Nedtælling til fredag: Cassini nærmer sig den store finale
Cassini kysser farvel efter at have vist, at der er nok af spændende steder i rummet, som kan holde videnskaben godt beskæftiget mange år ind i fremtiden.
Cassini rumsonde finale 20 år Saturn

Cassini ser ned på den sekskantede storm ved Saturns nordpol. (Illustration: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

For 21 år siden besøgte vi det store rumcenter JPL (Jet Propulsion Laboratory) i Californien, hvor Cassini blev bygget.

Da vi så rumsonden i sommeren 1996, var den næsten færdig. Med sin højde på 6,8 meter fyldte den virkelig i samlehallen, og vi husker stadig de mange ledninger, der forbandt rumsonden med måleudstyret i hallen.

Året efter, i oktober 1997, blev Cassini opsendt fra Cape Canaveral, Florida, og nu i sommeren 2017 besøgte vi så igen JPL.

Denne gang var samlehallen næsten tom, selv om man kunne se de første dele til den næste marsrumsonde, som skal op i 2020.

Et godt tegn på, at udforskningen af solsystemet fortsætter.

Om artiklens forfattere

Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.

I snart 40 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.

De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.

Cassini er blevet ’kult’

Men lige så interessant var det at se, hvordan Cassini og de andre store rumsonder er blevet en del af, hvad man næsten kan kalde en ’subkultur’.

I JPL’s lille butik kan man købe T-shirts, krus og meget andet med teksten ’Cassini Finale’, og der var godt gang i salget.

Det er muligt gennem en glasrude at se ind til selve kontrolcentret, hvor et stort digitalur tæller ned til finalen, og uden for bygningerne er der plakater, der fortæller om den kommende finale og samtidig markerer, at det nu er 40 år siden, Voyager-sonderne blev opsendt.

Denne korte, animerede video fremhæver Cassinis højdepunkter. (Video: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

Mange vil savne Cassini

Alt dette er et udtryk for, at NASA gennem deres meget velskrevne hjemmesider for rumsonderne har gjort det muligt for alle at følge de store rumsonder på deres opdagelsesrejser ud i solsystemet.

Sandsynligvis er en stor rumsonde som Cassini blevet fulgt lige så intenst som astronauternes besøg på rumstationen ISS, der trods alt ikke gør andet end at flyve rundt om Jorden.

Det er nok ikke helt forkert at sige, at mange mennesker kommer til at savne følelsen af at være med på en opdagelsesrejse med de daglige billeder og nyheder fra Saturn og dens mange måner, når Cassini brænder op i Saturns atmosfære på fredag.

Du kan læse mere om finalen i artiklen Cassini nærmer sig fatal afslutning.

Cassini har udforsket Saturn måner

Da Cassini i april ændrede sin bane som en forberedelse til ’den store finale’, begyndte et helt nyt forskningsprogram, koncentreret om selve Saturn og det enorme ringsystem, som omgiver planeten.

Cassini har kredset om Saturn siden 2004, så man skulle tro, at der har været masser af tid til at studere Saturn.

Naturligvis er der taget billeder både af skyerne og ringene, men det er mest sket fra ret stor afstand.

For en stor del af tiden er gået med at udforske Saturns måner – ikke mindst den lille ismåne, Enceladus, der slynger enorme gejsere, som måske stammer fra et underjordisk hav, ud i rummet.

Men især er der brugt rigtig meget tid på at udforske Titan med sine have af flydende metan. Hele 127 gange er Cassini fløjet tæt forbi Titan for med radar og andre instrumenter finde ud af, hvad der gemmer sig under det orange lag af smog, der omgiver den store måne.

Det har været ulejligheden værd, for der blev rig lejlighed til at studere de store metanhave, og det blev endda opdaget, at nogle områder nær kysten ændrede udseende over en periode.

Cassini er blevet holdt på afstand af Saturn

Nu befinder Titan sig hele 1,2 millioner kilometer fra selve Saturn, og der er andre måner, som er endnu længere væk.

Men der er også en anden grund til at man har holdt Cassini lidt på afstand af Saturn:

Man har simpelthen været bange for, at rumsonden ville blive ødelagt ved sammenstød med en af de utallige ispartikler i ringene.

Cassini rumsonde finale 20 år Saturn

Cassinis udsigt over Saturns horisont med ringene i baggrunden. Farverne er kunstige. (Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

Der er et gab på nogle tusinde kilometer mellem de øverste skylag på Saturn og den inderste ring – men det gab blev i lang tid anset for at være farligt på grund af risikoen for sammenstød med små partikler.

Baneændringen i april førte netop Cassini ind i en bane, der bringer den gennem dette smalle gab – og til forskernes store overraskelse har det vist sig, at der ikke er nær så mange små partikler i gabet som antaget.

