Cassini-Huygens: explorando o sistema de Saturno

Conceito artístico da Cassini em Saturno.

Conceito artístico da nave espacial Cassini da NASA em Saturno. (Crédito da imagem: NASA / JPL)

A sonda Cassini orbitou Saturno de 30 de junho de 2004 até 15 de setembro de 2017, quando a sonda terminou sua vida com um mergulhar na atmosfera do planeta anelado .

Este mergulho mortal intencional foi realizado para garantir que a Cassini nunca contaminasse uma lua de Saturno potencialmente habitável, como Enceladus ou Titan. [ Queda de Saturno da Cassini em 2017: 'Grande Final' no Planeta Anelado ]



A missão é conhecida por descobertas como encontrar jatos de água saindo de Enceladus e rastrear algumas novas luas para Saturno.

Cassini é um projeto conjunto entre várias agências espaciais, o que é um contraste com as grandes sondas da NASA do passado, como Pioneiro e Voyager. Neste caso, os principais participantes são a NASA, a Agência Espacial Europeia e a Agenzia Spaziale Italiana (a agência espacial italiana).

História de desenvolvimento

A Cassini foi a primeira espaçonave dedicada a olhar para Saturno e seu sistema. Foi nomeado em homenagem a Giovanni Cassini, um astrônomo do século 17 que foi o primeiro a observar quatro das luas de Saturno - Iapetus (1671), Rhea (1672), Tethys (1684) e Dione (1684).

Antes desta espaçonave, vieram vários voos de Saturno pela Pioneer 11 (1979), Voyager 1 (1980) e Voyager 2 (1981). Algumas das descobertas que resultaram dessas missões incluíram descobrir que a superfície de Titã não pode ser vista em comprimentos de onda visíveis (devido à sua espessa atmosfera), e detectar vários anéis de Saturno que não eram visíveis com telescópios terrestres.

Pouco depois do último sobrevôo, em 1982, comitês científicos dos Estados Unidos e da Europa formaram um grupo de trabalho para discutir possíveis colaborações futuras. O grupo sugeriu uma missão principal que orbitaria Saturno e enviaria uma sonda atmosférica para Titã. No entanto, houve um difícil 'clima fiscal' no início dos anos 1980, o Laboratório de Propulsão a Jato da NASA anotou em uma breve história da missão, que empurrou a aprovação da Cassini para 1989.

Tanto os europeus quanto os americanos consideravam trabalhar juntos ou sozinhos. Um relatório de 1987 do ex-astronauta Sally Ride, por exemplo, defendia uma missão solo a Saturno. Chamado de 'Liderança da NASA e Futuro da América no Espaço', o relatório disse que estudar os planetas gigantes de gás externos (como Saturno) ajuda os cientistas a aprenderem sobre seus atmosferas e estrutura interna . (Hoje, também sabemos que esse tipo de estudo nos ajuda a prever a estrutura dos exoplanetas, mas os primeiros exoplanetas não foram descobertos até o início dos anos 1990).

'Titã é um alvo especialmente interessante para exploração porque a química orgânica que ocorre agora fornece o único laboratório em escala planetária para estudar processos que podem ter sido importantes na atmosfera terrestre pré-biótica', acrescentou o relatório, significando que em Titã existe a química que poderia ter sido semelhante ao que estava presente na Terra antes do surgimento da vida.

O desenvolvimento da Cassini veio com pelo menos dois grandes desafios para prosseguir. Em 1993 e 1994, a missão tinha um preço de US $ 3,3 bilhões (cerca de US $ 5 bilhões em dólares de 2017, ou cerca de metade do custo do Telescópio Espacial James Webb). Alguns críticos perceberam isso como excessivamente alto para a missão. Em resposta, a NASA apontou que a Agência Espacial Europeia também estava contribuindo com fundos e acrescentou que as tecnologias da Cassini eram ajudando a financiar missões de baixo custo da NASA como o Mars Global Surveyor, Mars Pathfinder e o Spitzer Space Telescope, de acordo com o JPL.

A Cassini também recebeu críticas de grupos ambientalistas preocupados com o fato de que, quando a espaçonave sobrevoasse a Terra, seu gerador termoelétrico de radioisótopo (energia nuclear) pudesse representar uma ameaça ao nosso planeta, acrescentou o JPL. Esses grupos entraram com uma ação judicial no Havaí pouco antes do lançamento em 1997, mas a contestação foi rejeitada pelo tribunal distrital federal do Havaí e pelo Tribunal de Apelações do Nono Circuito.

Para abordar as preocupações sobre os geradores termoelétricos de radioisótopos da espaçonave, que são comumente usados ​​para missões da NASA, a NASA respondeu por emissão de documento suplementar sobre o sobrevôo e detalhando a metodologia da agência para proteger o planeta, dizendo que havia menos de uma chance em um milhão de ocorrer um impacto.

Saturno

A maior lua de Saturno, Titã, passa na frente do planeta e seus anéis neste instantâneo em cores verdadeiras da espaçonave Cassini da NASA. Esta imagem olha para o lado norte, iluminado pelo sol dos anéis, logo acima do plano dos anéis. Ela foi tirada em 21 de maio de 2011, quando a Cassini estava a cerca de 1,4 milhão de milhas (2,3 milhões de quilômetros) de Titã.(Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

Lançamento e cruzeiro

A Cassini não foi direto para Saturno. Em vez disso, sua missão envolvia mecânica orbital complicada. Passou por vários planetas - incluindo Vênus (duas vezes), Terra e Júpiter - para obter um aumento de velocidade aproveitando a gravidade de cada planeta.

Os quase 12.600 libras. (cerca de 5.700 kg) a espaçonave foi retirada da Terra em 15 de outubro de 1997. Ela passou por Vênus em abril de 1998 e junho de 1999, a Terra em agosto de 1999 e Júpiter em dezembro de 2000.

A Cassini se estabeleceu em órbita ao redor de Saturno em 1o de julho de 2004. Entre seus principais objetivos estavam procurar mais luas, descobrir o que causava os anéis de Saturno e as cores nos anéis, e entender mais sobre as luas do planeta.

Talvez o visual mais detalhado da Cassini tenha surgido após o lançamento do módulo de aterrissagem Huygens em direção Titã, a maior lua de Saturno . O módulo de pouso foi nomeado em homenagem ao cientista holandês Christiaan Huygens , que em 1654 virou um telescópio na direção de Saturno e observou que sua forma estranha em forma de bolha - Galileu Galilei viu pela primeira vez a forma em um telescópio e a desenhou em seu caderno como algo parecido com orelhas no planeta - era na verdade causada por anéis.

O módulo de pouso Huygens desceu através da névoa misteriosa ao redor da lua e pousou em 14 de janeiro de 2005. Ele transmitiu informações de volta à Terra por quase 2,5 horas durante sua descida, e então continuou a retransmitir o que estava vendo da superfície por 1 hora e 12 minutos.

Nessa breve janela de tempo, os pesquisadores viram fotos de um campo rochoso e obtiveram informações sobre o vento da lua e os gases na atmosfera e na superfície.

Este primeiro panorama de Titã divulgado pela ESA mostra uma visão completa de 360 ​​graus ao redor da sonda Huygens. O lado esquerdo mostra um limite entre as áreas claras e escuras. As listras brancas vistas perto deste limite podem ser retificadas

Este primeiro panorama de Titã divulgado pela ESA mostra uma visão completa de 360 ​​graus ao redor da sonda Huygens. O lado esquerdo mostra um limite entre as áreas claras e escuras. As listras brancas vistas perto deste limite poderiam ser 'névoa' do solo, pois não eram imediatamente visíveis de altitudes mais elevadas. Huygens flutuou sobre um platô (centro da imagem) e estava indo em direção ao local de pouso em uma área escura (direita) durante a descida.(Crédito da imagem: ESA / NASA / Universidade do Arizona.)

Luas magníficas

Uma das características definidoras de Saturno é seu número de luas. Excluindo os trilhões de toneladas de pequenas rochas que constituem seus anéis, Saturno tem 62 luas descobertas em setembro de 2012. Listas da NASA 53 luas nomeadas em um de seus sites.

Na verdade, a Cassini descobriu duas novas luas quase imediatamente após sua chegada (Methone e Pallene) e antes do final de 2004, ela detectou Polydeuces. [Galeria: últimas fotos de Saturno do orbital Cassini da NASA]

Conforme a sonda vagava pelas luas de Saturno, as descobertas que ela enviou de volta à Terra revelaram coisas novas sobre seus ambientes e aparências. Algumas das descobertas mais notáveis ​​incluem:

  • Encontrar evidências de água líquida em Enceladus, uma lua congelada que emite jatos de gelo ao ser deformada pela gravidade de Saturno. Em 2015, a Cassini fez uma série de sobrevôos em Enceladus para obter mais informações sobre o gás e a poeira nas plumas;
  • Descobrindo e, em seguida, fixando mais detalhes sobre um lago gigante de metano em Titã ;
  • Deslizamentos de 50 milhas em Iapetus;
  • Uma visão de perto de Rhea, revelando uma superfície marcada;
  • Um anel enorme, a 8 milhões de milhas de Saturno, provavelmente feito de destroços de Phoebe.

Saturno também não foi ignorado. Por exemplo, em 2012, um estudo da NASA postulou que os jatos de Saturno na atmosfera podem ser alimentado por calor interno , em vez de energia do sol. Os cientistas acreditam que o calor traz o vapor de água de dentro do planeta, que se condensa à medida que sobe e produz calor. Acredita-se que esse calor esteja por trás da formação do jato, bem como das tempestades.

Extensão e fim da missão

A Cassini foi originalmente programada para durar quatro anos em Saturno, até 2008, mas sua missão foi estendida várias vezes. Sua última e última etapa foi chamada de Missão do Solstício da Cassini, assim chamada porque o planeta e suas luas alcançaram o solstício novamente no final da missão. Saturno orbita o Sol a cada 29 anos terrestres. Com a missão da Cassini durando 13 anos, isso significa que a espaçonave observou quase metade da mudança sazonal de Saturno enquanto o planeta girava em torno de sua órbita.

Em 2016, a espaçonave foi colocada em uma série de manobras finais para fornecer vistas de perto dos anéis, com o objetivo final de mergulhar a Cassini em Saturno em 15 de setembro de 2017. Esta estratégia foi projetada para proteger Enceladus e outros potencialmente habitáveis luas da (pequena) chance de a Cassini colidir com a superfície, espalhando os micróbios da Terra.

Os principais marcos do final incluíram:

  • Órbitas em anel: todas as semanas entre 30 de novembro de 2016 e 22 de abril de 2017, a Cassini deu voltas em torno dos pólos de Saturno para observar a borda externa dos anéis, para aprender mais sobre suas partículas, gases e estrutura. Ele também observou pequenas luas nesta região, incluindo Atlas, Daphnis, Pan e Pandora.
  • Em 22 de abril de 2017, a Cassini fez o sobrevoo final de Titan. O sobrevoo foi feito de forma a mudar a órbita da Cassini para que desse início a 22 mergulhos (uma vez por semana) entre o planeta e seus anéis. Esta foi a primeira vez que uma espaçonave explorou esta zona, e isso acarretou algum risco porque a órbita a trouxe entre a parte externa da atmosfera e a zona interna dos anéis (onde corre o risco de colidir com partículas ou moléculas de gás).
  • Em 15 de setembro de 2017, a Cassini deu um mergulho suicida em Saturno, fazendo medições enquanto seus instrumentos pudessem fazer comunicações com a Terra.

Algumas das ciências que a Cassini realizou durante este período incluíram a criação de mapas da gravidade do planeta e dos campos magnéticos, estimando quanto material está nos anéis e obtendo imagens de alta resolução de Saturno e seus anéis em close-up.

A espaçonave fez uma descoberta interessante de seu novo ponto de vista. Ele descobriu que o campo magnético de Saturno está estreitamente alinhado com o eixo de rotação do planeta, o que confundiu os cientistas por causa de como eles pensam que os campos magnéticos são gerados - por meio de uma diferença de inclinação entre o campo magnético e a rotação de um planeta. No final de julho de 2017, no entanto, os cientistas planejaram reunir mais dados para ver se talvez os processos internos de Saturno confundissem suas medições.

Legado da Cassini

Pouco depois do desaparecimento da espaçonave, o planejador da missão da Cassini, Erick Sturm, disse aos repórteres que planejava escrever um relatório sobre o que ele e sua equipe aprenderam depois de operar uma missão por um longo tempo. Enquanto o entusiasmo fazia os cientistas continuarem ao longo dos longos anos (que às vezes exigia trabalhar durante as férias ou no meio da noite), a engenharia também era fundamental.

Kim Steadman, engenheira da equipe da Cassini por 14 anos, disse que a redundância era essencial. Ela disse que uma roda de reação e alguns dos propulsores da sonda falharam durante a missão, o que significaria que a espaçonave não poderia apontar seus instrumentos para coletar dados, ou se comunicar com a Terra apontando sua antena para o planeta. No entanto, a missão da Cassini continuou porque tinha backups.

A equipe planeja emitir o relatório para ajudar no planejamento de futuras espaçonaves; uma dessas recomendações pode incluir um medidor de gás. A Cassini morreu com cerca de 1 por cento de seu combustível restante, mas o engenheiro de propulsão Todd Barber disse à Space.com que teve dificuldade em estimar quanto combustível restava na Cassini; ele teve que fazer isso por meio de vários métodos indiretos. Isso significava que, durante os meses finais, Barber ficou um pouco nervoso com as manobras que exigiam propulsão, pois havia uma margem de erro em seus cálculos e não sabia se restava combustível suficiente para realizá-los.

A missão pode ter acabado, mas os resultados da ciência continuarão a fluir por décadas porque nem todas as informações foram analisadas ainda. A NASA também continuou a divulgar novas fotos da espaçonave, mesmo após a morte de Cassini. No final de setembro de 2017, por exemplo, a agência enviou uma foto de Enceladus - um alvo de grande interesse devido aos muitos gêiseres na superfície da lua.

Existem também várias outras missões de estágio inicial em andamento para voar para Saturno. Embora essas missões estejam a anos de distância - se algum dia forem aprovadas -, elas representam interesse científico em Saturno e suas luas, e seu projeto é baseado nas descobertas da Cassini. Especificamente, cinco conceitos relacionados a Saturno estão lutando pela próxima missão Novas Fronteiras, um programa que nos últimos anos produziu a espaçonave New Horizons Plutão, o orbitador Juno Júpiter e a espaçonave de retorno de asteróide OSIRIS-REx. As cinco propostas são:

SPRITE (Saturn Probe Interior and Atmosphere Explorer) , que voaria deliberadamente para a atmosfera de Saturno para observar sua composição e estrutura por cerca de 90 minutos. A Cassini durou apenas alguns minutos durante seu mergulho, mas não foi projetada para esse trabalho.

oceano , que foi projetado para examinar o potencial de habitabilidade de Titã examinando moléculas orgânicas 'através do ciclo metanológico e avaliando processos de troca entre a atmosfera, superfície e subsuperfície,' de acordo com a descrição do projeto apresentado na 48ª Conferência de Ciência Lunar e Planetária em The Woodlands, Texas.

Libélula , que faria voos periódicos na atmosfera de Titã para observar produtos orgânicos em sua superfície, em vários locais.

Enceladus Life Finder , que voaria através das plumas várias vezes para coletar e caracterizar as moléculas que estão lá - particularmente compostos orgânicos complexos que podem indicar precursores de vida.

Assinaturas de vida e habitabilidade de Enceladus , do qual pouco foi divulgado publicamente. Pode ter como alvo as plumas de Enceladus, que foram examinadas periodicamente pela Cassini durante os voos.

O candidato vencedor entre as 12 missões propostas Novas Fronteiras (as outras missões têm como alvo Vênus, a lua ou cometas) será selecionado em meados de 2019 para lançamento o mais tardar em 2025. No entanto, há uma seleção semifinal; A NASA selecionará duas ou três dessas propostas antes disso para um estudo mais aprofundado, antes de tomar a decisão final.

Recurso adicional