스페이스 클럽 과학자들이 여전히 바쁘게 지내는 카시니 결과

[발사대]

Cassini took this image of Saturn in April 2016 from a distance of approximately 1.9 million miles (3 million kilometers). 카시니 (Cassini)는 2016 년 4 월 약 1 백 9 십만 마일 (300 만 킬로미터) 거리에서 토성의 이미지를 취했다. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute 크레디트 : NASA / JPL-Caltech / 우주 과학 연구소

Scientists examining data from the Cassini mission's final months reported this week unexpected measurements of Saturn's gravity field and outer atmosphere, suggesting they may have to revisit theories about the planet's rings and the forces that generate magnetic fields. 카시니 선교부의 최종 개월간의 자료를 조사한 과학자들은 이번 주에 토성의 중력장과 외부 대기에 대한 예기치 않은 측정을보고, 행성의 고리와 자기장을 생성하는 힘에 관한 이론을 재검토해야 할 수도 있음을 시사했다.

Presenting an update at the American Astronomical Society's Division for Planetary Sciences meeting in Provo, Utah, researchers said Monday that NASA's Cassini spacecraft yielded unforeseen results as it repeatedly looped between Saturn and its rings during the final four months of the nearly 20-year mission. 미 항공 우주국 (NASA)의 카시니 (Cassini) 우주선이 거의 20 년 동안의 임무의 마지막 4 개월 동안 토성과 그 고리 사이를 반복적으로 반복하면서 미주 천문 학회의 유타주 프로보 (Planet Science) 회의에서 업데이트를 발표했다.

“We've been analyzing the grand finale data, and there are lots of surprises,” said Linda Spilker, Cassini's project scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory. NASA의 제트 추진 연구소 (NASA 's Jet Propulsion Laboratory)의 카시니 (Cassini) 프로젝트 과학자 인 린다 스필 커 (Linda Spilker)는 "우리는 웅장한 종말 데이터를 분석해 왔으며 많은 놀라움이있다. “Saturn, its rings, and the region in between are not what we expected.” "토성과 그 고리와 그 사이의 지역은 우리가 기대했던 것이 아닙니다."

Thirteen years since it braked into orbit around Saturn, Cassini made 22 passes through the gap between planet and its rings between late April and Sept. 15. Ground controllers intentionally guided the plutonium-powered probe toward a destructive dive into the planet's hydrogen atmosphere last month. 토성 주위를 도는 13 년 후 카시니는 4 월 말에서 9 월 15 일 사이에 행성과 그 고리 사이의 틈새를 22 번 통과했다. 지상 관제사는 의도적으로 플루토늄 구동 탐침을 지구의 수소 대기로의 파괴적인 다이빙으로 유도했다. .

Scientists devised Cassini's final act to collect new measurements of Saturn's atmosphere, and gather data on the planet's gravity and magnetic fields, which they expected to provide insights about the inner structure of Saturn, including the size and nature of its core. 과학자들은 토성의 대기에 대한 새로운 측정치를 수집하고 지구의 중력과 자기장에 대한 자료를 수집하는 Cassini의 최종 행동을 고안하여 토성의 내부 구조에 대한 통찰력을 제공 할 것으로 예상했다.

Michele Dougherty, a researcher from Imperial College London, said Cassini's instruments helped refine estimates of the tilt of Saturn's magnetic field, revealing it to be closely aligned with the planet's rotation axis. Imperial College London의 연구원 인 Michele Dougherty는 Cassini의 도구가 토성의 자기장의 기울기에 대한 추정을 개선하여 행성의 회전축과 밀접하게 일치한다는 것을 보여 주었다.

“The real surprise is turning out to be the fact that the tilt between the rotation axis of the planet and the dipole axis is really small,” Dougherty said. Dougherty는 "놀랍게도 행성의 회전축과 쌍극자 축 사이의 기울기가 실제로 작다는 사실이 드러났습니다.

