惠更斯(探测器)

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January 24, 2022

惠更斯探测器由欧洲航天局创建,以 17 世纪荷兰天文学家克里斯蒂安惠更斯的名字命名。该探测器于 1997 年 10 月 15 日与卡西尼号航天器一起发射。2004 年 12 月 25 日,探测器脱离其载体并开始向泰坦独立运动。2005 年 1 月 14 日,惠更斯号探测器成功进入泰坦的大气层并降落在其表面的一个名为 Xanadu 的区域。这是外太阳系有史以来第一次(也是 2021 年唯一一次)软着陆。探测器降落在坚硬的表面上,尽管它的设计也允许降落在海洋中。

目标

总的来说,惠更斯必须执行五项主要任务: 根据海拔确定泰坦大气的物理特性(密度、压力、温度等)。测量大气成分的百分比。研究大气中的化学过程,尤其是光化学过程,尤其是与有机分子有关的过程,以及气溶胶的形成和组成。描述泰坦的气象学,特别是云、闪电放电和一般环流的物理学。调查泰坦表面的物理状态、地形和组成。

工具

为了进行科学实验,惠更斯探测器配备了六种仪器:惠更斯大气结构仪(HASI)——测量泰坦大气的物理和电学特性;多普勒风实验 (DWE) - 研究泰坦风的方向和强度;下降成像仪/光谱辐射计 (DISR) - 显示下降并研究照明水平;气相色谱仪/质谱仪(GC/MS)——鉴别和测量泰坦大气层的化学成分;气溶胶收集器和热解器 (ACP) - 分析大气气溶胶颗粒;表面科学包 (SSP) - 定义表面属性。

下降到泰坦

降落伞下降穿过泰坦的大气层花了惠更斯 2 小时 27 分 50 秒。航天器与泰坦表面的碰撞以 16 公里/小时(或 4.4 米/秒)的速度发生,同时设备经历了短期过载,超过地球重力加速度的 15 倍。这种震动使其中一个传感器失效,但几分钟后,它又恢复了运行。探测器的性能已经超出了最乐观的预期。卡西尼号在下降阶段从惠更斯接收到信号,持续了 147 分 13 秒,在轨道飞行器消失在地平线以下之前,又从地面接收了 72 分 13 秒的信号。之后,澳大利亚的射电望远镜接收了一段时间的探测器信号,但结果证明它们太弱而不能用作信息传输通道。惠更斯本身并没有直接向地球发送信息。它的任务是将数据传输到“卡西尼号”,当探测器降落在泰坦上时,它仍然处于不可见的区域进行信号传输,卡西尼号进行了进一步的传输。总共传输了 500 多兆字节的信息,其中包括大约 350 张图像。总共计划向地球传输 700 张照片,但由于计算机程序出现故障(可能是由于其开发错误),惠更斯传输的图像有一半丢失了。 2007 年 3 月 14 日,为了纪念欧洲航天局的创始人之一休伯特·库里恩 (Hubert Curien),决定为航天器的着陆点命名。当探测器降落在泰坦上时,它仍然处于一个看不见的区域进行信号传输。总共传输了 500 多兆字节的信息,其中包括大约 350 张图像。总共计划向地球传输 700 张照片,但由于计算机程序出现故障(可能是由于其开发错误),惠更斯传输的图像中有一半丢失了。 2007 年 3 月 14 日,为了纪念欧洲航天局的创始人之一休伯特·居里 (Hubert Curien),决定为航天器的着陆点命名。当探测器降落在泰坦上时,它仍然处于一个看不见的区域进行信号传输。总共传输了 500 多兆字节的信息,其中包括大约 350 张图像。总共计划向地球传输 700 张照片,但由于计算机程序出现故障(可能是由于其开发错误),惠更斯传输的图像有一半丢失了。 2007 年 3 月 14 日,为了纪念欧洲航天局的创始人之一休伯特·库里恩 (Hubert Curien),决定为航天器的着陆点命名。2007 年 3 月 14 日,为了纪念欧洲航天局的创始人之一休伯特·居里 (Hubert Curien),决定为航天器的着陆点命名。2007 年 3 月 14 日,为了纪念欧洲航天局的创始人之一休伯特·居里 (Hubert Curien),决定为航天器的着陆点命名。

结果

主要结果

在下降过程中,“惠更斯”号对大气进行了采样。在这种情况下,风速(在 9 至 16 公里的高度)约为 26 公里/小时。在外部麦克风的帮助下,可以记录这种风的声音。机载仪器在 18-19 公里的高度检测到密集的甲烷雾(云层),那里的大气压力约为 50 千帕(5.1·103 千克力/平方米),或 380 毫米汞柱。下降开始时的外部温度为-202°C,而泰坦表面的温度略高:-179°C。根据科隆大学Tetsuo Tokano制作的惠更斯探测器数据的解释,云层顶部由甲烷冰组成,底部由液态甲烷和氮气组成。下山时拍的照片显示出带有液体作用痕迹的复杂浮雕(河床和明暗区域之间的鲜明对比 - “海岸线”)。然而,惠更斯降落的黑暗区域是坚实的。从表面拍摄的图像显示圆形石头最大 15 厘米,带有液体暴露的痕迹(鹅卵石)。使用针入度计进行土壤性质的研究。最初,土壤被解释为在较软的基底(焦糖布丁)上具有相对均匀稠度的薄壳。后来对测深仪数据进行了修正:现在认为着陆时撞到了卵石,然后一头扎进了地下,其大体一致性对应于湿沙或厚雪的一致性。探头深入地下 10-15 厘米。与此同时,甲烷从土壤中释放出来(探测器的仪器记录了其排放量)。

惊喜

第一个惊喜是泰坦上存在电离层的第二层较低的层,位于 40 到 140 公里之间(在 70 公里的高度具有最大电导率)。在所有高度的大气中都存在着难以观察到的黄色甲烷雾霾,尽管最初预计大气在 60 公里以下几乎是透明的。对于科学家来说,完全出人意料的是,在泰坦大气层约 80 公里的高度上,几乎是死一般的平静——60 公里以下的风和湍流运动(观察到的两倍高)都没有穿透这里。这种奇怪的动作冻结的原因尚未得到解释。泰坦和地球大气的基础是氮。第二个最重要的气体,甲烷 (CH4),在地球大气中的位置有点类似于水蒸气。在低层大气中,甚至可以形成甲烷云。

也可以看看

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链接

NASA Cassini page (англ.) ESA Huygens Homepage (англ.) ESA — Cassini-Huygens 现在在哪里?(上)