Καταγράφοντας τον Κρόνο

Από τη NASA, 26 Ιουνίου 2004

Ένα διαστημικό σκάφος βρίσκεται πολύ κοντά στο δεύτερο σε μέγεθος πλανήτη του ηλιακού συστήματος και, για πρώτη φορά, ένας βολιστήρας θα προσπαθήσει να προσεδαφιστεί σε ένα από τα φεγγάρια του. Έτσι, θα στείλει πίσω χιλιάδες καταπληκτικές εικόνες και ίσως μια ένδειξη για το πώς εξελίχθηκε η ζωή στη Γη.

Εάν παρατηρήσετε τον Κρόνο ακόμη και με ένα μικρό τηλεσκόπιο, οι δακτύλιοι του είναι ορατοί. Είναι ένα από τα λίγα αντικείμενα του ουρανού που συνεχίζει να γοητεύει από τότε που για πρώτη φορά ο ιταλός αστρονόμος Γαλιλαίος τους είδε, σχεδόν, τέσσερις αιώνες πριν.

Τώρα, οι σύγχρονοι αστρονόμοι είναι έτοιμοι να πάρουν τα πρώτα κοντινά πλάνα από τον Κρόνο και να τον εξετάσουν συνεχώς με τη βοήθεια του σκάφους Cassini, που σε λίγο θα γίνει δορυφόρος του.

Μετά από ένα επταετές ταξίδι το διαστημικό σκάφος, που το μέγεθος του συγκρίνεται με ένα μικρό λεωφορείο, είναι έτοιμο να φθάσει στον προορισμό του. Στις 30 Ιουνίου, θα πυροδοτήσει την κύρια μηχανή του έτσι ώστε επιβραδυνθεί και να συλληφθεί από το βαρυτικό πεδίο του Κρόνου ως δορυφόρος του.

Κατά τη διάρκεια της τετραετούς αποστολής του, θα στείλει πίσω χιλιάδες καταπληκτικές εικόνες. Ήδη, έχει στείλει πίσω στη Γη μερικές εικόνες.

"Είναι μια απίστευτα φωτογενής θέση -- οι δακτύλιοι, τα φεγγάρια και όλα εκεί πάνω", λέει ο Philip Stooke, ένας καθηγητής της γεωγραφίας, της φυσικής και της αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Δυτικού Οντάριο. "Έτσι πρόκειται να έχουμε μια άμεση και συνεχή εμπειρία συναρπαστικών εικόνων".

Αλλά η αποστολή δεν θα στείλει μόνο εικόνες σαν καρτ ποστάλ. Τα στοιχεία που εστάλησαν θα μπορούσαν, επίσης, να ρίξουν φως στον τρόπο με τον οποίο εξελίχθηκε η ζωή στη Γη.

Τρία διαστημικά σκάφη κατά το παρελθόν (Pioneer 11 το 1979 και Voyager 1 και 2 το 1980 και το 1981) έχουν επισκεφτεί τον Κρόνο, αλλά οι αποστολές αυτές απλώς πέταξαν κοντά στον Κρόνο και έφυγαν αμέσως.

Το τελευταίο διαστημικό σκάφος αποτελείται από δύο τμήματα -- ένα όχημα που θα μπει σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη, το αμερικανικό Cassini, και ένας βολιστήρας που θα προσπαθήσει να προσεδαφιστεί στην επιφάνεια του Τιτάνα, του μεγαλύτερου φεγγαριού του Κρόνου, το ευρωπαϊκό Huygens.

Η αποστολή, που το υλικό της μόνο κοστίζει πάνω από 2 δισεκατομμύρια δολάρια, αντιπροσωπεύει τις κοινές προσπάθειες αμερικανών και ευρωπαίων.