Man kan kun sige: ’Bedre sent end aldrig’, men havde man vidst, at det ikke er så farligt at flyve gennem gabet, havde Cassini måske for længe siden set nærmere på selve Saturn.

Farvelkysset og de sidste dage

Siden april er Cassini 22 gange fløjet hen over Saturns skydække i en afstand af kun få tusinde kilometer.

Sidste gang det skete, var lørdag 9. september, hvor Cassini kom ned i en afstand på kun 1.700 kilometer over skytoppene.

Herefter fløj rumsonden bort fra Saturn i en meget aflang bane, som mandag 11. september fører sonden forbi Titan i en afstand af 119.000 kilometer.

Det er naturligvis nøje planlagt, for tyngdekraften fra Titan har denne gang ændret banen for Cassini så meget, at sonden nu kommer ind i Saturns atmosfære.

Denne manøvre har fået navnet ’The goodbye kiss’ i kontrolcentret.

Det var også nødvendigt at bruge Titans tyngdekraft til at ændre banen, for af de oprindelige 3.132 kilo hydrazin til styreraketterne er der nu under 40 kilo tilbage.

Cassini rumsonde finale 20 år Saturn dykke mellem ringe

Cassini flyver gennem gabet mellem inderste ring og Saturn. (Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

Cassini måler stoffer i atmosfæren

Alt lakker herefter mod enden, men selv i de sidste dage har Cassini travlt med at observere.

Med meget stor omhu har de sidste baner været lagt så tæt på Saturn, at Cassini er fløjet gennem de øverste og meget tynde lag af atmosfære, som findes over skydækket.

Det har givet mulighed for helt direkte at måle, hvilke stoffer der findes i atmosfæren. Det meste vil være brint og Helium, men man regner også med at finde andre molekyler.

Det har været noget af en balance at gennemføre disse målinger.

Cassini skal ned i selve atmosfæren for at gennemføre målingerne, men ikke så langt ned, at luftmodstanden bliver for stor til, at de små styreraketter kan holde sonden på ret kurs.

Men atmosfærens sammensætning er ikke de eneste nye forskningsområder. Der er to andre, som virkelig kræver, at rumsonden kommer meget tæt på både Saturn og ringene, nemlig spørgsmålene om døgnets længde og ringenes alder.

Ikke let at måle døgnets længde på Saturn

Der er mange mysterier forbundet med Saturn, men et af de mere uventede er, hvor langt døgnet er.

Selv i dag ved vi kun, at døgnet på Saturn er et sted mellem 10,6 og 10,8 timer langt – på Jorden kender vi jo døgnets længde inden for brøkdele af sekunder.

Man skulle ellers tro, det var let nok at måle: Find en skyformation og mål, hvor lang tid det varer, før man igen ser skyen pege i samme retning.

Men så let er det bare ikke, for det stormer konstant på Saturn, og det betyder at skyerne farer afsted højt oppe i atmosfæren med en fart på mange hundrede kilometer i timen. Det, man ønsker at vide, er, hvor hurtigt selve planeten roterer, og det er en næsten umulig opgave, når der ikke er nogen fast overflade at observere.

Cassini rumsonde finale 20 år Saturn

Her ses skyer på Saturn (farven stemmer ikke overens med virkeligheden). Skyerne ligner strøg fra en kæmpe kosmisk pensel, grundet den måde væsker interagerer i Saturns atmosfære. (Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

Magnetfeltet har vist vejen på Jupiter

Men der er en udvej, nemlig at holde øje med magnetfeltet.

Efter vor nuværende opfattelse dannes magnetfeltet dybt nede i planeten, måske helt inde ved den inderste kerne. Magnetfeltet følger planetens rotation, og så er det jo bare at følge, hvor hurtigt magnetfeltet varierer.

Man har med stort held har anvendt denne metode til at bestemme døgnets længde på Jupiter. Her er de magnetiske poler forskudt godt 10o i forhold til de geografiske poler. Det betyder, at magnetfeltet kommer til at hælde i forhold til rotationsaksen.

Resultatet er, at magnetfeltets retning ændrer sig i løbet af et døgn, og kan man følge den ændring, så har man døgnets længde.

På Jupiter er der lige så mange skyer og lige så meget stormvejr som på Saturn, men der er ingen tvivl om, at Jupiters døgn er på 9 timer 55 minutter 30 sekunder.

Sværere at bruge magnetfeltet på Saturn

Men Saturn vil ikke lege helt med, for de magnetiske poler og de geografiske poler på Saturn falder sammen, så de svingninger, som et ’skævt’ magnetfelt ville give, findes næsten ikke her.

