Cassini-Huygens

Cassini-Huygens oli Nasan ja ESAn yhteinen miehittämätön avaruuslento, jonka tarkoituksena oli tutkia Saturnusta ja sen kuita. Projekti koostui Cassini-avaruusluotaimesta, joka teki mittauksia Saturnuksen kiertoradalta, ja sen kuljettamasta Huygens-laskeutujasta, joka teki mittauksia laskeutuessaan 14. tammikuuta 2005 Titan-kuun kaasukehään ja pinnalle. Cassini-Huygens laukaistiin matkaan 15. lokakuuta 1997 Kennedyn avaruuskeskuksesta. Kantorakettina oli kaksivaiheinen Yhdysvaltain ilmavoimien Titan IV -kantoraketti, sivuilla kaksi kiinteän polttoaineen apurakettia ja ylimpänä vaiheena Centaur-rakettimoottori. Cassini oli ensimmäinen Saturnusta kiertävä luotain ja neljäs Saturnusta tutkinut luotain. Se saapui Saturnuksen kiertoradalle 1. heinäkuuta 2004. Ohjelman alkuperäinen päättymishetki oli 1. heinäkuuta 2008, mutta myöhemmin tehtävän kestoa jatkettiin kesään 2010 saakka luotaimen menestyksekkään toiminnan vuoksi. Tämän jälkeen tehtävää jatkettiin vuoteen 2017 asti. Luotain törmäytettiin Saturnukseen 15. syyskuuta 2017.

Yleiskatsaus 

Projekti sai nimensä ranskalais-italialaisen Jean-Dominique Cassinin (1625–1712) ja hollantilaisen Christiaan Huygensin (1629–1695) mukaan. Molemmat tähtitieteilijät tutkivat aikanaan muun muassa Saturnusta ja sen kuita. Huygens löysi Saturnuksen renkaat ja suurimman Titan-kuun.

Cassinin tärkeimmät tavoitteet olivat:
 selvittää Saturnuksen renkaiden kolmiulotteinen rakenne ja liike,
 selvittää Saturnuksen kiertolaisten pinnan rakenne ja geologinen historia,
 selvittää Saturnuksen Japetus-kuun tumman materiaalin luonne ja alkuperä,
 kartoittaa Saturnuksen magnetosfäärin rakenne ja siinä tapahtuvat muutokset,
 tutkia Saturnuksen kaasukehän pilvikerrosten muutoksia,
 tutkia Titan-kuun pilvien ja usvan ajallisia muutoksia,
 määritellä Titanin pinnan alueelliset ominaisuudet.

Cassini-Huygens on kolmen avaruusjärjestön kansainvälinen yhteistyöhanke. Cassinin rakensi ja siitä vastasi Nasan Jet Propulsion Laboratory -keskus. Huygens-luotaimen rakensi ESA. Italian avaruusjärjestö ASI valmisti Cassinin tietoliikenteen suurtehoantennin. Avaruusluotaimen ja sen tieteellisten laitteiden rakentamiseen osallistui kaikkiaan 17 valtiota. Cassinissa oli 12 tieteellistä mittalaitetta, Huygensissa kuusi. Suomi osallistui Cassinin CAPS-plasmaspektrometriin kuuluvan IBS-ionisuihkuspektrometrin ja CAPSin pyörityskoneiston, MIMI/LEMMS-laitteen pyörityskoneiston ja Huygensin HASI-kaasukehäinstrumentin ja radiokorkeusmittarin toteutukseen.

Cassini-Huygens-avaruusohjelman kokonaiskustannus oli noin 3,26 miljardia dollaria, josta Nasan osuus oli 2,6 miljardia, ESAn 0,5 miljardia ja Italian 0,16 miljardia dollaria. Vuonna 1993 Yhdysvaltain kongressi epäsi Cassinin sisaraluksen CRAF-komeettaluotaimen rahoituksen. Cassinia kutsuttiin jopa dinosaurukseksi, koska se oli suuri, kallis ja monimutkainen avaruuslento, jollaisia Nasa toteutti 1970-luvulta 1990-luvun puoliväliin.

Avaruusaluksen rakenne 

Cassini-Huygens luotain oli yksi suurimmista, painavimmista ja monimutkaisimmista planeettaluotaimista. Cassini painoi 2 150 kilogrammaa ja Huygens 350 kilogrammaa.