Η συσκευή Huygens, που ευρίσκεται στις πλάτες του Cassini, θα απελευθερωθεί από αυτό την παραμονή των Χριστουγέννων, και 22 ημέρες αργότερα θα προσγειωθεί στον Τιτάνα. Το φεγγάρι αυτό είναι τόσο μεγάλο που θα θεωρούταν πλανήτης εάν ήταν σε τροχιά γύρω από τον ήλιο: Με διάμετρο 5.150 χιλιόμετρα, είναι ανάμεσα στον Ερμή και τον Άρη.

Αυτό που προκαλεί το ενδιαφέρον είναι ότι ο Τιτάνας είναι το μόνο φεγγάρι στο ηλιακό σύστημα που έχει μια σημαντική ατμόσφαιρα, λέει ο Earl Maize, αναπληρωτής διευθυντής του προγράμματος της NASA για την αποστολή. Περιέχει πάνω από 95 τοις εκατό άζωτο, συν κάποια ποσά μεθανίου και ίχνη άλλων αερίων, όπως το υδροκυάνιο, συν την υπάρχουσα σκόνη μοιάζει με την πρωτόγονη ατμόσφαιρα της Γης δισεκατομμύρια έτη πριν.

Το πιο ενδιαφέρον όμως είναι το μεθάνιο που ναι μεν διασπάται από την υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου, αλλά ποτέ δεν εξαντλείται. Γι' αυτό και μερικοί πιστεύουν ότι στη θερμοκρασία των -180 βαθμών Κελσίου, υπάρχουν λίμνες υγρού μεθανίου που καθώς εξατμίζονται τροφοδοτούν συνεχώς με μεθάνιο την ατμόσφαιρα του Τιτάνα.

Πρόσφατα, το μεγαλύτερο ραδιοτηλεσκόπιο του κόσμου στο Πουέρτο Ρίκο, έστειλε ραδιοκύματα πάνω στον Τιτάνα, που αφού ανακλάστηκαν από την επιφάνεια του επέστρεψαν στη Γη. Οι επιστήμονες βρήκαν έτσι ότι το 75% της επιφάνειας του αποτελείται από υδρογονάνθρακες.

Στις παράξενες υγρές θάλασσες που υπάρχουν εκεί πάνω η κλίση στα κύματα τους είναι μικρότερη από 4 μοίρες. Στο περιβάλλον του Τιτάνα - με χαμηλό πεδίο βαρύτητας - οι άνεμοι σηκώνουν πολύ ψηλά κύματα, μέχρι και επτά φορές ψηλότερα από τη Γη, που όμως δεν μπορούν να κινηθούν γρήγορα εξ' αιτίας του υψηλού ιξώδους της υγρής 'θάλασσας'.

"Αυτή η αποστολή μοιάζει σαν να πάμε σε μια χρονική μηχανή", λέει ο Claudio Sollazzo, επικεφαλής των λειτουργιών του Huygens στην Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία. "Είναι πιθανώς το κοντινότερο αντικείμενο που έχουμε σε ένα εργαστήριο για να μελετήσουμε το πώς εξελίχθηκε η γήινη ατμόσφαιρα  -- και αυτό θα μπορούσε να μας δώσει ενδείξεις για την προέλευση της ζωής -- αυτός είναι ο σημαντικότερος λόγος που πηγαίνουμε εκεί."

Οι επιστήμονες δεν είναι βέβαιοι για την πηγή του μεθανίου στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα, αλλά μερικοί σκέπτονται ότι μπορεί να προέρχεται από τα ηφαίστεια. Το υπεριώδες φως από τον ήλιο αντιδρά με το μεθάνιο για την παραγωγή σύνθετων οργανικών μορίων, τα οποία θεωρούνται δομικές μονάδα της ζωής.

Αλλά κανένας δεν αναμένει να βρει πραγματικά ζωή πάνω σον Τιτάνα. "Είναι πάρα πολύς ψυχρός", συνεχίζει ο Δρ Maize.

Η μέση θερμοκρασία της επιφάνειας του Τιτάνα είναι μείον 180 βαθμούς Κελσίου. Σε αυτή τη θερμοκρασία, το νερό στερεοποιείται αλλά και το αέριο μεθάνιο συμπυκνώνεται σε υγρή μορφή. Οι επιστήμονες αναμένουν να βρουν λίμνες ή ακόμα και λίμνες μεθανίου στην επιφάνεια αυτού του φεγγαριού, που τυλίγεται με ένα παχύ κάλυμμα νέφους.

"Η ατμόσφαιρα είναι πολύ μουντή, που οφείλεται ουσιαστικά σε αυτό που ονομάζουμε αιθαλομίχλη στη Γη", εξηγεί ο Δρ Sollazzo. "Είναι όπως η ατμόσφαιρα μιας μεγάλης πόλης όπου υπάρχουν όλοι αυτοί οι υδρογονάνθρακες που αιωρούνται στον αέρα."

Εάν ήταν σε θέση να περπατήσουν επισκέπτες από τη Γη πάνω στον Τιτάνα, θα έβρισκαν "έναν κρύο, εξωτικό κόσμο με έναν πορτοκαλή ουρανό και μια πικάντικη μυρωδιά που θα θυμίζει εργοστάσιο επεξεργασίας πετρελαίου", αναφέρει η NASA σε ένα ενημερωτικό δελτίο για την αποστολή.

Μόλις φθάσει η συσκευή Huygens στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Τιτάνα, θα ανοίξει μια σειρά αλεξίπτωτων για να επιβραδύνει την κάθοδό του. Αφού διέλθει από το ανώτερο στρώμα των σύννεφων, αναμένεται ότι το διαστημικό σκάφος θα είναι σε θέση να πάρει καθαρές πανοραμικές εικόνες του ξένου και απόκοσμου τοπίου.

Θα μπορούσε το ταξίδι του  μέχρι την επιφάνεια να διαρκέσει μέχρι και 2.5 ώρες. Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού αυτού, η συσκευή θα εξετάσει την παχιά ατμόσφαιρα με τα περίπλοκα επιστημονικά όργανά της. (Η ατμόσφαιρα του Τιτάνα είναι στην πραγματικότητα 50 τοις εκατό πυκνότερη από της Γης).

"Ελπίζουμε πραγματικά ότι θα προσγειωθεί σε μια από τις υγρές επιφάνειες, επειδή θα είμαστε τότε σε θέση να μετρήσουμε τις ιδιότητές της", λέει ο Sollazzo. "Θα ήταν ή πρώτη επιστημονική παρατήρηση που θα κάνουμε σε υγρές επιφάνειες πάνω σε άλλους πλανήτες ή δορυφόρους".

Ο προσεδαφιστής αναμένεται να λειτουργήσει λίγο μόνο χρόνο στην επιφάνεια εν μέρει επειδή το ακραίο ψύχος θα σταματήσει τη λειτουργία των μπαταριών του.

Όλα τα στοιχεία που θα συγκεντρώνονται από το Huygens πρέπει να διαβιβαστούν στο διαστημικό σκάφος Cassini, που θα περιφέρεται, και το οποίο θα στείλει πίσω στη Γη με ραδιοσήματα εικόνες και δεδομένα.

Μετά από τον Τιτάνα, το Cassini θα στοχεύσει τα άλλα 30 γνωστά φεγγάρια του Κρόνου καθώς επίσης και τους διάσημους δακτυλίους.

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι οι δακτύλιοι δημιουργήθηκαν μαζί με τον Κρόνο - πριν περίπου τέσσερα δισεκατομμύριο χρόνια όταν πήρε μορφή το ηλιακό σύστημά μας. Τώρα, πολλοί νομίζουν ότι οι δακτύλιοι είναι σχετικά πρόσφατες προσθήκες στην γειτονιά του Κρόνου.