Der er nogle periodiske ændringer med en periode på 10 timer 47 minutter, men problemet er, at den præcise værdi afhænger af, om man observerer feltet nord eller syd for ækvator, men også af årstiden, man observerer på.

Trods disse problemer er magnetfeltet stadig den bedste måde, vi har, til at bestemme døgnets længde på Saturn.

Derfor har Cassini, hver eneste gang den har været tæt på Saturn, observeret magnetfeltet.

De 22 meget tætte passager siden april i en afstand på kun et par tusinde kilometer fra selve planeten har givet de hidtil mest nøjagtige målinger af magnetfeltet tæt på Saturn.

Men der skal en del analyse til, før vi ved om disse målinger vil give en præcis værdi for døgnets længde.

Cassini rumsonde finale 20 år Saturn nordpol

Saturns nordpol fanget af Cassini 26. april 2017. (NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

Hvad er der i Saturns indre?

Det er nu ikke bare magnetfeltet om Saturn, der kan drille.

Rumsonden Juno, der for tiden kredser om Jupiter, har vist, at det måske ikke er så let at fortolke målingerne af magnetfeltet. Jupiter er ligesom Saturn en stor gasplanet, opbygget af brint og Helium, og også på Jupiter har man antaget eksistensen af en veldefineret kerne.

Nu ser det ud til, at vi ikke skal føle os helt så sikre. For Junos meget præcise målinger af Jupiters tyngdefelt har nemlig vist, at Jupiter ikke som forventet har en veldefineret kerne, men en meget diffus, stor kerne, halvt så stor som planeten selv.

Samtidig ser det ud til, at magnetfeltet dannes tættere ved overfladen end hidtil antaget.

I det hele taget ser strukturen af Jupiters indre ud til at afvige en del fra de gængse teorier.

På grund af de mange ligheder mellem Jupiter og Saturn kan vi derfor heller ikke være sikre på, at vores teorier om Saturns indre, hvor magnetfeltet dannes, er helt korrekte.

Så det bliver ganske spændende at se, om Cassinis målinger i virkeligheden kan løse problemet om døgnets længde på Saturn.

Saturns hvide ringe er et mysterium

Mens vi er ved mysterierne, så er der et andet problem, der har givet forskerne noget at tænke over.

Det er noget så banalt som farven på Saturns ringe. De er simpelthen alt for hvide, omtrent som nyfalden sne.

Nu består ringene ganske vist af små ispartikler, men selv ude i rummet er de ikke så lette at holde rene.

Allerede for flere år siden viste Cassinis målinger, at der er støv nok omkring Saturn til, at ispartiklerne vil miste deres hvide farve ret hurtigt (vi taler dog om mange millioner år), fordi de efterhånden bliver dækket af mørkt, kosmisk støv.

Det skal ses ud fra at Saturn er dannet for 4.600 millioner år siden.

Der er da også farveforskelle mellem de forskellige dele af ringene, og det tages netop som et udtryk for forskellige grader af forurening af ispartiklerne.

For at bestemme ringenes alder er det afgørende også at skønne over deres masse. Massive ringe med mange partikler vil være længere tid om at blive dækket med kosmisk støv end tynde ringe med få partikler.

Cassini rumsonde finale 20 år Saturn

Farvebillederne her har den højeste opløsning, der nogensinde er taget af Saturn ringe. (Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

Er Saturns ringe unge eller gamle?

Der er en løbende debat om, hvorvidt ringene er næsten lige så gamle som Saturn selv, eller om de er opstået meget senere, for måske bare 100 millioner år siden, da der gik dinosaurer rundt på Jorden.

Teorien for ringenes dannelse giver ikke noget svar, for ringene er sandsynligvis opstået ved, at en mindre ismåne er kommet for tæt på Saturn og derefter brudt i stykker på grund af tidevandskræfterne fra Saturn – astronomerne vil sige, at Månen er kommet inden for den såkaldte Roche-grænse.

Dette kan være sket på næsten ethvert tidspunkt i Saturns historie.

Saturns B-ring har måske løsningen

Der er her måske én enkelt afgørende måling, som kan fortælle, om ringene er gamle eller unge.

Det er den såkaldte B-ring, som er den mest hvide og også mest uigennemsigtige af de mange ringe.

Det er hidtil taget som et tegn på, at B-ringen indeholder mere stof end de andre ringe, og at det derfor vil tage længere tid at dække den med støv.

Nogle målinger antyder dog, at det ikke er tilfældet, og at B-ringen faktisk ikke er så massiv som antaget.

Hvis det er rigtigt, må ringen på grund af sin meget ringe grad af forurening være ung og dermed understøtte teorien om, at hele ringsystemet er ungt.

Cassinis måleresultater vil forhåbentlig give svar

Nu har det netop været en opgave for Cassini præcist at måle massen af ringene i de sidste baner.

