Cassini-Huygens

Cassini-Huygens oli kaheosaline mehitamata kosmosesond, mis startis 1997. aastal uurima planeet Saturni ja tema kaaslasi. Missioon kuulus NASA Flagshipi programmi ning sond ja maandur valmisid NASA-ESA-ASI koostööprojektina. Cassini on neljas Saturni külastanud kosmosesond ja esimene, mis jäi Saturni orbiidile tiirlema.

Cassini-Huygensi üleslennutamisele eelnes peaaegu kaks aastakümmet kestev arendustegevus ja missioon koosneb Saturni ümber tiirlema saadetud kosmosesondist (Cassini) ja Saturni kuule, Titanile maandunud maandurist (Huygens). Viimane eraldus Cassinist 2004. aasta detsembris ja maandus 14. jaanuaril 2005 edukalt Titanil.

Cassini-Huygens saadeti Maa pealt teele 15. oktoobril 1997 raketil Titan IVB/Centaur ning pärast planeetidevahelist lendu, mille jooksul ta tegi möödalende Maast, Veenusest ja Jupiterist, sisenes ta 1. juulil 2004 orbiidile ümber Saturni. Titanile saadetud sond Huygens eraldus Cassinist 25. detsembril 2004 umbes kell 02:00 UTC.

Saturni ümber tiirlenud Cassini avastas Saturnil uusi kuid ja pildistas nende pinda, aitamaks välja selgitada nende geoloogilist ajalugu. Lisaks uuris Cassini Saturni rõngaid, nende struktuuri ja dünaamikat, Saturni pilvede dünaamikat, magnetosfääri, kaardistas veel Titani pinda ja uuris ka tema vinejat atmosfääri ning pilvi.

Sondi missioon lõppes 15. septembril 2017, mil see sisenes Saturni atmosfääri, kus see hävis, et vältida sondi kukkumist planeedi kuudele ja niiviisi nende võimalikku bioloogilist saastamist.

Ülevaade

Missiooni meeskonna moodustasid 16 Euroopa riiki ja Ameerika Ühendriigid, mis osalesid projekteerimisel, ehitusel, orbiidile saatmisel ja sondi saadetud andmete kogumisel. Missiooni juhtis Jet Propulsion Laboratory, mis ehitas Cassini. Huygens-i ehitajaks oli ESA allüksus ESTEC ja selle ehituse peamine alltöövõtja oli Thales Alenia Space.

Nimi

Missioon koosnes kahes seadmest: kosmosesondist Cassini, mis nimetati Itaalia-Prantsuse astronoomi Giovanni Domenico Cassini järgi, kes avastas neli Saturni kuud ning maandurist Huygens, mis nimetati Hollandi astronoomi, matemaatiku ja füüsiku Christiaan Huygensi järgi, kes avastas Titani.

Eesmärgid

Cassini missioonil oli mitmeid eesmärke, ning mõned olulisemad on järgmised:

 Saturni rõngaste käitumise kirjeldamine ja 3D-struktuuri loomine
 Kuude pealispinna ja geoloogia uurimine
 Iapetusel leiduva tumeda aine olemuse ja päritolu kindlaks tegemine
 Saturni atmosfääri uurimine
 Titani pealispinna uurimine
 Titani atmosfääri uurimine

Teadusmissiooni maksumus oli umbes 3,27 miljardit dollarit, millest 1,4 miljardit moodustas arendustöö, 710 miljonit missioonijuhtimine, 54 miljonit sondi jälgimine ja 422 miljonit dollarit maksnud kanderakett. Ameerika Ühendriigid panustasid projekti 2,6 miljardit, ESA 500 miljonit ja ASI 160 miljonit dollarit.

Cassini põhimissioon lõppes 30. juulil 2008. Missiooni pikendati juulini 2010 ja missioonipikendus sai nimeks Cassini pööripäeva missioon, sest sond uuris planeeti, Saturni pööripäeva ajal, mis toimus augustis 2009.

3. veebruaril 2010 teatas NASA, et Cassini missiooni pikendatakse kuus ja pool aastat ning missioon lõpeb 2017. aastal, mõni kuu pärast Saturni põhjapoolkera suvise pööripäeva algust.

