探査機 カッシーニ: 1997年に打上げられた土星探査機

カッシーニ Cassini
土星に接近するカッシーニの想像図
所属	アメリカ航空宇宙局 (NASA) 欧州宇宙機関 (ESA) イタリア宇宙機関 (ASI)
公式ページ	Cassini-Huygens (NASA) ESA-Cassini-Huygens (ESA)
国際標識番号	1997-061A
カタログ番号	25008
状態	運用終了
目的	土星の探査
観測対象	土星
打上げ機	タイタンIV B
打上げ日時	1997年10月15日 4時43分 (東部夏時間)
軌道投入日	2004年6月30日
運用終了日	2017年9月15日
物理的特長
本体寸法	高さ: 6.8 m × 幅: 約 4 m
質量	5.8 t
発生電力	原子力電池3基（放射性同位体熱電対）
周回対象	土星
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金星→金星→地球→木星の順に合計4回のスイングバイを行なって土星軌道に到着した。惑星探査機ホイヘンス・プローブ (2.7 m、320 kg) を搭載しており、同機はタイタンでカッシーニより切り離されてタイタンに着陸し、大気の組成・風速・気温・気圧等を直接観測した。

カッシーニとホイヘンスよりなる土星探査はカッシーニ・ホイヘンス・ミッションと呼ばれ、欧米18カ国の科学者約260人が参画している。

カッシーニの名は、天文学者ジョヴァンニ・カッシーニに、ホイヘンスの名は同じく天文学者クリスティアーン・ホイヘンスに由来する。

当初はガリレオ同様に小惑星に接近する計画だったが、予算の都合により断念された。

 

 

• 1997年10月15日 アメリカ合衆国フロリダ州ケープカナベラル空軍基地LC40発射台からタイタンIV型ロケットによって打上げられた。
• 1998年4月26日 金星に接近し1回目のスイングバイ。
• 1999年6月24日 金星に接近し2回目のスイングバイ。
• 1999年8月18日 地球をスイングバイして木星への軌道にのる。
• 2000年1月23日 小惑星帯を通過し、(2685) マサースキーの点状の写真を撮影。
• 2000年12月30日 木星をスイングバイ、土星への軌道へ。
• 2004年6月16日 主エンジンを38秒間噴射、軌道修正(飛行速度を約3.6m/s減速)
• 2004年6月30日 土星軌道に投入、軌道にのる。
• 2004年8月16日 土星の衛星2個の発見を公表 (メトネ、パレネ)。
• 2004年9月9日 土星の衛星2個 (仮符号 S/2004 S 3、S/2004 S 4)、環 (仮符号 R/2004 S1) を発見。
• 2004年10月21日 土星の衛星2個 (ポリュデウケス、仮名称 S/2004 S 6)を発見。
• 2004年12月24日 タイタンにホイヘンス探査機を放出。
• 2005年1月14日 ホイヘンスがタイタンに着陸し、機能停止するまでの3時間40分、カッシーニ経由で地球へ探査データを送った。
• 2008年4月15日 探査計画の2010年9月までの延長が決定。
• 2009年8月11日 土星の環の「消失現象」を観測。
• 2010年2月3日 探査計画の2017年5月までの延長を発表。
• 2013年4月29日 土星の北極にハリケーンのような大気の渦の姿を観測。渦は北極を中心として目だけで約2千キロ、地球の平均的なハリケーンの約20倍。
• 2013年7月19日 14億4000万キロ離れた土星上空から地球を撮影（地球が微笑んだ日）。

 

• 2014年4月3日、米航空宇宙局 (NASA) は、カッシーニの観測によって土星の衛星エンケラドゥスに液体の水の大規模な地下海の証拠が発見されたと報告した。地下の海の証拠はエンケラドゥスは「微生物が生息する太陽系で最も可能性の高い場所」の一つであることを示唆している。
• 2014年6月30日、土星軌道投入から10周年を達成。2016年から始まる最後のミッションとして「グランドフィナーレ」と呼ぶミッションフェーズに移行することが発表された。このミッションでは土星の北極上空を通過してFリングのすぐ外を通過する軌道を繰り返し周回しながら観測を行う計画。
• 2017年4月26日、土星と環の間を、人類の探査機として初めて通過。
• 2017年9月15日、日本時間19時32分、カッシーニ本体が土星の大気圏に突入し、運用を終了。なおこの方法は、本体に付着している可能性のある微生物を衛星等に持ち込まないための処置であった。

 