Οι δακτύλιοι μπορεί να έχουν συγχωνευτεί από συντρίμμια που έμειναν εκεί μετά από μια σύγκρουση ενός μετεωρίτη ή ενός κομήτη και ενός από τα φεγγάρια του Κρόνου, πριν μερικά εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια.

Τα τελευταία χρόνια, τα διαστημόπλοια έχουν βρει δακτύλιους γύρω κι από άλλους γιγάντιους πλανήτες στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα, σημειώνει ο καθηγητής Stooke, αλλά εκείνοι οι δακτύλιοι δεν είναι ορατοί με τα τηλεσκόπια πάνω στη Γη. Υπολογίζει ότι αυτοί οι άλλοι δακτύλιοι μπορεί να είναι παλαιότεροι από αυτούς που περιβάλλουν τον Κρόνο και είχαν περισσότερο χρόνο να διαλυθούν.

Αλλά οι δακτύλιοι του Κρόνου είναι πηγή δέους και μυστηρίου για πολλές γενεές. Ανακαλύφθηκαν το 1609 από Γαλιλαίο, ο οποίος δεν μπορούσε να κατανοήσει τι ήταν αυτό που είδε με τη βοήθεια του πρωτόγονου τηλεσκοπίου του. Τους περιέγραψε σαν λαβές φλυτζανιών.

Έπρεπε να περάσει μισός αιώνας και να φτιαχτούν καλύτερα τηλεσκόπια, ώστε ο ολλανδός επιστήμονας Christiaan Huygens να δηλώσει το 1659 ότι ο Κρόνος περικυκλώνεται από ένα δακτύλιο. Πιο προσεκτικές παρατηρήσεις οδήγησαν τον ιταλό αστρονόμο Giovanni Cassini να καταλήξουν στο συμπέρασμα το 1675 ότι ήταν όχι μόνο ένας δακτύλιος, αλλά τουλάχιστον δύο, χωρισμένους από ένα στενό χάσμα.

Οι αστρονόμοι τώρα συνειδητοποιούν ότι οι δακτύλιοι αποτελούνται πραγματικά από πολλούς πεπλεγμένους δακτυλίους σαν μπούκλες, οι οποίοι εμφανίζονται να διατηρούνται ενωμένοι με τη βοήθεια της βαρύτητας των αμέτρητων μικροσκοπικών δορυφόρων.

Πολλά είναι ακόμα άγνωστα για τους δακτυλίους, και οι υπεύθυνοι επιστήμονες για την τρέχουσα αποστολή του Κρόνου ελπίζουν να βρουν απαντήσεις προτού να τελειώσει η αποστολή.

Τα δύο σκάφη της αποστολής -- το Cassini και το Huygens -- έχουν ονομαστεί έτσι προς τιμή των δύο πρωτοπόρων αστρονόμων, που για πρώτη φορά είδαν το καταπληκτικό θέαμα των δακτυλίων.

Η αποστολή

Ο στόχος του διαστημικού σκάφους Cassini-Huygens είναι να φθάσουν στον Κρόνο, να μπει σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη και να κάνει 74 συνολικά περιφορές και να ρίξει τον προσεδαφιστή Huygens στην επιφάνεια του μεγαλύτερου φεγγαριού του Κρόνου, τον Τιτάνα, από όπου θα στείλει πίσω στη Γη επιστημονικά στοιχεία για την σύσταση του φεγγαριού

Οι δέκα στόχοι της αποστολής Cassini-Huygens

1. Γιατί ο Κρόνος εκπέμπει 87% περισσότερη ενέργεια από αυτήν που απορροφά από τον Ήλιο. Ποιά είναι η πηγή αυτής της παραπάνω ενέργειας;

2. Ποιά είναι η προέλευση των δακτυλίων;

3. Υπάρχουν ακόμα άγνωστοι δορυφόροι που δεν έχουν ανακαλυφθεί;

4. Που οφείλεται η ομαλή επιφάνεια του Εγκέλαδου; Γιατί δεν έχει κρατήρες σαν όλους τους δορυφόρους;

5. Ποιά είναι η προέλευση της σκοτεινής οργανικής ύλης που καλύπτει τη μια πλευρά του Ιαπετού;

6. Ποιές είναι οι χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα;

7. Ποιά είναι η πηγή της μεγάλης ποσότητας του μεθανίου στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα, ένα αέριο που στη Γη συνδέεται με βιολογική δραστηριότητα

8. Υπάρχουν και τι είδους είναι οι ωκεανοί στον Τιτάνα;

9. Υπάρχουν πολύπλοκες οργανικές ενώσεις και μόρια που σχετίζονται με τη δημιουργία ζωής στον Τιτάνα;

10. Τι κρύβεται στο μαγνητικό πεδίο του Κρόνου;

Χρονολόγιο του ταξιδιού Cassini-Huygens:

• 15 Oκτωβρίου 1997 - Το διαστημόπλοιο εκτοξεύεται από το Διαστημικό Kέντρο Kένεντι.

• 26 Aπριλίου 1998 - Περνάει κοντά από την Αφροδίτη, επιταχύνοντας χάρη στη βαρύτητα του πλανήτη.

• 24 Iουνίου 1999 - Περνάει για δεύτερη φορά κοντά στην Αφροδίτη, εξασφαλίζοντας κι άλλη βαρυτική ώθηση. Επιταχύνεται σε 48.430 kp/h από 40.233 kp/h

• 18 Aυγούστου 1999 - Προωθείται για τρίτη φορά, διερχόμενο κοντά στη Γη. Επιταχύνεται προς 68.414 kp/h

• 30 Δεκεμβρίου 2000 - Περνάει κοντά στον Δία, αποστέλλοντας φωτογραφίες και συνεχίσει την πορεία του, εκμεταλλευόμενο τη βαρύτητα του πλανήτη.

• 11 Ιουνίου 2004 - Περνάει κοντά στη Φοίβη, δορυφόρο του Κρόνου, αποστέλλοντας τις καλύτερες μέχρι σήμερα εικόνες της.

• 30 Iουνίου 2004 - Άφιξη στον Κρόνο

• 26 Oκτωβρίου 2004 - Πρώτη διέλευση από τον δορυφόρο Tιτάνα.

• 24 Δεκεμβρίου 2004, το σκάφος-προσεδαφιστής Huygens θα απελευθερωθεί για να αρχίσει ένα ταξίδι 22 ημερών προς την επιφάνεια του Τιτάνα

• 14 Iανουαρίου 2005 - Το ευρωπαϊκό ερευνητικό όχημα προσεδάφισης Huygens αποσπάται από το διαστημόπλοιο Cassini και ξεκινά την κάθοδό του στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα.

• Σε 1.270 χλμ επάνω από την επιφάνεια:Το Huygens εισέρχεται στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα

• Σε ύψος 170-190 χλμ:Το Huygens ανοίγει το δευτερεύον αλεξίπτωτο

• Σε ύψος 155-175 χλμ: Το κύριο αλεξίπτωτο του Huygens ανοίγει και η θερμική ασπίδα του απορρίπτεται

• Στο ύψος 110-140 χλμ: Ξεδιπλώνεται και το τρίτο αλεξίπτωτο για σταθεροποίηση

• 15 Ιανουαρίου 2005 το σκάφος προσεδαφίζεται με μια ταχύτητα 20 km/h και διαβιβάζει αμέσως τα ευρήματά του στις έξι συσκευές που βρίσκονται στο Cassini.

• 25 Σεπτεμβρίου 2005 - Διέλευση από Yπερίωνα

• 10 Oκτωβρίου 2005 - Διέλευση από Pέα

• 3 Δεκεμβρίου 2007 - Διέλευση από Eπιμυθέα

Το δορυφορικό σκάφος Cassini

Διαστάσεις: ύψος 6.7 μέτρα και πλάτος 4 μέτρα.

Βάρος: 5.712 χιλιόγραμμα με τα καύσιμα.

Επιστημονικά όργανα: Σύνθετο υπέρυθρο φασματόμετρο, σύστημα απεικόνισης, υπεριώδης φασματογράφος, οπτικό και υπέρυθρο φασματόμετρο χαρτογράφησης, ραντάρ απεικόνισης, φασματόμετρο πλάσματος, συσκευή ανάλυσης κοσμικής σκόνης, ιοντικό και ουδέτερο φασματόμετρο μάζας, μαγνητόμετρο, μαγνητοσφαιρικό όργανο απεικόνισης.

Επίσης, είναι εξοπλισμένο με τρεις γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων για να παίρνει ενέργεια, πολλαπλά συστήματα επικοινωνίας, δύο ψηφιακά συστήματα καταγραφής δεδομένων, δύο βασικοί υπολογιστές και 5ο άλλα βοηθητικά συστήματα. Κάθε σύστημα στο σκάφος είναι διπλό για λόγους ασφαλείας. Υπάρχει δε το πιο σύγχρονο software ώστε το Cassini να ανιχνεύει και να διορθώνει μόνο του τα οποιαδήποτε προβλήματα παρουσιαστούν.

Η εισαγωγή της τεχνητής νοημοσύνης κρίθηκε απαραίτητη γιατί το οποιοδήποτε πρόβλημα θα γίνεται αντιληπτό από τη Γη μετά από 90 λεπτά. Αν βάλουμε και την απάντηση των επιστημόνων (άλλα 90 λεπτά για να φθάσει στο διαστημικό όχημα), θα πέρναγαν 3 ώρες για να γίνει η επικοινωνία Cassini - Γης - Cassini, χρόνος πάρα πολύ μεγάλος για τέτοια εγχειρήματα ακριβείας. Τα υπολογιστικά συστήματα του Cassini θα παίρνουν αποφάσεις για τα τυχόν προβλήματα παρουσιαστούν.

Η NASA μάλιστα αναβάθμισε το 2000 το λογισμικό που είχε εγκατασταθεί τον Οκτώβριο του 1997 στο Cassini. Ο σκοπός της αναβάθμισης ήταν να μελετήσουν οι επιστήμονες καλύτερα τον Δία μόλις θα πέρναγε από εκεί το διαστημικό όχημα αλλά και τον Κρόνο. Η αναβάθμιση του λογισμικού επιτρέπει στον καλύτερο προσανατολισμό του σκάφους στο χώρο, άρα μεγαλύτερη ακρίβεια στις μετρήσεις των γυροσκοπίων. Επίσης, με την αναβάθμιση θα γίνεται καλύτερη διαχείριση των δεδομένων και αρχείων που θα στέλνονται πίσω στη Γη.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η αναβάθμιση είχε σχεδιαστεί πριν την εκτόξευση το 1997, γιατί έτσι οι επιστήμονες ειδικοί στο software, θα βελτίωναν την υπάρχουσα τεχνογνωσία στα χρόνια που θα πέρναγαν.

Προσεδαφιστής Huygens

Διαστάσεις: Διάμετρος 2.7 μέτρα και ζυγίζει 320 κιλά.

Κατά τη διάρκεια των δυόμισι έως τριών ωρών επιστημονικών παρατηρήσεων πρόκειται:

Να συλλέξει αερολύματα για χημική ανάλυση.

Να κάνει  φασματικές μετρήσεις και να πάρει εικόνες της επιφανειακής ατμόσφαιρας του Τιτάνα.

Να μετρήσει τις ταχύτητες του αέρα χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Doppler.

Να προσδιορίσει τα συστατικά της ατμόσφαιρας.

Να μετρήσει τις φυσικές και ηλεκτρικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας.

Να μετρήσει τις φυσικές ιδιότητες της στερεάς ή υγρής επιφάνειας του Τιτάνα

Κρόνος