Ajalugu

Cassini-Huygensi missioon sai alguse 1982. aastal, kui Euroopa Teadusfond ja Rahvuslik Teaduste Akadeemia asutasid töögrupi, et uurida võimalikke ühisprojekte. Euroopa teadlased pakkusid välja ühismissiooni Saturnile, mis koosneks Saturni orbiidile suunduvast kosmosesondist ja Titani maandurist. 1983. aastal soovitas NASA Päikesesüsteemi uurimiskomitee, et NASA peaks projektiga tõsiselt tegelema asuma. Esialgu plaaniti, et missioon võiks toimuda aastatel 1984-1985. Projekti jätkasid mõlemad agentuurid eraldi ning Sally Ride'i 1987. aastal avaldatud aruanne soovitas NASA-l projektiga tegeleda üksinda.

1988. aastal naasis NASA asedirektor Len Fisk esialgse ühismissiooni plaani juurde ning kirjutas ESA asedirektorile, et NASA pühendub missioonile, kui ESA peaks otsustama Cassini missiooni kasuks. Fiski kirja põhjuseks oli ka asjaolu, et NASA-s hakati tundma tekkinud pinget Euroopa ning USA kosmoseprogrammide vahel, mis oli põhjustatud eurooplaste seisukohast, et NASA ei olnud varasemates koostööprogrammides kohelnud ESA-t võrdse partnerina. NASA ametnikud ja nõunikud asusid probleemi lahendama, rõhutades ESA-le, et kõiki Cassini missioonil tekkinud tehniline ja teaduslik kasu jagatakse võrdselt. NASA lobitöö oli põhjustatud ka asjaolust, et ESA oli hakanud Nõukogude Liiduga tihedamat koostööd tegema ning seetõttu oli ESA NASA-st kaugenema hakanud.

ESA nõustus Cassini missioonil osalema ning ühismissioon aitas kahe kosmoseagentuuri vahelist koostööd tihendada. Lisaks aitas ESA nõusolek NASA-l üle elada eelarve kärped, sest Ameerika Ühendriikide Kongress ei suhtunud 1992. aastal projekti kuigi soosivalt ning NASA pidi Cassini päästmiseks tühistama Comet Rendezvous Asteroid Flyby missiooni. 1994. aastal, kui Kongress kaalus taas tõsiselt projekti tühistamist, suutis NASA Kongressi ümber veenda põhjendusega, et projekti peatamine oleks kahjulik, kuna ESA oli missiooni jõudnud juba rahastada ja NASA lubaduste murdmine ning missiooni lõpetamine, kanduksid edasi ka teistesse välissuhetesse. Pärast 1994. aastat poliitilisi takistusi ei tekkinud, kuid mitmed keskkonnaaktivistid proovisid protestide ja kohtuhagidega projekti takistada kuni 1997. aastal toimunud Cassini-Huygensi stardini ja ka pärast seda.

Cassini konstruktsioon

Cassini pidi algselt olema Mariner Mark II klassi kuuluv missioon ning seda arendati samaaegselt kosmosesondiga Comet Rendezvous Asteroid Flyby (CRAF). Projektis toimunud muudatused ja eelarvekärped, põhjustasid CRAF-i ja Mariner Mark II seeria tühistamise, kuid NASA sai Cassini missiooniga jätkata.

Koos maanduriga on Cassini suurim kosmosesond, mille NASA on ehitanud ja tehniliselt keerulisimaid. Sond kaalus 2150 kg ja maandur 350 kg ning koos kütuse ja kanderaketi adapteriga oli missiooni stardimass 5600 kg. Cassini oli 6,8 m kõrge ja 4 meetrit lai ja sel oli 1630 elektroonikakomponenti ja 14 kilomeetrit juhtmeid. Sond sai kogu vajaliku elektri kolmelt radioisotoopgeneraatorilt, mis muutsid radioaktiivse materjali lagunemisel tekkiva soojuse Seebecki efekti abil elektriks.

Kuna sond oli Saturni orbiidil tiireldes Maast pidevalt 8,6 kuni 10,6 aü kaugusel, kulus raadiosignaalidel vahemaa läbimiseks 68 kuni 84 minutit. Seetõttu ei saanud seda juhtida reaalajas ning samuti võttis hädaolukordadele reageerimine väga kaua aega. Näiteks kui sond saatis lennujuhtidele teate tekkinud probleemist ja missioonijuhtimiskeskus saatis vastuse kohe, oli selleks ajaks kui Cassini vastuse kätte sai, möödunud üle kahe tunni.