カッシーニが土星軌道に投入されてからの10年間の成果は、以下の通り。また、この間に200万回コマンドを実行し、科学データを514GB収集、土星の衛星を7つ発見、土星の衛星に132回フライバイし、26ヶ国からの科学者が計画に参加、科学論文を3039件発行、土星を206周回実施、写真を33万2,000枚撮影、エンジン噴射を291回実施した。

• ホイヘンスプローブをタイタンに着陸させた。
• エンケラドゥスが氷のプルームを活発に吹き上げていることを発見
• 土星の環が活発で動的であることを明らかにし、惑星形成の研究に寄与
• タイタンが地球のように雨や川、湖、海を持つ世界であることを発見
• 2010-2011年にかけて土星の北側で起きた大規模な嵐を調査
• 土星からの電波パターンは従来考えられていた土星内部の回転とは関係性がないことを確認
• 環の垂直構造を明らかにする画像を初めて取得
• タイタンの前生物的な化学研究
• イアペトゥス表面で見られる2重の明暗域の謎を解明
• 北極の六角形の様子を初めて完全に観察し、土星両極の巨大なハリケーンを発見

カッシーニの探査の成果（判明したこと）として、衛星や環の発見以外に、次のようなことが挙げられる。

木星

木星には独立した嵐が存在し、小さな斑点となって現れることが分かった。

一般相対論の検証

木星付近で、一般相対性理論を検証する実験の再現に成功した。すなわち、太陽の近くをかすめるように電波を発射し、太陽の近くを通らない場合より到達に時間がかかることを証明した。これは、重い天体の近くで時空が歪むというアインシュタインの理論と整合する。

タイタン

タイタンには、液体が流れたことによる流路があることが分かった。大気からの降雨があることが確認された、太陽系では地球以外の唯一の天体となっている。タイタンの濃密な大気は、メタンが分解され、それが再結合した炭化水素のような大きな有機分子ができることで作られたことが分かった。タイタンのメタンが、生物由来でないことが強く推測された。

カッシーニの総費用は約34億米ドルと、近年の惑星探査においては最大規模の探査機となった。カッシーニ以降、NASAはディスカバリー計画のように低予算・軽量の探査機を打ち上げるようになっている。

• 高さ: 6.8 m
• 幅:約4 m
• 重さ:5.8 t
• 動力:原子力電池3基（放射性同位体熱電対）

カッシーニ 動画 (CG)

 

積載機器

以下の測定装置を搭載していた。

光学リモートセンシングに関する装置

複合赤外分光光度計 (CIRS)
熱放射の測定により対象の温度を計測する。組成の測定も可能。
イメージングサイエンスサブシステム (ISS)
可視光を中心に感度を持つ２基のCCDカメラにより画像撮影を行う。
紫外イメージング分光器 (UVIS)
可視光では観測できないガスの測定を行う。
可視・赤外マッピング分光光度計 (VIMS)
対象物の表面の組成を測定する。

場・粒子・波に関する装置

カッシーニプラズマ分析器 (CAPS)
３種の測定器により、入射するイオン粒子の運動エネルギー・移動方向・質量を検出する。
宇宙塵分析器 (CDA)
装置に入射する宇宙塵の電荷・速度・大きさ・組成を測定する。
イオン・中性質量分析器 (INMS)
タイタンの大気中や土星周辺に存在する中性分子・低電荷イオンの組成分析を行う。
磁力計 (MAG)
土星の磁場を高感度・高精度で計測する。
磁気圏イメージング装置 (MIMI)
土星周囲の荷電粒子や中性分子を観測することにより、土星の磁気圏を観測する。
電波・プラズマ波測定器 (RPWS)
土星から発せられる電波・プラズマ波の測定を行う。

マイクロ波リモートセンシングに関する装置

レーダー
厚い大気に遮られることなくタイタンの地表面の形状を観測する。
電波科学サブシステム (RSS)
探査機から地球へ電波を送信し、土星や衛星等による電波干渉を測定する。

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  カッシーニの打ち上げ
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  カッシーニの軌道
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  カッシーニが写した木星
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  カッシーニが写した土星
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  上から見た土星の環
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  カッシーニが写した土星の第1衛星ミマス
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  カッシーニが写した土星の第6衛星タイタン
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  ホイヘンス・プローブが写したタイタンの地表
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  カッシーニが写した土星の第8衛星イアペトゥス

• 「太陽系はここまでわかった」リチャード・コーフィールド著、水谷淳訳、文芸春秋、2008年

 

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• 土星の渦を探査機「カッシーニ」が撮影

• Cassini Solstice Mission（NASA公式サイト）
• Cassini-Huygens（ESA公式サイト）
• カッシーニ/ホイヘンス (惑星探査 - 月探査情報ステーション)