卡西尼號周年祭：自我毀滅是最好的結局

來自專欄下一站火星573 人贊了文章

卡西尼號，1997年10月15日從地球出發前往土星，2017年9月15日跳入土星大氣自我毀滅。

一年前的今天，在太空中工作了20年的卡西尼號縱身一躍，跳入稠密的土星大氣中焚毀殆盡。在我個人看來，這是人類史上最偉大的深空探測器，從技術難度和意義上講甚至遠超太陽系使者旅行者一/二號。在它生命的最後階段選擇自我毀滅，雖然很殘酷，卻是最優的選擇。

1. 卡西尼號是幹嘛的？

這是美國NASA和歐空局ESA合作的巔峰，人類史上第四個抵達土星的探測器。但此前的三個（先鋒11，旅行者一號，旅行者二號）都只是飛掠而已，相當於瞟一眼就結束了，而卡西尼號是唯一一個環繞的，換句話說一直待在土星附近長期觀察，難度不可同日而語。

另一方面，它還攜帶了歐空局的惠更斯號著落器，成功降落在土衛六泰坦上，這是人類歷史上首次著陸其他行星的衛星。

所以它的焦點就是：徹底研究土星。

2. 為什麼一定要墜毀在土星內呢？如果不墜毀會怎樣？

a. 土星的引力攝動環境很複雜。在航天領域，如果是簡單的三體問題就已經沒有解析解，而土星本身是個大橢球（太陽系內扁率最大行星）、引力場複雜，自身有200多顆衛星、明確軌道的大概60多顆，也就是說：飛在土星系統附近的航天器，是不可能準確預測出軌道的，必須長期保持跟蹤探測並使用燃料維持軌道。

那麼，如果不在燃料使用到最後時刻主動墜毀，誰都不知道航天器會最終飛到哪裡。

請感受下卡西尼在土星附近的軌道（這還是加了各種軌道控制的）

b. 為什麼不讓它最後時刻離開土星呢？就像此前的旅行者一號探測器一樣，被土星+泰坦的引力甩出去，旅行者一號甚至直接被甩出太陽系黃道平面，現在成為距離太陽系最遠的人造物體。咱們能否讓卡西尼號也成為星際使者？

但這個方案不可行，因為首先卡西尼號的核心設備幾乎都是為了探測土星本身設計的，核心儀器是各種光學遙感儀器（從紅外到紫外光譜各系列）、微波遙感儀器（雷達、無線電）、場研究（磁場、等離子、質譜儀等），離開土星後在星際空間探測方面幾乎都是沒有意義的。

此外，為了離開土星，代價非常大：首先動用自己的燃料硬生生逃離是根本不可能的，大家不要低估土星的引力，它的逃逸速度是35.5千米/秒，遠超地球的11.2千米/秒，探測器千辛萬苦抵達土星，所有的燃料都耗光也逃不出去。

旅行者一號當年被一次性甩出太陽系，就是土星和泰坦合力的結果

而如果藉助行星衛星的引力助推，例如藉助泰坦，也意味著卡西尼號要消耗巨大的燃料反覆調整軌道，存在這個可能性但這將大大縮減它的正常對土星研究壽命，顯然極不划算。

c. 如果不讓它墜毀，可能會落到錯誤的地方。土星系統有兩顆極其有意義的衛星，簡直是太陽系的奇葩：

一個是土衛六泰坦，這是太陽系內可以跟地球相媲美的地方，是唯一擁有稠密大氣的衛星，大氣壓與地球相差並不大，那裡存在大量的液態甲烷，大氣主要成分是氮氣，可謂是太陽系的另一大可能存在生命的奇蹟。

二是土衛二恩克拉多斯，它是顆冰凍星球，厚厚的冰層下面有著遠超地球所有水含量的巨大海洋，且內部地質活動極其活躍。它經常爆發壯觀的冰火山，冰和水霧可以噴到幾百千米高（重力很低），因此也是極有可能孕育生命的。關於土衛二，我曾經寫過一篇科普，