Seadmed

Nimekiri
Cassini pardal olid järgmised seadmed, mis olid jagatud järgmistesse valdkondadesse:
Optiline kaugseire 
Komposiitinfrapunaspektromeeter (CIRS)
Pildistamisteaduse alamsüsteem (ISS)
UV-kiirgust pildistav spektrograaf (UVIS)
Nähtavas valguses ja infrapunas kaardistav spektromeeter (VIMS)
Väljad, osakesed ja lained
Cassini plasmaspektromeeter (CAPS)
Kosmilise tolmu analüsaator (CDA)
Ioon- ja neutraalmassispektromeeter (INMS)
Magnetomeeter (MAG)
Magnetosfääri pildistav instrument (MIMI)
Raadio- ja plasmalainete instrument (RPWS)
 Mikrolaine kaugseire 
Radar
Raadioteadus (RSS)

Kirjeldus

Cassini pardal olid järgmised seadmed: tehisavaradar, CCD-sensoriga kaamera, nähtavas valguses ja infrapunas toimiv spektromeeter, komposiitinfrapunaspektromeeter, kosmilise tolmu analüsaator, raadio- ja plasmalainete katse, plasmaspektromeeter, UV-kiirgust pildistav spektrograaf, magnetosfääri kaamera ja magnetomeeter. Kosmosesondi sideantenne kasutati ka Titani ja Saturni atmosfääride vaatlemisel ning planeedi ja tema kuude magnetväljade mõõtmisel.

Cassini plasmaspektromeeter (CAPS)

CAPS teostas energia- ja elektrilaengute otseseiret. Seade uuris Saturni ionosfäärist pärinevaid molekule ning planeedi magnetvälja konstruktsiooni. CAPS uuris veel ka nendest piirkondadest pärit plasmat ning Saturni magnetvälja jäävat päikesetuult. Seade tuli juunis 2011 seisata, sest selles tekkis lühis. Spektromeeter taaskäivitati märtsis 2012, kuid 78 päeva hiljem tekkis selles taas lühis ning seade lülitus välja. Riket uurinud insenerid leidsid, et seadme käivitamine tekitaks varsti uuesti lühise ja seetõttu jäeti seade välja lülitatuks.

Kosmilise tolmu analüsaator (CDA)

CDA oli otseseireseade, mis mõõtis Saturni lähistel oleva kosmilise tolmu suurust, kiirust ja suunda. Osad nendest tolmuosakestest tiirlevad Saturni orbiidil, kuid mõned võivad olla pärit teistest tähesüsteemidest. CDA eesmärgiks oli uurida neid osakesi ja leida vihjeid teiste taevakehade koostise kohta.

Komposiitinfrapunaspektromeeter (CIRS)

CIRS oli kaugseireseade, mis mõõtis taevakehadest lähtuvat infrapunakiirgust, et tuvastada nende temperatuur ja koostis. Seade oli kogu missiooni vältel mõõtnud planeedist ja kuudelt lähtuvat infrapunakiirgust ning kaardistanud kolmemõõtmeliselt Saturni atmosfääri, et teha kindlaks selle temperatuur, õhurõhk ning gaaside ja pilvede jaotumine. Lisaks oli CIRS mõõtnud Saturni kuude ja rõngaste temperatuuri.

Ioon- ja neutraalmassispektromeeter (INMS)

INMS oli otseseireseade, mis analüüsis Titani ja Saturni lähedal asuvaid laetud osakesi (näiteks prootonid ja ioonid) ja neutraalosakesi (näiteks aatomid), et saada rohkem infot nende atmosfääride kohta.

Pildistamisteaduse alamsüsteem (ISS)

ISS oli kaugseireseade, mis pildistas enamiku nähtavas valguses pildistatud fotodest ja mõned pildid infrapunas ja UV-kiirguses. Kaamera tegi sadu tuhandeid fotosid Saturnist, tema rõngastest ja kuudest. ISS-il oli lainurkkaamera, mis pildistas suuri territooriume ning kitsasnurkkaamera, mis pildistas detailselt väiksemaid alasid. Mõlemad kaamerad olid varustatud tundliku CCD-sensoriga.

Magnetomeeter (MAG)

MAG oli otseseireseade, mis mõõtis Saturni magnetvälja suunda ja tugevust. Saturni magnetvälja on osaliselt tekitanud Saturni vedel tuum ja magnetvälja mõõtmine on üks meetodeid, kuidas uurida planeedi tuuma. MAG eesmärgiks oli koostada Saturni kolmemõõtmeline magnetvälja kaart ja teha kindlaks Saturni kaaslaste magnetväljade olemasolu ja nende roll Saturni magnetväljas.

Magnetosfääri pildistamise instrument (MIMI)

MIMI oli otse- ja kaugseireseade, mis koostas pilte ja kogus andmeid Saturni magnetvälja jäänud osakestest. Kogutud info abil selgitati välja magnetvälja dünaamika ja konstruktsioon ning mõju Saturni atmosfäärile, rõngastele, kuudele ja päikesetuulele

Radar

Cassini radar oli otse- ja kaugseireseade, mis koostas kaardid Titani pinnast. Aktiivne radar võis saata Titanile raadiolaineid, mis suutsid läbida selle paksu atmosfääri ning signaali saatmise ja vastuvõtmise ajavahemiku mõõtmisel, sai teha kindlaks suuri pinnavorme nagu järved ja mäed. Passiivne radar kuulas võimalikke Saturnilt või tema kuudelt pärinevaid raadiolaineid.

Raadio- ja plasmalainete teaduse instrument (RPWS)

RPWS oli otse- ja kaugseireseade, mis mõõtis Saturnilt saabuvaid raadiolaineid, sealhulgas neid, mis tekkisid Saturni ja Titani kokkupuutel päikesetuulega. RPWS tuvastas ka planeetidevahelisest ruumist ja planeetide magnetväljalt tulevaid elektri- ja magnetlaineid. Lisaks uuris RPWS planeedi magnetvälja ehitust ja jälgis ning kaardistas Saturni ionosfääri, plasmat ja äikest.

Raadioteaduse alamsüsteem (RSS)

RSS oli kaugseireseade, mis kasutas Maal paiknevaid antenne, et jälgida muutusi raadiosignaalides ajal kui need läbisid objekte, näiteks Titani atmosfääri või Saturni rõngaid. Veel mõõtis seade atmosfääride ja ionosfääride koostist, õhurõhku ja temperatuuri, planeedi rõngaid ja gravitatsioonivälja. RSS kasutab X-riba, S-riba ja Ka-riba.

UV-kiirguse pildistamise spektrograaf (UVIS)

UVIS oli kaugseireseade, mis pildistas UV-kiirgust, mis peegeldus näiteks Saturni pilvedelt ja/või tema rõngastelt, et saada infot nende ehituse ja koostise kohta. Seadme pildistamised toimusid sellises lainealas, et selle abil sai uurida atmosfääride koostist ja temperatuuri.

Nähtavas valguses ja infrapunas kaardistav spektromeeter (VIMS)

VIMS oli kaugseireseade, mis tegi pilte nähtavas valguses ja infrapunas, et saada infot Saturni rõngaste, Saturni ja kuude pealispinna ning planeedi ja Titani atmosfääride kohta. Seade koosnes kahest kaamerast, millest üks pildistas nähtavas valguses ja teine infrapunas. VIMS mõõtis atmosfääridest peegeldunud ja eralduvat radiatsiooni, et määrata kindlaks nende koostis, temperatuur ja ehitus. Lisaks jälgis seade Päikeselt ja teistelt tähtedelt saabuvat valgust, et saada rohkem andmeid Saturni rõngaste konstruktsioonist.

Energiaallikas

Kuna Saturn on Päikesest väga kaugel, siis ei saanud elektri tootmiseks kasutada päikesepaneele, sest piisava energiakoguse tootmiseks oleksid need olnud liiga suured ja rasked. Päikesepaneelide asemel otsustas NASA kasutada kolme radioisotoopgeneraatorit (RTG), milles oli kokku umbes 33 kg plutooniumi. Cassini RTG-d olid sarnased New Horizonsi, Galileo ja Ulyssesi missioonidel kasutatud RTG-dega ning need projekteeriti väga pikkade missioonide tarbeks. Cassini 11 aastat kestnud missiooni lõpul oli nende koguvõimsus umbes 600–700 W.

Saturni orbiidile jõudmiseks vajaliku kiiruse saavutamiseks, pidi Cassini sooritama mitu möödalendu erinevatest planeetidest, sest kuigi NASA kasutas missiooni kosmosesse viimiseks oma võimsaimat kanderaketti, polnud see piisavalt võimas, et saata Cassini otse Saturnile. Missiooni planeerijad otsustasid, et sond sooritab kaks möödalendu Veenusest, ühe Maast ja viimasena möödub Jupiterist. Maast möödumise vastu olid keskkonnakaitsjad, kelle arvates oli manööver pardal oleva tuumakütuse tõttu liiga ohtlik. NASA arvestas, et halvima stsenaariumi korral kui Cassini siseneb järsu nurga all atmosfääri ning tuumakütus satub atmosfääri, saavad kiiritada kuni viis miljardit inimest, aga vähki suremus suureneks ainult 0,0005%. Siiski hindas NASA halvima stsenaariumi tõenäosuseks vähem kui üks miljonile.

Huygens

Huygens, mille ehitasid ESA ja ASI, eraldus emalaevast 25. detsembril 2004 ja jõudis Titanini 14. jaanuaril 2005. Maandur oli projekteeritud maanduma Titanil iseseisvalt, sest suure vahemaa tõttu oli selle kaugjuhtimine võimatu. Huygens edastas Titani pinnale laskumise ajal andmeid Titani atmosfääri ja pinnase kohta ning tegi ka Titani maastikust pilte. Maandur laskus Titanile 2 tundi ja 27 minutit ja jätkas andmete edastamist veel 72 minutit, kuni ta akud tühjaks said. See oli esmakordseks kunagi ajaloos toimunud maandumiseks Päikesesüsteemi välisosas.

Huygens saatis kogutud andmed Maanduri andmete edastamise alamsüsteemi (PDRS) kaudu Cassinile ja andmete kogumist juhtis Käsuandmete haldamise alamsüsteem (CDMS). PDRS-i ja CDMS-i ehitas ASI. Huygensi missioon oleks äärepealt ebaõnnestunud, sest vahejaamana toiminud Cassini ei oleks suutnud Huygensi signaali Doppleri nihke tõttu korralikult vastu võtta. Probleem avastati 2001. aastal maanduri sidet testides ja selgus, et nihe takistaks oluliselt Cassini ja Huygensi vahelist suhtlust ning 90% andmetest läheks kaotsi. Kuna probleem oli avastatud varakult, sai selle ära parandada ning insenerid lahendasid probleemi, vähendades Doppleri nihet sondi orbiidi korrigeerimisega.

Valitud sündmused ja avastused

Möödalennud Veenusest ja Maast ning teekond Jupiterile
Cassini sooritas Veenusest kaks möödalendu, mis toimusid 26. aprillil 1998 ja 24. juunil 1999. Need möödalennud võimaldasid koguda piisavalt kiirust, et läbida Asteroidide vöö, kuid siiski oli Päikese gravitatsioon veel piisavalt tugev, et välistada suundumine Saturnile. Lisakiiruse saamiseks möödus sond 18. augustil 1999 Maast. Maale lähenemisel, möödus sond üks tund ja 20 minutit enne lennutrajektoori Maale lähimasse punkti jõudmist, 377 000 kilomeetri kauguselt Kuust ning pildistas seda, et kalibreerida kaameraid.

23. jaanuaril 2000 möödus Cassini teel Jupiterile, asteroidist 2685 Masursky 1,6 miljoni kilomeetri kauguselt ning pildistas seda viie kuni seitsme tunni jooksul. Asteroidi ligikaudseks läbimõõduks määrati 15 kuni 20 kilomeetrit.

Möödalend Jupiterist

Cassini möödalend Jupiterist kestis kuus kuud ja sond oli planeedile kõige lähemal 30. detsembril 2000. Sond teostas möödumise ajal mõõtmisi ning pildistas umbes 26 000 fotot Jupiterist, tema rõngastest ja kuudest. Möödalennul tehtud piltidest koostati Jupiteri tolle aja kõige detailseim globaalne portree, millel on eristatavad kuni 60 km laiused pinnavormid.

6. märtsil 2003 avalikustas NASA Cassini Jupiterist möödalennu ajal, atmosfääri ringluse kohta kogutud andmetel põhineva olulise avastuse. Jupiteri heledamad vööd vahelduvad tumedamate vöödega ning teadlased olid varem arvanud, et heledamates vöödes on tõusvad õhuvoolud ja tumedamates laskuvad, kuid Cassini fotod tõestasid, et Maalt nähtamatud heledat värvi tormid tekivad ka tumedamates vöödes. Teadlased järeldasid, et Jupiteri vööd on tõusvate õhuvooludega piirkonnad ning planeedil on alad, kus õhuvoolud on laskuvad.

Muude atmosfääri vaatluste raames jälgis sond planeedi põhjapoolusel asunud tumedat ovaalse kujuga atmosfäärivinet ja pildistas poolusi infrapunas, et koguda andmeid pooluste tuultest.

Üldrelatiivsuse katsed

10. oktoobril 2003 avaldas missiooni meeskond, üldrelatiivsusteooria katsete tulemused. Katsed sooritati, kasutades Cassinilt saabunud raadiolaineid ning teadlased mõõtsid nende sageduse nihet kui need möödusid Päikese lähedalt. Üldrelatiivsusteooria kohaselt mõjutavad suured kehad, nagu Päike, aegruumi ja raadiolained (või valgus ja ükskõik milline elektromagnetiline kiirgus) peaksid Shapiro viivituse tõttu liikuma kaugemale ning see põhjustaks viivituse signaali vastuvõtmisel.

Varasemad üldrelatiivsusteooria katsete tegemisel oli kasutatud Vikingi ja Voyageri sonde, mis kinnitasid samuti teooriat paikapidavust. Cassiniga tehtud katsed olid varasematest täpsemad ning tulemused olid üldrelatiivsusteooriaga kooskõlas.

Saturni uued kuud

Cassini on missiooni jooksul avastanud seitse uut kuud. 2004. aastal avastati sondi tehtud fotode abil Methone, Pallene ja Polydeuces. Hilisem analüüs tuvastas, et tegelikult oli Pallenet märganud juba Voyager 2, mis möödus Saturnist 1981. aastal.

2005. aastal avastas Cassini Keeleri pilust uue kuu, mis sai nimeks Daphnis ning 2007. aastal avastati viies uus kuu, mis sai nimeks Anthe. 2008. aastal teatas NASA, et Cassini leidis G-ringist kuuenda uue kuu, millele anti hiljem nimi Aegaeon. Seitsmes kuu avastati novembris 2009 ning selle nimi on esialgu S/2009 S 1.

14. aprillil 2014 teatas NASA, et Cassini võis A-ringis märgata uue kuu tekkimise algust.

Möödalend Phoebest

11. juunil 2004 möödus Cassini Saturni kuust Phoebest ja möödalennu raames said teadlased kuud esimest korda lähedalt uurida, sest Voyager 2 oli 1981. aastal Phoebest küll möödunud, aga ei teinud sellest detailseid fotosid. See jäi Cassini ainsaks möödalennuks sellest kuust, sest sondi orbiit ei võimalda teist möödalendu.

Esimesed lähifotod saabusid Maale 12. juunil ning missiooni teadlased märkasid kohe, et Phoebe pealispind on erinev asteroididest, mida on külastanud kosmosesond. Kraatrilise pealispinna fotodel olid mõned alad väga heledad ning seetõttu arvatakse, et pinna all on suur kogus jääd.

Saturni pöörlemine

28. juunil 2004 avaldasid missiooni teadlased Saturni pöörlemisperioodi mõõtmiste tulemused. Kuna planeedi pinnal pole kindlaid pinnavorme, siis kasutati pöörlemisperioodi mõõtmisel raadiolaineid. Mõõtmiste tulemused olid teadlastele mõistatus, sest need kinnitasid Maalt tehtud mõõtmiste tulemusi ja selgus, et Saturni pöörlemisperiood on Voyageride mõõtmistulemustega võrreldes 6 minutit pikem. 2007. aastal teatas NASA, et tõenäoliselt mõjutab Saturnilt lähtuvaid raadiolaineid päikesetuul ning see oli ilmselt mõõtmistulemuste erinevuse põhjus.

Saturni orbiidile sisenemine

1. juulil 2004 lendas Cassini läbi F- ja G-rõnga vahelise pilu ja jäi Saturni orbiidile tiirlema. See on esimene kosmosesond, mis on jäänud Saturni orbiidile.

Saturni orbiidile sisenemise manööver oli väga keeruline. Manöövri alguses keeras sond sideantenni Maalt eemale oma liikumissuunda, et kaitsta teadusseadmeid Saturni rõngaste juures olevate tolmuosakeste eest. Pärast rõngaste läbimist keeras sond ennast ringi ja käivitas 96 minutiks peamootori, et enda kiirust aeglustada ning jääda Saturni orbiidile tiirlema. Manöövri ajal möödus Cassini Saturni pilvkattest 20 000 kilomeetri kauguselt.

Möödalennud Titanist

2. juulil 2004, päev pärast Saturni orbiidile jäämist, sooritas Cassini esimese möödalennu Titanist, lähenedes kuni 339 000 kilomeetri kaugusele. Eriliste filtrite abil tehtud fotod näitasid, et lõunapooluse pilved koosnevad metaanist ja pinnavormidel on varieeruv eredus. 27. oktoobril 2004 sooritas Cassini esimese möödalennu lähidistantsilt, lähenedes Titanile kuni 1200 km kaugusele. Möödalennul kogus sond 4 GB andmeid ja tegi esimesed radarifotod Titani pinnast, mis näitasid, et Titani pealispind on üsna tasane ja pinnavormide kõrgus ei ületanud 50 meetrit. Möödalennul tehtud fotod olid seni parima kvaliteediga fotod Titanist ja sond tegi neid ka edaspidi.

Huygens maandub Titanil

Huygens eraldus Cassinist 25. detsembril 2004, kasutades vedrude ja rööbaste süsteemi, mis panid selle suurema stabiilsuse tarbeks pöörlema. Maandur sisenes Titani atmosfääri 14. jaanuaril 2005 ning maandus pärast kaks ja pool tundi kestnud laskumist Titani pinnal. Side vahejaamana toiminud Cassini edastas Maale 350 Huygensi fotot, mis olid pildistatud maandumise ajal ja selle järel, kuid Cassini tarkvaravea tõttu kaotati veel 350 Huygensi tehtud fotot.

Möödalennud Enceladusest

Cassini sooritas 2005. aastal esimesed möödalennud Enceladusest ning tuvastas kohalikus magnetväljas kõrvalekalde, mille olemasolu on nõrga atmosfääri korral tavapärane. Cassini vaatles ka lõunapoolusel asuvaid geisreid, mis purskavad vett ning muutsid usutavaks idee, et Enceladus toodab osakesi E-ringi juurde. Lisaks hakkasid teadlased kahtlustama, et Enceladuse pealispinna all peab olema veetaskuid, mis toidavad geisreid.

12. märtsil 2008 sooritas Cassini esimese lähimöödalennu, möödudes kuu pinnast kuni 50 kilomeetri kauguselt. Sond läbis möödalennul ka geisritest tekkinud pilvi ja leidis nendest vett, süsinikdioksiidi ja mitmeid süsivesinikke. Enceladuse pinna kaaristamise ajal sooritatud infrapunaspektromeetri mõõtmised näitasid, et kuu lõunapoolus on arvatust tunduvalt soojem. Möödalennu ajal ei töötanud tarkvaravea tõttu kosmosetolmu analüsaator ja seetõttu kosmosetolmu mõõtmisi ei toimunud.

21. novembril 2009 möödus Cassini Enceladusest kaheksandat korda ja lähenes sellele kuni 1600 kilomeetri kaugusele. Möödumise ajal koostas CIRS, Enceladuselt eralduva soojuse kaardi ning saadud andmed võimaldasid teadlastel koostada osalise kaardi kuu Saturni-poolsest küljest.

3. aprillil 2014 teatas NASA Cassinilt saadud andmete põhjal, et Saturni kuul Enceladusel asub külmunud pinnakihi all suur veest koosnev ookean. Mõnede teadlaste arvates on Enceladus Päikesesüsteemis üks kõige tõenäolisematest kohtadest peale Maad, millelt võiks leida elu vähemalt mikroorganismide tasemel.

Septembris 2015 teatas NASA, et pärast Enceladuse orbiidi libreerimise analüüsimist on teadlased jõudnud järeldusele, et kuu pealispinna all peab olema globaalne ookean.

Saturni rõngaste raadiolainete mõõtmised

Mais 2005 alustas Cassini raadiolainete mõõtmiste seeriat, et määrata kindlaks Saturni rõngaste massi jaotus, ja järgmised neli kuud tiirles sond orbiidil, mis oli planeeritud ainult nende katsete tegemiseks. Katsete ajal lendas Cassini Maalt vaadatuna rõngaste tasapinna taha ning saatis läbi rõngaste raadiolaineid, mida Maal analüüsiti, et teha kindlaks nende sagedus ja nihe ning määrata selle abil rõngaste struktuur.

Titani järved

21. juulil 2006 tehtud radaripildid näitasid, et Titani põhjaosas on vedelatest süsivesinikest (näiteks metaan ja etaan) koosnevad järved. Need on esimesed järved, mis on leitud mujalt kui Maalt ning nende suurus jääb vahemikku üks kuni sada kilomeetrit.

13. märtsil 2007 teatas JPL, et on leidnud kindlaid tõendeid meredest Titani põhjapoolkeral ning vähemalt üks neist on suurem kui ükskõik milline Suure järvistu järv.

Saturni orkaan

Novembris 2006 avastasid teadlased Saturni lõunapooluselt tormi, millel on selgelt eristunud tormi silm. See on omane Maal tekkivatele orkaanidele ning seda polnud varem teistel planeetidel märgatud. Erinevalt maistest tormidest tundub Saturni torm olevat statsionaarne ja seisab poolusel. Torm on 8000 kilomeetri laiune ja 70 kilomeetrit kõrge ning tuuled puhuvad kiirusega 550 km/h.

Iapetuse möödalend

10. septembril 2007 möödus Cassini Iapetusest ja lähenes sellele kuni 1600 kilomeetri kaugusele. Iapetusest tehtud piltide Maale saatmise ajal tabas Cassinit kosmiline kiirgus ning sond lülitus turvarežiimile. Turvarežiimile lülitumise tõttu tuli fotod Iapetusest uuesti saata, aga andmeid kaotsi ei läinud.

Suur Valge Laik ja selle järelm

25. oktoobril 2012 uuris Cassini iga umbes 30 aasta tagant toimuva tormi Suure Valge Laigu järelmit. CIRS-i kogutud andmed näitasid, et torm tõstis Saturni stratosfääri temperatuuri 83 kelvinit üle normaalse temperatuuri ning samal ajal tuvastati Saturni atmosfääris, etüleeni sisalduse tõusmine. Etüleen on värvitu gaas, mis Maal tekib looduslikult ja inimtegevuse tagajärjel ning mille olemasolu Saturni atmosfääris on ebatavaline. Suur Valge Laik oli esimene torm, mida jälgiti Saturni orbiidilt ning uuriti muuhulgas ka infrapunas. Teadlased on määranud kindlaks, et Cassini uuritud torm oli suurim ja kõige soojem torm, mida Päikesesüsteemis on vaadeldud, ning see oli suurem kui Jupiteri Suur Punane Laik.

"Päev, mil Maa naeratas"

19. juulil 2013 pööras sond end Maa suunas, et pildistada ühele fotole Saturn, tema kuud ja rõngad ning ka Maa. See oli ainulaadne sündmus, sest NASA teavitas avalikkust juba varem, et Maad pildistatakse väga suure vahemaa tagant. Cassini kaamerasüsteemi eest vastutav meeskond ütles, et fotoga sooviti panna inimesi naeratama ning taevasse lehvitama ning Cassini missiooni teadlane Carolyn Porco kirjeldas hetke kui võimalust tähistada elu Maal.

Missiooni lõpp

NASA otsustas Cassini missiooni lõpetada "suure finaaliga", mille raames lendas Cassini korduvalt Saturni ja selle rõngaste vahelt läbi ja sisenes 15. septembril 2017 Saturni atmosfääri. See meetod valiti, sest teadlased peavad võimalikuks, et Enceladus on elu eksisteerimiseks sobilik paik, ning seetõttu sooviti välistada võimalus, et sond kukub selle pinnale.

Suure finaali eesmärgid olid järgmised:

 Saturni magnet- ja gravitatsiooniväljade detailsete kaartide koostamine, et määrata kindlaks planeedi siseehitus ja pöörlemiskiirus;
 Saturni ja rõngaste vahelise ala ainesisalduse määramine, et aidata teha kindlaks rõngaste vanus;
 magnetvälja mõjul Saturni atmosfääri suunduvate osakeste otsimine ja analüüsimine;
 Saturni pilvede ja rõngaste väga lähedalt pildistamine.

Sond alustas 26. aprillil 2017 lende läbi Saturni ja rõngaste vahelise ala ning sooritas viie kuuga 21 samasugust tiiru. Pärast viimast tiiru Saturni atmosfääri sisenedes kasutas Cassini allesolevat kütust, et hoida oma sideantenn Maa suunas ning koguda andmeid Saturni atmosfääri koostise kohta. Atmosfääri sisenemisel sooritatud mõõtmised kestsid, kuni sondile mõjuvad jõud muutusid piisavalt suureks, et sond purunes ja ühendus Maaga katkes.

Viited

Kosmoseaparaadid
NASA kosmosesondid
Euroopa Kosmoseagentuuri kosmosesondid
Saturni missioonid
Jupiteri missioonid
1997