto . Las imágenes se tomaron a 1.600 km (1.000 mi) sobre la superficie. Mientras enviaba las imágenes de vuelta a la Tierra, fue golpeada por un rayo cósmico que la obligó a entrar temporalmente en modo seguro . Se recuperaron todos los datos del sobrevuelo. [105]
El 15 de abril de 2008, Cassini recibió financiación para una misión extendida 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 dirigido a Dione , Rea y Helene . [106] La misión extendida comenzó el 1 de julio de 2008 y fue rebautizada como Misión Cassini Equinox , ya que la misión coincidió con el equinoccio de Saturno . [107]
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. [108] Esta (60 millones de dólares anuales) se aprobó en febrero de 2010 y se renombró Misión Solsticio Cassini . [109] Incluía que Cassini orbitara Saturno 155 veces más, realizando 54 sobrevuelos adicionales de Titán y 11 más de Encélado.
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. [110] Los datos del instrumento del espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS) indicaron una potente descarga de la tormenta que causó un pico de temperatura en la estratosfera de Saturno de 83 K (83 °C; 149 °F) por encima de lo normal. Al mismo tiempo, los investigadores de la NASA en el Centro de Investigación Goddard en Greenbelt, Maryland, detectaron un enorme aumento del 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 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 que produjo la tormenta alcanzó niveles que eran 100 veces superiores a los que se creían posibles para Saturno. Los científicos también han determinado que la tormenta observada fue el vórtice estratosférico más grande y más caliente jamás detectado en el Sistema Solar, inicialmente siendo más grande que la Gran Mancha Roja de Júpiter .
El 21 de diciembre de 2012, Cassini observó un tránsito de Venus a través del Sol. El instrumento VIMS analizó la luz solar que pasaba a través de la atmósfera venusiana. VIMS había observado previamente el tránsito del exoplaneta HD 189733 b . [111]
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 multiimagen 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 foto de larga distancia con anticipación. [112] [113] El equipo de imágenes dijo que quería 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 ". [114]
El 10 de febrero de 2015, la sonda Cassini visitó Rea más de cerca, acercándose a 47.000 km (29.000 mi). [115] La sonda observó la luna con sus cámaras y produjo algunas de las imágenes en color de Rea con mayor resolución hasta el momento. [116]
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 mi). [117]
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 mi). Un sobrevuelo anterior se realizó el 16 de junio. [118]
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. [119] 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. [119] Se observó anteriormente que había menos color azul en general en Saturno entre 2004 y 2008. [120]
El final de Cassini implicó una serie de pasos cercanos a Saturno, acercándose dentro de los anillos , luego una entrada en la atmósfera de Saturno el 15 de septiembre de 2017, para destruir la nave espacial. [6] [12] [86] Este método fue elegido para asegurar la protección y prevenir la contaminación biológica de cualquiera de las lunas de Saturno que se pensaba que ofrecían habitabilidad potencial . [121]
En 2008 se evaluaron varias opciones para lograr este objetivo, cada una con distintos desafíos financieros, científicos y técnicos. Un impacto de corto plazo en Saturno para el final de la misión fue calificado como "excelente" con las siguientes razones: "la opción del anillo D satisface objetivos de OA no alcanzados; [ se necesita una definición ] es barata y fácilmente alcanzable", mientras que la colisión con una luna helada fue calificada como "buena" por ser "barata y alcanzable en cualquier momento y lugar". [86]
En 2013-14 hubo problemas con la NASA al recibir fondos del gobierno de los 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 Discovery , en el sentido de que la Gran Final era completamente diferente de la misión principal regular de Cassini . A fines de 2014, el gobierno de los EE. UU. aprobó la Gran Final con un costo de 200 millones de dólares. Esto fue mucho más barato que construir dos nuevas sondas en misiones separadas de la clase Discovery . [122]
El 29 de noviembre de 2016, la nave espacial realizó un sobrevuelo de Titán que la llevó a la puerta de entrada de las órbitas del anillo F: este fue el comienzo de la fase de la Gran Final que culminó con su impacto con el planeta. [123] [124] Un sobrevuelo final de Titán el 22 de abril de 2017, cambió la órbita nuevamente para volar a través del espacio entre Saturno y su anillo interior días después, el 26 de abril. Cassini pasó a unos 3100 km (1900 mi) por encima de la capa de nubes de Saturno y a 320 km (200 mi) del borde visible del anillo interior; tomó imágenes con éxito de la atmósfera de Saturno y comenzó a devolver datos al día siguiente. [125] Después de otras 22 órbitas a través del espacio, 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 . [126]
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 en la misión Cassini antes de que la nave espacial se estrellara en Saturno para completar su Gran Final.
En enero de 2019 se publicó una nueva investigación que utilizó datos recopilados durante la fase Gran Final de Cassini :
La operación de la nave espacial se organizó en torno a una serie de misiones. [17] Cada una está estructurada de acuerdo con una cierta cantidad de financiación, objetivos, etc. [17] Al menos 260 científicos de 17 países han trabajado en la misión Cassini-Huygens ; además, miles de personas en general trabajaron para diseñar, fabricar y lanzar la misión. [128]
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