Cassini kuljetti 3 123 kilogrammaa ajoainetta, joten kokonaislähtöpaino oli noin 5 600 kilogrammaa. Se oli 6,8 metriä korkea ja 4 metriä leveä. Siinä oli yli 14 kilometriä kaapelia ja 18 (12+6) mittalaitetta.

Voimanlähde ja protestit 

Saturnuksen etäisyydellä auringonvalo on niin heikko, etteivät aurinkokennot olisi riittäneet Cassinin tarvitsemaan sähköntuotantoon. Niinpä Cassinin voimanlähteenä toimi kolme generaattoria, jotka käyttivät virran tuottamiseen plutoniumin radioaktiivisesta hajoamisesta syntyvää lämpösäteilyä. Nämä RTG-generaattorit olivat Nasan Galileo- ja ESAn Ulysses-luotaimissa käytettyä mallia, ja niillä oli erittäin pitkä käyttöikä. Kun Cassini-lennon oli tarkoitus päättyä 11 vuotta lähtönsä jälkeen (2008), ne pystyivät yhä tuottamaan vähintään 628 watin tehon.

Eräät kansalaisjärjestöt ja yksityiset ihmiset vastustivat hanketta Cassinissa käytetyn RTG-generaattorin takia. Nasa arvioi lennon radiologiset riskit hyvin pieniksi. Vakavin uskottava onnettomuus, joka RTG-generaattorille olisi voinut sattua, olisi ollut pirstoutuminen aerosoleiksi siinä tapauksessa, että jokin onnettomuus olisi syössyt luotaimen ilmakehään, jossa se olisi palanut. Tällaisessa tapauksessa RTG:stä peräisin olevat hiukkaset olisivat voineet aiheuttaa pienen lisäyksen altistuvien ihmisten säteilyannokseen. Aineiden hyvin pienten määrien vuoksi säteilyannoksen lisäys olisi ollut 50 vuoden aikana alle 0,01 millisievertiä, joka ei erotu yli 15 000 kertaa suuremmasta luonnollisesta säteilyaltistuksesta samana aikana.

Huygens-laskeutumisalus 

Huygens (lausutaan [hoigens]) on läpimitaltaan 2,7-metrinen laskeutumisalus. Se saapui Titan-kuun kaasukehään yli 10 km/s nopeudella. Aluksen nopeutta hidasti ensin sen ballistinen hidastuminen Titanin kaasukehässä. Aluksen etäisyyttä kuun pinnasta seurasi laskeutujan italialainen radioaltimetri, jonka pääosat oli valmistanut Kauniaisissa toiminut Ylinen Electronics -yhtiö. Kuumentuneen lämpökilven irrotuksen jälkeen aluksen nopeutta pienensivät kolme laskuvarjoa, ja alus laskeutui ehjänä pinnalle.

Huygensin kuusi tiedeinstrumenttia ovat:
 HASI eli Huygens Atmosphere Structure Instrument on sääinstrumentti. Sen painemittausjärjestelmä on suomalainen. Sen paineanturi on Vaisalan anturi. Kiel putkeen perustuvan painemittausjärjestelmän suunnitteli Ilmatieteen laitos TKK:n aerodynamiikan laboratorion analyysien ja testien perusteella.
 GCMS eli Gas Chromatograph and Mass Spectrometer on kaasukromatografi ja massaspektrometri, ja se analysoi kaasun koostumuksen
 ACP eli Aerosol Collector and Pyrolyser on aerosolien keräin ja pyrolyysilaite, joka tutkii kaasukehää
 DISR eli Descent Imager/Spectral Radiometer on kuvaava laite ja radiometri
 DWE eli Doppler Wind Experiment mittaa radiosignaalin doppler-analyysin avulla tuulia
 SSP eli Surface Science Package on pinnalla tehtävän tutkimuksen mittauslaitepaketti

Tehtävän tärkeimmät löydöt ja tapahtumat 
Cassini teki neljä sen nopeutta lisäävää planeetan ohilentoa. Se kiersi Venuksen huhtikuussa 1998 ja kesäkuussa 1999, Maan elokuussa 1999 ja Jupiterin joulukuussa 2000.

Jupiterin ohilento 
Cassini kävi lähimpänä Jupiteria 30. joulukuuta 2000 ja suoritti lukuisia tieteellisiä mittauksia. Kuukausia kestäneen ohilennon aikana luotain otti noin 26 000 valokuvaa, joiden joukossa oli aiempia yksityiskohtaisempi Jupiterista otettu värivalokuva. Kuvan pienimmät yksityiskohdat ovat noin 60 kilometrin kokoisia.

Phoeben ohilento 
Kesäkuun 11. päivänä vuonna 2004 Cassini ohitti Phoebe-kuun. Tämä oli ensimmäinen tilaisuus Voyager 2:n ohilennon jälkeen. Tämä oli lisäksi Cassinin ainoa mahdollisuus suorittaa ohilento.

Ensimmäiset lähikuvat saatiin seuraavana päivänä, ja tutkijat totesivat kuun pinnan näyttävän erilaiselta kuin muut asteroidit. Kuvissa osa pinnasta näyttää erittäin kirkkaalta, mikä tämänhetkisten arvioiden mukaan johtuu pinnan alla olevasta jäätyneestä vedestä.

Huygensin laskeutuminen Titan-kuuhun 

 
ESAn Huygens-luotain irrotettiin Cassinista 25. joulukuuta 2004. Se laskeutui Saturnuksen Titan-kuun pinnalle 14. tammikuuta 2005. Huygens lähetti dataa kohti Cassinin pääantennia 2–3 tuntia Titanin kaasukehässä kestäneen lennon ajan. Laskeutujan nopeus sen kohdatessa Titanin kaasukehän rajan oli noin 6 km/s. Tästä nopeudesta laskeutuja hidastui ensin lämpökilven vastuksen ansiosta. Sen jälkeen nopeutta pienennettiin laskuvarjoilla. Luotain putosi Titanin kaasukehässä noin 2 tuntia 15 minuuttia ja osui Titanin pintaan noin 20 km/h nopeudella. Luotain säilyi toimintakykyisenä Titanin pinnalla useita tunteja, paljon odotettua kauemmin. Cassini-luotain lähetti Huygensin datan maa-asemille.

Mahdollisen järven löytäminen Titanista 
Nasa ilmoitti 28. kesäkuuta 2005, että Cassini-luotaimen Titanista ottamassa kuvassa näkyy epämääräinen tumma alue, joka saattaisi olla järvi. Veden sijasta järvessä olisi luultavasti nestemäistä metaania. Alue saattaa kuitenkin olla myös laaja alankoalue tai kuivunut järvi.

13. maaliskuuta 2007 Jet Propulsion Laboratory julkisti löytäneensä vahvoja todisteita meristä Titanin pohjoisella pallonpuoliskolla. Ainakin yksi näistä suurista metaani- ja etaanimuodostumista on suurempi kuin yksikään Pohjois-Amerikan Suurista järvistä.

Enceladuksen ohilennot 
Cassini ohitti 12. maaliskuuta 2008 Saturnuksen kuista Enceladuksen tarkoituksenaan tutkia kuun etelänapa-alueelta avaruuteen nousevaa, geysiriä muistuttavia massiivisia vesijääsuihkuja. Ohilennon aikana kello 22.15 Suomen aikaa luotain kävi lähimmillään vain 52 kilometrin korkeudella kuun pinnasta. Tällöin sen nopeus oli 14,2 km/s. Enceladuksen ohilennon aikana tieteellinen mielenkiinto kohdistui luotaimen hiukkasinstrumentteihin, minkä vuoksi kamerat olivat lähimmän ohituksen aikana suunnattuina kuusta poispäin. Ennen ja jälkeen ohituksen luotain kuitenkin kuvasi myös kuuta. Cassini kulki napa-alueelta tulevan suihkun keskiosan läpi 641 kilometrin korkeudessa.

Ohilennon aikana Cassini sai kuvamateriaalia myös Enceladuksen pohjoisnapa-alueen ennen tutkimattomasta maastosta. Se havaitsi orgaanisia yhdisteitä Enceladuksen sisältä pursuavista suihkuista.

Cassini suoritti ohilennon vielä lähempää 9. lokakuuta 2008. Tällöin luotain kävi vain 25 kilometriä kuun pinnan yläpuolella. Myös tämän ohilennon aikana mielenkiinto kohdistui kuun sisältä purkautuvan aineen koostumukseen ja kemialliseen analyysiin. Lokakuun 31. päivänä suoritetulla ohilennolla luotain otti kuvia myös Enceladuksen pinnasta.

Lähteet

Aiheesta muualla 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Saturnus-luotaimet
Jupiter-luotaimet
Venus-luotaimet
Miehittämättömät avaruuslennot
Vuoden 1997 avaruustoiminta