Scientists knew the rotation and magnetic field axes were in tight alignment, predicting before Cassini's newest measurements that they were separated by less than 0.6 degrees. 과학자들은 회전과 자기장 축이 서로 단단히 정렬되어 있다는 것을 알고 있었고, 카시니의 가장 최근 측정 이전에 0.6도 이하로 떨어져 있다고 예측했습니다. Now they estimate the tilt is less than 0.06 degrees. 이제 그들은 기울기가 0.06도 미만이라고 추정합니다.

Magnetic fields on Earth and Jupiter are produced by dynamos deep inside the planets, where conducting fluid under heavy pressure generates an electric current, helping propagate a field that extends outside the planets' atmospheres, creating a magnetic bubble responsible for producing auroras and shielding from solar and cosmic radiation. 지구와 목성의 자기장은 행성 깊은 곳의 다이너 모스에 의해 만들어 지는데, 무거운 압력 하에서 도체 유체가 전류를 생성하고 행성의 대기권 밖으로 확장되는 필드를 전파하여 태양의 오로라 생성과 차폐를 담당하는 자기 버블을 생성합니다 우주 방사선.

This illustration shows the interior of Saturn, including its core of heavy elements (orange), liquid metallic hydrogen layer (grey), and gaseous molecular hydrogen envelope (brown). 이 그림은 무거운 원소 (주황색), 액체 금속 수소층 (회색) 및 기체 분자 수소 봉투 (갈색)를 포함하여 토성의 내부를 보여줍니다. The planet's magnetic field is thought to originate from the top of the metallic hydrogen layer. 이 행성의 자기장은 금속 수소층의 꼭대기에서 비롯된 것으로 생각됩니다. Credit: NASA/JPL-Caltech 크레딧 : NASA / JPL-Caltech

Earth's dynamo uses liquid iron to generate its magnetic field. 지구의 발전기는 액체 철을 사용하여 자기장을 생성합니다. Dynamos inside gas giants like Jupiter and Saturn are believed to rely on hydrogen compressed under the force of several million atmospheres and stripped of their electrons, making it behave like a metal. Jupiter와 Saturn과 같은 가스 거인 내부의 Dynamos는 수백만 기압하에 압축 된 수소에 의존하여 전자를 제거하여 금속처럼 행동합니다.

Conventional thought on dynamos inside Earth and Jupiter suggest they require a tilt between the rotation and magnetic field axes. 지구와 목성 내부의 다이나모에 관한 기존의 생각은 회전과 자기장 축 사이의 기울기가 필요하다는 것을 암시합니다. Earth's dipole is oriented around 11.5 degrees from its rotation axis, and Jupiter's differs by about 10 degrees. 지구의 쌍극자는 회전축에서 11.5도를 향하고 있으며 목성은 약 10도 차이가 있습니다.

Mathematical models indicate a planet's magnetic field would wither if the axes were aligned, dying within around 100 million years instead of persisting through the solar system's 4.5-billion-year history. 수학적 모델은 축이 정렬되면 행성의 자기장이 시들어지고, 태양계의 45 억년의 역사를 지속하는 대신 약 1 억 년 이내에 죽어 버릴 것이라고 지적했다.

“The fact that we haven't been able to measure this tilt yet — we know that it's really very small — points to the fact that there's much more sophisticated dynamics taking place inside Saturn than we thought,” Dougherty said. Dougherty는 "우리가 아직이 기울기를 측정하지 못했다는 사실을 알았지 만 실제로는 매우 작다는 사실은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 정교한 역학이 토성 내부에서 일어나고 있다는 것을 의미한다"고 말했다.

Once they complete their detective work, Dougherty said scientists will have a better idea of the size of Saturn's core, and the source of the magnetic field. Dougherty는 탐정 작업을 끝내면 과학자들이 토성의 핵심 크기와 자기장의 원천에 대해 더 잘 알게 될 것이라고 말했다.

“My understanding is that we're going to change our minds about planetary dynamos,” she said. "내 이해는 행성 다이나모에 대한 우리의 생각을 바꿀 것"이라고 그녀는 말했다.

Cassini's magnetic field measurements during the mission's grand finale orbits were four times more sensitive than before, Dougherty said. 미션의 그랜드 피날레 궤도에서 카시니의 자기장 측정은 이전보다 4 배 더 민감했다.

“By getting inside the rings … we were away from the currents being generated by the rings — currents being generated in the environment around Saturn — (and) it is allowing us to focus on the signal coming from the interior.” "고리 내부로 들어가서 우리는 고리에 의해 생성 된 전류로부터 멀어졌습니다. 토성 주변의 환경에서 전류가 생성되어 내부에서 오는 신호에 집중할 수있게되었습니다."

The data will also help scientists sort out the rotation rate of planet's interior, telling them the exact length of a day on Saturn. 이 데이터는 또한 과학자들이 행성의 내부 회전 속도를 분류하여 토성의 정확한 길이를 알려주는 데 도움이 될 것입니다. The best estimate today suggests a Saturn day lasts around 10.8 hours. 오늘 가장 좋은 견적은 토성 날이 약 10.8 시간 지속되는 것을 제안한다.

Cassini's ion and neutral mass spectrometer sampled Saturn's atmosphere as the spacecraft barreled inside the rings. 카시니 (Cassini)의 이온 및 중성 질량 분광계는 우주선이 고리 내부에 탄환으로서 토성의 대기를 샘플링했다. The atmosphere's tenuous outer layers extend out almost to the rings, and Cassini discovered molecules raining down from the rings onto Saturn. 분위기의 얇은 바깥 레이어가 거의 링으로 확장되고 카시니 (Cassini)는 반지에서 토성으로 떨어지는 분자를 발견했습니다.

This natural color composite is one of the highest-resolution color images of any part of Saturn's rings, to date, showing a portion of the inner-central part of the planet's B Ring. 이 천연색 합성물은 현재까지 토성의 고리 중 일부의 가장 높은 해상도의 컬러 이미지 중 하나로, 지구의 B 링 내부 중앙 부분의 일부를 보여줍니다. Cassini's narrow-angle camera took images to produce this composite on July 6, 2017. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute NASA / JPL-Caltech / 우주 과학 연구소 (NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute) 카시니 (Cassini)의 협각 카메라는 2017 년 7 월 6 일이 합성물을 생성하기 위해 이미지를 찍었다.

Scientists expected to find evidence of ring material in Cassini's first-ever direct measurements of the atmosphere, but the spacecraft detected unexpectedly high levels of methane. 과학자들은 카시니 (Cassini)가 대기의 직접적인 직접 측정에서 반지 물질의 증거를 발견 할 것으로 예상했지만 우주선은 예기치 않게 높은 수준의 메탄을 감지했다.

They predicted most of the molecules to be water because that makes up the bulk of the particles in the rings. 그들은 대부분의 분자가 고리 모양의 입자를 구성하기 때문에 물이라고 예측했습니다.

Methane should not persist in Saturn's rings or in the planet's outer atmosphere, said Mark Perry, an associate scientist on the ion and neutral mass spectrometer team. 이온과 중성 질량 분광계 팀의 동료 과학자 인 마크 페리 (Mark Perry)는 메탄이 토성의 고리 또는 지구 외 대기에서 지속되어서는 안된다고 말했다.

“What we're seeing are things that come from the rings, and methane is highly volatile,” Perry said. "우리가보고있는 것은 고리에서 나오는 것들이며, 메탄은 매우 휘발성이다"라고 페리가 말했다. “Even if it's in the rings, it shouldn't last very long, and none of the models — none of the analyses — predicted methane, let alone in this abundance.” "비록 그것이 반지에 있어도, 그 모델은 매우 오래 지속되어서는 안되며, 어떠한 분석도이 풍성한 메탄은 말할 것도 없다."

Cassini also found the expected water molecules in the outer atmosphere, but the methane was a surprise. 카시니는 외부 대기에서 예상되는 물 분자를 발견했으나 메탄은 놀랐다.

“We think the water is there,” Perry said. "우리는 물이 있다고 생각한다"고 페리가 말했다. “What we can't explain is why it is not much more than anything else. "우리가 설명 할 수없는 것은 왜 그것이 다른 무엇보다 중요하지 않은 이유입니다. That's the confusing part.” 그것은 혼란스러운 부분입니다. "

Cassini's narrow-angle imaging camera obtained close-up views of intricate structures inside Saturn's rings during the mission's final months. 카시니의 좁은 각도의 이미징 카메라는 임무의 최종 개월 동안 토성의 고리 내부의 복잡한 구조물에 대한 근접한 전망을 얻었다. One new mosaic recorded by Cassini in May shows the rings emerging from behind Saturn's hazy limbs, with the rings' shadows projected on the planet's atmosphere. 5 월에 카시니 (Cassini)가 기록한 새로운 모자이크 중 하나는 토성의 흐릿한 팔다리 뒤에서 나오는 반지를 보여 주며 반지의 그림자는 지구 대기에 투영됩니다.

Before it zipped through Saturn's ring gap, Cassini was on a trajectory that grazed the outer edge of the rings on each orbit. Saturn의 반지 틈새를 통과하기 전에 Cassini는 각 궤도의 고리 바깥 쪽 가장자리를 스쳐가는 궤도에있었습니다.

The spacecraft took pictures of features dubbed propellers — wakes created by tiny moons that would have otherwise gone undetected. 이 우주선은 프로펠러라고 불리는 피처를 찍었습니다. 그 흔적은 발견되지 않은 작은 위성에 의해 만들어졌습니다. The moonlets embedded inside Saturn's rings leave a distinguishing mark, disturbing nearby particles as they sail around the planet. 토성의 반지 안에 묻혀있는 달빛은 눈에 띄는 흔적을 남기며 지구 주변을 항해 할 때 주변의 입자들을 방해합니다.

“These are important because this is a window into planetary formation processes,” said Matthew Tiscareno of the SETI Institute. SETI Institute의 Matthew Tiscareno는 "이것은 행성 형성 과정의 창이기 때문에 중요합니다. “What happens when big solar systems are forming is that you start to get the seed of a planet, but it's embedded in a disk. "큰 태양계가 형성 될 때 당신이 행성의 씨앗을 얻는 것을 시작하지만 그것은 디스크에 내장되어 있습니다. So the disk is affecting the embedded mass, but the embedded mass is also affecting the disk, and we want to know more about what happens in both directions, and propellers give us a window into that.” 따라서 디스크가 임베디드 질량에 영향을 미치지 만 임베디드 질량도 디스크에 영향을 미치고 있으며 양 방향에서 어떤 일이 발생하는지에 대해 더 알고 싶습니다. 프로펠러는 우리에게 그 창을 열어줍니다. "

This view from NASA's Cassini spacecraft shows Cassini's best image of the propeller feature known informally as Bleriot. 미 항공 우주국 (NASA)의 카시니 우주선 (Cassini spacecraft)의이 견해는 카시니가 비 블로 엇 (Bleriot)이라는 비공식적으로 알려진 프로펠러의 모습을 보여주고있다. The propeller is named after Louis Bleriot, the French engineer and aviator who in 1909 was the first person to fly across the English Channel. 프로펠러는 1909 년 영국 해협을 가로 지르는 최초의 사람이었던 프랑스 기술자이자 비행가 인 Louis Bleriot의 이름을 따서 명명되었습니다. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute 크레디트 : NASA / JPL-Caltech / 우주 과학 연구소

Tiscareno said scientists identified propellers with two classes of moonlets — some a few hundred meters in size and some around a kilometer (0.6 miles) across. Tiscareno는 과학자들이 크기가 몇 백 미터이고 일부는 약 1 킬로미터 (0.6 마일) 인 두 종류의 달걀 껍질로 프로펠러를 확인했다고 말했다.

One primary objective of Cassini's grand finale was to determine the mass, age and origin of Saturn's rings. 카시니의 대 피날레의 주요 목표 중 하나는 토성의 고리의 질량, 나이 및 기원을 결정하는 것이 었습니다.

Cassini's position close to Saturn in the last few months allowed the probe's instruments to sort out the difference between the pull of gravity from the planet and the rings. 지난 몇 달 동안 토성과 가까운 카시니의 위치는 탐사선의 장비로 하여금 중력의 끌어 당김과 고리의 차이를 구분할 수있게했다.

If the rings are more massive, scientists think they could be old, perhaps as old as Saturn itself. 고리가 더 거대하면, 과학자들은 오래된 것일 수 있다고 생각합니다. A result indicating less massive rings would point to a more recent origin, perhaps when a moon or comet got too close to Saturn and was ripped apart. 덜 거대한 고리를 나타내는 결과는 더 최근의 기원을 가리킬 것입니다. 아마도 달 또는 혜성이 토성에 너무 가까워서 떨어져 나간 것 같습니다.

The initial results suggest the rings are slightly less massive than expected, Spilker said, but uncertainty remains in the measurements. Spilker 씨는 초기 결과를 토대로 반지가 예상보다 약간 크지 만 불확실성은 여전히 ​​남아 있다고 밝혔다. Scientists still must calculate the strength of Saturn's gravity field from data downlinked from Cassini and remove the effect of atmospheric drag from the measurements. 과학자들은 여전히 ​​Cassini에서 다운 링크 된 데이터로부터 토성의 중력장의 강도를 계산하고 대기 드래그의 영향을 측정에서 제거해야합니다.

“Once we resolve Saturn's gravity field, we'll have a better handle then on the mass of the rings,” Spilker said. "일단 우리가 토성의 중력장을 해결하면, 우리는 반지의 질량에 더 잘 대처할 수있을 것"이라고 스필 커는 말했다.

A new study based on Cassini data shows that the gravitational pull from several of Saturn's moons combine to keep Saturn's rings from spreading out and disappearing. 카시니 (Cassini)의 자료에 기초한 새로운 연구에 따르면 토성의 위성이 여러 곳에서 쏟아져 나와서 토성의 고리가 퍼지고 사라지는 것을 막을 수 있다고한다.

Scientists thought the small moon Janus single-handedly kept the rings in check, but measurements of the masses of Saturn's moons and detailed images of waves in the rings led to a conclusion that seven moons — Pan, Atlas, Prometheus, Pandora, Janus, Epimetheus and Mimas — work together to keep the outer A ring from extending farther from Saturn. 과학자들은 작은 달 야누스가 혼자 힘으로 고리를 유지하고 있다고 생각했지만 토성의 달의 질량과 반지의 파동에 대한 상세한 이미지를 측정 한 결과 Pan, Atlas, Prometheus, Pandora, Janus, Epimetheus Mimas는 외부 A 링이 토성에서 멀리 떨어져 있지 않도록 함께 노력합니다.

Radwan Tajeddine of Cornell University led the study investigating the relationship between Saturn's moons and rings. Cornell 대학의 Radwan Tajeddine은 토성의 달과 고리 사이의 관계를 조사한 연구를 주도했습니다.

“If these moons weren't working together, then the A ring would have spread out over hundreds of millions of years, and the A ring would be gone,” Spilker said. "만약이 달이 함께 작동하지 않는다면, A 링은 수 억년 동안 퍼져 나갈 것이고 A 링은 사라질 것"이라고 스필 커는 말했다.

Meanwhile, engineers have assessed how the Cassini spacecraft behaved in its final moments plunging into Saturn's atmosphere. 한편, 엔지니어들은 카시니 우주선이 토성의 대기에 어떻게 몰려 들었는지 평가했다.

Artist's concept of the Cassini spacecraft entering Saturn's atmosphere. 토성의 분위기에 들어가는 카시니 우주선의 아티스트 개념. Credit: NASA/JPL-Caltech 크레딧 : NASA / JPL-Caltech

Launched 20 years ago this week, Cassini was traveling through the rarefied outer layers of Saturn's atmosphere as it beamed back its last data to Earth, speeding through gas with about the same density that as encountered by the International Space Station as it soars 250 miles (400 kilometers) above Earth, according a NASA press release. 이번 주에 20 년 전에 발사 된 카시니 (Cassini)는 토성의 대기의 희박한 바깥 레이어를 통해 지구로 마지막 데이터를 되돌려 보내면서 국제 우주 정거장에서 발생하는 것과 거의 같은 밀도로 가스를 가속화했다. NASA의 보도 자료에 따르면, 지구보다 400 킬로미터 위에 위치한다.

But Cassini was moving four-and-a-half times faster than the space station, multiplying the aerodynamic forces, officials said. 그러나 카시니 (Cassini)는 우주 정거장보다 4 ~ 5 배 빠르게 움직이며 공기 역학적 힘을 배가시켰다.

Cassini encountered Saturn's atmosphere as it reached a point around 1,200 miles (3,600 kilometers) above the cloud tops. 카시니 (Cassini)는 토성의 대기가 구름 꼭대기보다 1,200 마일 (3,600 킬로미터) 지점에 도달함에 따라 발생했습니다. Atmospheric particles began pushing on Cassini's 36-foot-long (11-meter) magnetometer boom. 대기 입자는 카시니의 11 미터 길이의 자력계 붐을 일으키기 시작했다.

The spacecraft fired thrusters to damp its rotation, using its jets for longer and more frequent pulses as it fell deeper into the atmosphere, according to NASA. NASA에 따르면, 우주선은 추진기를 발사하여 회전을 감속 시켰고, 제트기를 사용하여 더 길고 빈번한 펄스를 대기에 더 깊이 들어갔다.

“With its thrusters firing almost continuously, the spacecraft held its own for 91 seconds against Saturn's atmosphere — the thrusters reaching 100 percent of their capacity during the last 20 seconds or so before the signal was lost,” officials wrote in a press release. "추진체가 거의 연속적으로 발사됨에 따라, 우주선은 토성의 대기에 대해 91 초 동안 자신을 붙잡았다. 신호가 사라지기 전에 스러 스터가 그들의 용량의 100 %에 도달했다."고 관계자는 보도 자료에서 밝혔다. “The final eight seconds of data show that Cassini started to slowly tip over backward.” "데이터의 마지막 8 초는 카시니가 천천히 뒤로 물러나 기 시작했다는 것을 보여줍니다."

Engineers programmed Cassini to broadcast science data and telemetry in real-time during its final moments, rather than storing the information on recorders for later playback. 엔지니어들은 나중에 재생할 수 있도록 레코더에 정보를 저장하는 대신 카시니를 프로그래밍하여 과학 데이터와 원격 측정을 실시간으로 실시간으로 방송했습니다.

Tracking antennas on Earth lost lock with Cassini's dish-shaped antenna as the spacecraft turned away. 지구상의 추적 안테나는 우주선이 사라진 것처럼 카시니의 접시 모양의 안테나로 잠금 장치를 잃어 버렸습니다. A radio carrier signal continued streaming down from the probe for 24 more seconds, then it went silent. 무선 캐리어 신호가 프로브에서 24 초 동안 계속 스트리밍 된 후 조용 해졌다.

“Given that Cassini wasn't designed to fly into a planetary atmosphere, it's remarkable that the spacecraft held on as long as it did, allowing its science instruments to send back data to the last second,” said Earl Maize, Cassini project manager at JPL. "카시니는 행성 대기로 비행하도록 설계되지 않았다는 것을 감안할 때, 우주선은 과학 장비가 마지막 순간까지 데이터를 되돌려 보낼 수있게하는 것이 현저하다"고 카시니 프로젝트 매니저 인 Earl Maize는 말했다. JPL. “It was a solidly built craft, and it did everything we asked of it.” "그것은 단단히 만들어진 공예품이었고, 우리가 요구 한 모든 것을했습니다."

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