Tidligere har Cassini jo mest bevæget sig i baner uden for ringsystemet og har derfor været udsat for tyngdekraften både fra Saturn og ringene.

Når den har bevæget sig helt inden for ringene, mærker den jo alene tyngdekraften fra Saturn.

Hvis man så sammenholder de to sæt måleresultater uden for og inden for ringene, kan man ret præcist vurdere ringenes masse.

Hvis målingerne viser, at ringene, og især B ringen, har en lav masse, vil det blive taget som et klart tegn på, at ringsystemet, astronomisk set, er meget ungt.

Vender vi tilbage til Saturn?

Det vil jo være oplagt at vende tilbage til Saturn med alle de uløste problemer, der står tilbage.

 Men det vil tage sin tid, for der er ikke planlagt nye Saturn-sonder, selv om der er en del forslag.

Realistisk må vi sige, at det normalt tager 3-5 år at bygge en rumsonde, fra det øjeblik projektet vedtages, og til den er klar til opsendelse.

Rejsetiden ud til Saturn vil være omkring 7 år, så selv om der blev vedtaget et projekt nu, vil næste sonde nok ikke kunne komme til Saturn før omkring 2030.

Cassini rumsonde finale 20 år Saturn enceladus

Cassini flyver gennem gejserne fra Enceladus i oktober 2015. (Illustration: NASA/JPL-Caltech)

Saturns måner bliver målet igen

Nu vil det næppe blive selve Saturn, der er hovedmålet, men derimod de to måner Enceladus og Titan, der som nævnt har vakt vores opmærksomhed under hele Cassinis flyvning.

Især Enceladus er interessant, fordi der her er en mulighed for at lede efter liv uden de helt store tekniske problemer.

Den kun 500 kilometer store ismåne er jo så venlig at slynge enorme gejsere ud i rummet fra et hav, som er godt skjult under isen. Og netop gejserne gør det overflødigt at skulle bore sig gennem et tykt islag for at komme ned til havet – i stedet kommer havet jo op til os.

Cassini er flere gange fløjet gennem gejserne, dog uden at have de helt rigtige instrumenter til at lede efter liv.

Nu er der foreslået en sonde med navnet Enceladus Life Finder, der med de rigtige instrumenter vil kunne undersøge, om der sammen med gejserne er slynget et eller andet biologisk med ud i rummet – nok et af de forslag, der har en høj sandsynlighed for at blive gennemført, simpelthen fordi det både teknisk og økonomisk er til at overkomme.

NASA og ESA vil samarbejde

Et meget mere ambitiøst forslag er Titan Saturn System Mission, der skal være et samarbejde mellem NASA og Den Europæiske Rumorganisation, ESA.

En iondrevet rumsonde sendes af sted for først at flyve gennem gejserne på Enceladus og derefter gå i bane om Titan.

Herfra skal to europæiske sonder sendes ned: En varmluftballon og en ’lake lander’, der skal lande på en af de mange metansøer.

Der er mange andre forslag, men de holder sig, ligesom Cassini, på pæn afstand af selve Saturn.

Cassini rumsonde finale 20 år Saturn Titan måne

En tegners opfattelse af metansøerne på Titan. (Illustration: NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech)

Gasplaneter er svære at undersøge

Det er nu heller ikke så let at udforske en gasplanet som Saturn.

Det, vi kan se, er skyerne og stormene og så undre os over fænomener som den sekskantede storm ved Saturns nordpol. Men forklaringerne på, hvad der sker i Saturns atmosfære skal sandsynligvis søges dybt nede, hvor trykket måles i tusinder af atmosfærer, og hvor ingen sonde kan nå ned.

Rumsonden Juno, der kredser om Jupiter, er den første rumsonde, som er specialbygget til undersøge det indre af en gasplanet.

Det sker ved meget præcise målinger af tyngdefeltet, magnetfeltet samt ved anvendelse af mikrobølger der kan trænge gennem de øverste skylag på Jupiter.

Ud fra disse målinger kan man så opbygge matematiske modeller, der beskriver Jupiters indre.

Der er steder i rummet, vi ikke kan udforske

I princippet kan Saturns indre udforskes på samme måde, men det er meget vanskeligt på denne måde at få opbygget et helt præcist billede af planetens opbygning.

Derfor vil de store gasplaneter Jupiter og Saturn nok være Terra Incognita, altså ukendt område, i meget lang tid frem.

Vi kommer til at vænne os til, at der er steder i solsystemet, som vi simpelthen ikke kan besøge og udforske i detaljer.

Men heldigvis har Cassini vist, at der er nok af spændende steder, vi har mulighed for at besøge, og som kan holde videnskaben godt beskæftiget mange år ind i fremtiden.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud