惠更斯探測器

“惠更斯”號探測器是1997年10月由美國“卡西尼”號飛船攜帶發射升空的，經過7年約35億公里的飛行後進入土星軌道，並於2004年12月25日分離。歐洲航天局於2005年1月14日操控其開始登入土衛六並最終獲得了成功。

基本介紹

• 中文名：惠更斯探測器
• 外文名：The huygens probe
• 時間：1月14日
• 起飛：1997年10月

研究對象

土星最大的一顆衛星，直徑5120公里，它是土星的三十顆衛星之一，比月亮大50%，在太陽系各大行星的衛星中它是惟一帶有稠密大氣層的衛星。土衛六是在1655年由荷蘭人惠更斯觀測發現。早先觀測顯示，土衛六大氣中的成份是甲烷、乙烷和氫化物，它厚厚的大氣層使人們難以直接觀測到其表面，科學家通過無線電望遠鏡對土衛六進行微波反射探測，推斷那裡表面存在著許多甲烷湖泊。

由於它距離太陽非常遙遠，寒冷異常，表面溫度最低可達零下183攝氏度。美國時間2005年1月14日（台北時間下午5時）“惠更斯”號探測器將穿過稠密的大氣層在土星最大的衛星——土衛六上著陸，“惠更斯”號所提供的探尋資料將幫助科學家們更準確地判斷在這顆土星衛星上是否真的有生命存在的可能。《北京晚報》的時候，“惠更斯”號探測器遠自35億公里之外開始著陸那顆神秘衛星。 “惠更斯”號著陸過程，將被中國、澳大利亞、日本、美國等環太平洋地區國家的十幾個射電望遠鏡觀測，中國上海25米射電望遠鏡也將跟蹤整個降落過程。由於路途遙遠，要收到信號，科學家們至少得等上70分鐘。

惠更斯探測器

探測目的

土衛六在很早以前就已經引起了天文學家們濃厚的興趣。根據現有的研究資料顯示，土衛六大小與水星和冥王星相當，較之火星則小一些，它還是太陽系九大行星家族中唯一一顆被濃密大氣層所覆蓋的行星衛星。科學家們認為，土衛六大氣化學成分很適合生命的存在。如果說土衛六再稍微溫暖一些(而不是溫度在零下180度)，那么在土衛六上尋找到生命的機會就會大大增加。

在“卡西尼-惠更斯”造訪土星之前，美國宇航局發射的“旅行者-1”號飛船曾經在1980年探訪過土星家族。根據“旅行者-1”號提供的資料顯示，土衛六大氣中含有豐富的氮氣、甲烷和其它一些複雜的碳氫化合物。這些碳氫化合物形成一層厚密的微黃色煙霧籠罩在該衛星周圍。科學家們猜測，土衛六表面可能覆蓋著冰層和其它有機物，或許還存在著由液態甲烷或乙烷組成的巨大湖泊。

探測過程

登入

如果一切探尋計畫進展順利，那么“惠更斯”號探測器將直接登入土衛六表面收集科學家們所需要的信息。“惠更斯”號探測器重317.5公斤，長寬為2.75米，它於2004年12月24日至25日夜間與軌道探測器“卡西尼”號分離並開始了前往土衛六的長達402萬公里的旅程。在此期間它為了節約能源而很少傳發無線電信號，其體內只有3個定時器在不間斷地工作。因為這些定時器要在“惠更斯”號進入土衛六大氣層前45分鐘“叫醒”一路沉睡的“惠更斯”號探測器。根據計畫，“惠更斯”號將登入地點選在土衛六的南半球。由於距離太陽較遠，而且有上述黃色煙霧的籠罩，所以在土衛六上那怕是白天也給人們黃昏的感覺。

拍攝

“卡西尼-惠更斯”探測任務總造價為32億美元。整個計畫由美國宇航局(NASA)、歐洲宇航局(ESA)和義大利宇航局聯合實施。“卡西尼”號探測器將在土星軌道上將執行至少四年的探測任務。2004年10月，“卡西尼”號曾在約1000公里的距離上掠過土衛六，當時它隨機攜帶的雷達和照相機已經儘可能深入地透過土衛六上空黃色煙霧對土衛六拍攝了照片。但科學家們僅憑這些照片去揭開土衛六生命之謎顯然倍感證據欠缺。

惠更斯探測器

降落

因此，“惠更斯”號上面安裝的六台壓力、溫度、風速、大氣成分測量儀器將為科學家們提供更加充分的證據--在進入土衛六大氣過程中，“惠更斯”號將以65度角、6.4公里/小時的速度在降落傘的協助下緩慢下降。此後它的隨機儀器將全部啟動進入工作狀態，在距離土衛六表面僅乘229米時它將打開探照燈以照亮土衛六表面。整個登入過程將持續二個多小時。由於土衛六表面的風速目前尚不得而知，因此，“惠更斯”號究竟將降落在哪裡科學家們也難以預測。科學家們們根據“卡西尼”號10月份提供的資料推斷，“惠更斯”號登入的命運可能會有三種：一，降落在堅硬的冰面上；二，降落在較為柔軟的固態有機物上；三，降落在液態碳氫化合物的湖泊中。如果“惠更斯”號能順利著陸，那么它提供的所有照片和其它信息資料將經“卡西尼”號中轉發回美國宇航局設在澳大利亞的接受台。

探索歷程

1610年,義大利天文學家伽利略觀測到在土星的球狀本體旁有奇怪的附屬物。

1675年,義大利天文學家卡西尼,發現土星光環中間有一條暗縫,後稱卡西尼環縫。

1856年,英國物理學家麥克斯韋從理論上論證了土星環是無數個小衛星在土星赤道面上繞土星旋轉的物質系統。

惠更斯探測器

1969年,一架飛機在地球大氣高層對土星的熱輻射作了紅外觀測,發現土星和木星一樣,它輻射出的能量是它從太陽接收到的能量的兩倍。這表明土星和木星一樣有內在能源。

1973年4月美國發射的行星際探測器“先驅者”11號發現土星有一個由電離氫構成的廣延電離層,其高層溫度約為977℃。觀測結果表明,土星極區有極光。土星發出的能量是從太陽吸收到的2.5倍。

1980年，著美國宇航局發射的“旅行者—1”號飛船探訪土星家族，根據“旅行者—1”號提供的資料顯示，土衛六大氣中含有豐富甲烷、乙烷和氫化物。

1997年10月“卡西尼”號從地球起飛,歷時7年、長達約35.4億公里旅途,於美國東部時間6月30日晚12時左右(台北時間1日中午12時左右)成功進入土星軌道。

2005年1月14日(台北時間下午5時)“惠更斯”號探測器開始登入土衛六。

構造設備

綜述

惠更斯大氣構造探測儀（Huygens Atmospheric Structure Instrument 簡寫：HASI）這個儀器包含了一套感測器，用以測量土衛六泰坦的大氣的物理性質和電特性。加速計（Accelerometers）將在“惠更斯”探測器進入泰坦的大氣過程中，測量三維坐標軸各方向上的受力情況；然後根據“惠更斯”探測器自身的空氣動力學特性，就可以確定出泰坦的大氣的密度及風的狀況。溫度和氣壓感測器（Temperature and pressure sensors）將探測泰坦大氣的熱力學特性。電容率和電磁波分析器（The Permittivity and Electromagnetic Wave Analyzer）將測量泰坦大氣中電離層的傳導性，並搜尋其中的電磁波活動。當“惠更斯”降落到泰坦的表面時，也同會對其表面物質的導電特性進行探測。

都卜勒風儀

（Doppler Wind Experiment 簡寫：DWE）這個儀器將用一個超穩定振盪器（ultra-stable oscillator），通過向“惠更斯”探測器發出一個十分穩定的載波信號，來改善與其的通信。因為在“惠更斯”進入泰坦大氣的過程中，會導致載波信號的都卜勒效應的發生。該儀器也將用來探測由於大氣特性導致的“惠更斯”探測器在降落傘下的晃動。

降落成像系統/光譜輻射計

（Descent Imager/Spectral Radiometer 簡寫：DISR）這個儀器通過許多感測器，來獲取大範圍的圖象，並進行光譜觀測。它將通過探測大氣中的上升氣流和下沉氣流的輻射，來測量泰坦的濃密大氣的輻射平衡（radiation balance）。陽光感測器（Solar sensors）將測量太陽周圍經泰坦大氣中的懸浮顆粒散射作用後的陽光強度，籍此可以計算出懸浮顆粒的大小及分布密度。兩個成像儀（一個在可見光範圍工作，一個在紅外波段工作）將在“惠更斯”探測器即將著陸時，觀測泰坦的表面，並獲得著陸點周圍的圖象。

氣相色譜儀和成份分光計（Gas Chromatograph Mass Spectrometer 簡寫：GCMS）這是一個多功能氣體化學分析儀，可以識別和測量泰坦大氣中的化學成份。它配備一個採樣器，用以採集高海拔的泰坦大氣。成份分光計（the mass spectrometer）將建立組成每種氣體的分子的模型，而氣相色譜儀（the gas chromatograph）將識別出每種分子及同位素。在降落過程中，GCMS還將分析來自另一儀器 ACP 的高溫熱解產物。若“惠更斯”探測器能最終安全降落在泰坦的表面，GCMS 還將探測泰坦表面物質的組成成份。

懸浮物質採集器和高溫熱解器

（Aerosol Collector and Pyrolyser 簡寫：ACP）這個儀器用來收集經過過濾器的泰坦大氣中的懸浮物質，然後將採集的樣品在高溫熱解器中加熱使之蒸發成氣態並使其中的複雜有機物分解。接著這些經過高溫熱解器後的產物將由GCMS進行分析。這個儀器配有兩個過濾器以收集不同海拔高度的樣品。

表面科學工具包

（Surface-Science Package 簡寫：SSP）這個工具包括許多的感測器，可以探測“惠更斯”探測器著陸點附近的泰坦表面物質的物理特性，比如說著陸點的表面物質是液態還是固態。在“惠更斯”探測器降落過程的最後100米中，有一個回聲探測器（acoustic sounder）會被激活開始工作。它將不斷的測量“惠更斯”探測器與泰坦表面之間的距離，以測出探測器的降落速率及著陸點附近的表面粗糙度。如果著陸點為液態表面，回聲探測器還可以測出聲波在泰坦的“海洋”中的傳播速度，以及“海洋”下地形構造。在降落過程中，測量聲波在大氣中的速度，可以提供泰坦的大氣組成成份和溫度的信息；在“惠更斯”探測器與泰坦表面的親密接觸的過程中，一個加速計會準確的記錄下減速的過程，以提供著陸點表面的硬度和結構的信息。在降落過程中，傾斜感測器（tilt sensor）可以測出“惠更斯”探測器的擺動；而在成功著陸後，它將提供“惠更斯”探測器的姿態的信息，並測出探測器所受到的任何波動影響。如果著陸點為液態表面，其他的一些感測器將測出其密度，溫度，反光率，導熱性，熱容量和電特性等。