Wejscie sondy Cassini na orbite Saturna.

15 września 2017 r. o godzinie 11:55 na Ziemię napłynęły ostatnie sygnały z sondy Cassini. Stało się to po blisko dwudziestu latach od chwili jej startu z Ziemi i ponad trzynastu spędzonych w pobliżu Saturna. Sonda weszła w gęste warstwy jego atmosfery i spłonęła, do ostatniej chwili przesyłając unikatowe dane naukowe.

Podczas swej misji Cassini pokonał dystans 7,9 miliarda kilometrów, odebrał i wykonał dwa i pół miliona komend, a jego silniki przeprowadziły 360 manewrów. Odkrył sześć nieznanych dotąd satelitów Saturna, wykonał 453 048 fotografii jego atmosfery, pierścieni i księżyców i przekazał 635 gigabajtów informacji naukowej, na podstawie których do dnia zakończenia misji opublikowano 3948 prac naukowych.

Saturn w liczbach

Szósta planeta Układu Słonecznego znana była już w starożytności. Choć odległa od Słońca o niemal półtora miliarda kilometrów, dziesięciokrotnie dalej niż Ziemia, bez problemów widoczna jest nieuzbrojonym okiem. Zawdzięcza to swym wymiarom – promień planety jest dziewięciokrotnie większy od ziemskiego i wynosi 58 232 km. Natomiast masa Saturna jest większa od ziemskiej o 95 razy (5,68×1026 kg), z czego wynika, że średnia gęstość planety wynosi zaledwie 0,687 g/cm3, znacznie mniej od gęstości wody Oznacza to, że Saturn zalicza się do gazowych olbrzymów. W centrum planety jest niewielkie, żelazowo-krzemianowe jądro, stanowiące około 20% masy Saturna. Otoczone jest ono grubą warstwą ciekłego wodoru metalicznego, a następnie molekularnego, z niewielką domieszką helu. Warstwa ta w sposób ciągły przechodzi w stan gazowy, czyli atmosferę. Składa się ona nieomal wyłącznie z wodoru (96,3%) oraz helu (3,25%). Pozostały ułamek masy przypada na metan, amoniak oraz wodę. Wnętrze planety jest gorące, emituje ona w przestrzeń 2,5 raza więcej energii, aniżeli otrzymuje od Słońca. Mechanizm jej powstawania nie jest dotąd jednoznacznie wyjaśniony. Planeta, obracająca się wokół swej osi w czasie około 10,5 godziny (rotacja jest niejednorodna, gdyż Saturn nie jest bryłą sztywną), generuje pole magnetyczne o natężeniu nieznacznie większym, od ziemskiego (20 μT).

Pierwsze obserwacje

Z chwilą skonstruowania przez Galileusza pierwszej lunety (1610 r.), nasza wiedza o Saturnie po raz pierwszy uległa zamianie – niedoskonały przyrząd pokazał obraz planety z „uszami”. Taki zadziwiający pogląd, że Saturn jest planetą potrójną, utrzymał się przez blisko 50 lat. Dopiero Christian Huygens, korzystający ze znacznie lepszych przyrządów wyciągnął wniosek, że planetę otacza stosunkowo cienki pierścień, składający się z drobnych cząstek, rozciągający się wokół planety w jej płaszczyźnie równikowej. Jego pogląd długo budził niedowierzanie, dopiero dokładniejsze obserwacje, przeprowadzone przez Gian Domenico Cassiniego wykazały, że Huygens miał rację. Dodatkowo Cassini odkrył w 1675 r. przerwę w strukturze pierścienia, a także cztery jego księżyce (pierwszy, nazwany Tytan, odkrył Huygens jeszcze w 1655 r.). Kolejne dziesięciolecia skutkowały odkrywaniem kolejnych, mniejszych naturalnych satelitów planety, a także nieco bardziej szczegółowym opisem jej pierścieni, w którym odkryto kolejne przerwy, natomiast o naturze samej planety nie mogliśmy dowiedzieć się niczego nowego. Przełom w tej dziedzinie spowodowało dopiero nastanie ery lotów kosmicznych i rozpoczęcie badań planet z bliska.

Trzy przeloty

Pierwszą sondą kosmiczną, która zbadała z bliska Saturna, był Pioneer-11, który 1 września 1979 r. zbliżył się do niego na odległość 20 900 km od widocznej powierzchni atmosfery i przesłał dane i fotografie jego układu. Wielkim zaskoczeniem okazała się rozległość i wysoce skomplikowana budowa jego pierścieni, odkryto także magnetosferę planety. Spowodowało to włączenie do programu lotu dwóch sond Voyager znacznie rozleglejszego, niż to uprzednio planowano, programu badań obu struktur. Sonda Voyager-1 zbliżyła się do Saturna 12 listopada 1980 r. na odległość około 124 000 km nad szczytami chmur, Voyager-2 zaś 26 sierpnia 1981 r. na odległość około 101 000 km od granicy atmosfery. Sondy odkryły nowe satelity, w tym krążące wewnątrz pierścieni tzw. księżyce pasterskie, zawiadujące ruchem cząstek pierścienia, przekazały zdjęcia jego samego, ukazując niewiarygodnie dokładne szczegóły jego budowy oraz po raz pierwszy fotografie dobrej rozdzielczości kilku naturalnych satelitów planety. Okazało się, że układ Saturna jest niezwykle interesującym dla nauki rejonem badań, które powinny zostać przeprowadzone nie podczas krótkich przelotów, lecz jako dedykowana misja sondy, mogącej czynić to długotrwale z orbity planety.

Prace koncepcyjne

Jeszcze w 1977 r. NASA zainicjowała prace koncepcyjne nad taką misją do Saturna, nazwaną Saturn Orbiter Dual Probe, składającą się z trzech elementów: orbitera Saturna, próbnika atmosferycznego planety oraz próbnika atmosferycznego lub lądownika na Tytanie. W czerwcu 1982 r. Space Science Committee należący do European Science Foundation i amerykański Space Science Board utworzyły wspólną grupę roboczą, której zadaniem było zbadanie możliwości współpracy pomiędzy Stanami Zjednoczonymi i Europą w dziedzinie badań planetarnych. Miesiąc później ESA ogłosiła wezwanie do europejskich naukowców do przedłożenia propozycji przyszłych misji kosmicznych. W rezultacie, w listopadzie 1982 r., Daniel Gautier i Wing Ip przedłożyli ESA propozycję, podpisaną także przez 27 innych naukowców, misji nazwanej Cassini, złożonej z orbitera Saturna i próbnika Tytana, jednocześnie sugerując przeprowadzenie jej we współpracy z NASA.