Cassini-Huygens é uma missão espacial não-tripulada enviada em missão ao planeta Saturno e seu sistema planetário. Um projeto conjunto da NASA, ESA (Agência Espacial Europeia) e ASI (Agência Espacial Italiana), ela consiste de dois elementos principais, o orbitador Cassini e a sonda Huygens. Lançada ao espaço em 15 de outubro de 1997, ela entrou em órbita de Saturno em 1º de julho de 2004 e continua em operação, estudando o planeta, seus satélites naturais, a heliosfera e testando a Teoria da Relatividade.

Um projeto que levou duas décadas de planejamento e desenvolvimento até seu lançamento, após uma viagem interplanetária de quase sete anos, na qual sobrevoou Vênus e Júpiter, a nave entrou em órbita de Saturno na metade de 2004; em dezembro daquele ano a sonda Huygens separou-se do orbitador Cassini e em 14 de janeiro de 2005 entrou na atmosfera e pousou na superfície do maior satélite de Saturno, Titã, transmitindo imagens e dados para a Terra, na primeira vez em que um objeto construído pelo Homem pousou num corpo celeste do Sistema Solar exterior.

A Cassini-Huygens integra o Programa Flagship para os planetas exteriores, o maior e mais caro programa espacial não-tripulado da NASA. As outras missões deste programa incluem as Viking, as Voyager e a Galileu. A espaçonave de duas partes foi batizada em homenagem aos astrônomos Giovanni Cassini e Christiaan Huygens.

Visão geral

Dezesseis países europeus e os Estados Unidos formaram a equipe responsável por desenhar, construir, lançar e colecionar dados do orbitador Cassini e da sonda Huygens. A missão é dirigida pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA, nos Estados Unidos, onde o orbitador foi montado. A Huygens foi desenvolvida pelo Centro Europeu de Tecnologia e Pesquisa Espacial, localizado na Holanda. O contratante principal do Centro, a francesa Aérospatiale, hoje Thales Alenia Space, montou a sonda com equipamentos e instrumentos fornecidos por diversos países europeus (as baterias e dois instrumentos científicos foram fornecidos pelos Estados Unidos). A Agência Espacial Italiana (ASI) forneceu ao orbitador Cassini a antena de alta frequência com a incorporação de uma antena de baixa frequência, um radar compacto e leve que também usa a antena de alta frequência e funciona como altímetro e radiômetro, e outros componentes eletrônicos foram fornecidos pelo Centre National d'Études Spatiales, a agência espacial francesa.

Em 16 de abril de 2008, ano em que as operações da sonda deveriam chegar ao fim, a NASA anunciou uma extensão de dois anos nos fundos do programa para as operações em Terra e continuação das operações no espaço, que a esta altura foi renomeada como Missão Cassini Equinox. Ela foi novamente estendida em 2010 por mais sete anos, e novamente renomeada, agora como Missão Cassini Solstice.

Batismo

A sonda consiste de dois elementos, o orbitador Cassini da NASA batizado em homenagem ao astrônomo e matemático franco-italiano Giovanni Domenico Cassini (também conhecido como Jean-Dominique Cassini depois que assumiu cidadania francesa), o descobridor de várias pequenas luas de Saturno e dos anéis do planeta; e o astrônomo e físico holandês Christiaan Huygens, o descobridor do maior satélite de Saturno, Titã – e também inventor do relógio de pêndulo – em 1655.

História

As origens de Cassini-Huygens datam de 1982, quando a European Science Foundation e a Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos formaram um grupo de trabalho para futuras cooperações em missões espaciais. Dois cientistas europeus sugeriram o desenvolvimento de uma sonda dupla orbitador de Saturno-pousador em Titã como uma possível missão conjunta.

Em 1983, o Comitê de Exploração do Sistema Solar da NASA recomendou a mesma missão como projeto central da agência. Entre 1984 e 1985, a NASA e a ESA fizeram estudos conjuntos para uma potencial missão. A ESA continuou seus próprios estudos em 1986 enquanto a astronauta Sally Ride, a primeira mulher norte-americana a ir ao espaço, em seu influente relatório NASA Leadership and America's Future in Space: A Report to the Administrator, de 1987, também examinava e aprovava a missão Cassini.

Enquanto o relatório de Ride descrevia uma missão orbitador-pousador em Saturno como unicamente americana, em 1988 um dos administradores da NASA, Len Fisk, voltava com a ideia de uma missão conjunta, NASA–ESA. Ele escreveu a seu colega da ESA, Roger Bonnet, sugerindo que a agência europeia escolhesse a Cassini entre as três missões então em estudo, prometendo que a NASA se comprometeria em levar adiante esta missão assim que a ESA o fizesse.

Na época, a NASA estava se tornando mais sensível à tensão que havia se desenvolvido entre os programas espaciais americano e europeu como resultado da percepção europeia de que os americanos não os haviam tratado como iguais durante colaborações anteriores. Diretores, funcionários e lobistas da agência envolvidos no planejamento e na promoção de Cassini-Huygens tentaram corrigir estas arestas, mostrando seu desejo de compartilhar todas as informações científicas e benefícios tecnológicos advindos da missão. Em parte, este recém-descoberto espírito de cooperação com a Europa surgia de um senso de competição com a então União Soviética, que estava passando a cooperar mais proximamente com os europeus depois que a ESA se afastou da NASA.

A partir daí a colaboração entre as duas agências não apenas se intensificou como ajudou o programa a sobreviver a um corte de orçamento feito pelo Congresso dos Estados Unidos. A missão Cassini-Huygens ficou sob fogo dos congressistas em 1992 e 1994, mas a NASA conseguiu persuadir os congressistas de que seria imprudente suspender o projeto após a ESA já ter feito grandes investimentos financeiros nele, porque a frustração com promessas quebradas em programas espaciais conjuntos poderia se espalhar para outras áreas das relações exteriores. O programa continuou normalmente após 1994, apesar de grupos da sociedade civil preocupados com potenciais ameaças ao meio-ambiente – seu combustível inclui plutônio – terem tentado atrasá-lo ou cancelá-lo com protestos e medidas judiciais até, e mesmo depois de, seu lançamento em 1997.

Objetivos

Os principais objetivos da Cassini são:

1. determinar a estrutura tridimensional e comportamento dinâmico dos anéis;
2. determinar a composição das superfícies e a história geológica dos satélites;
3. determinar a natureza e origem do material escuro do hemisfério dianteiro de Jápeto.
4. medir a estrutura tridimensional e comportamento dinâmico da magnetosfera.
5. estudar o comportamento dinâmico das nuvens de Saturno;
6. estudar a vulnerabilidade temporal das nuvens e a meteorologia de Titã;
7. caracterizar a superfície de Titã a uma escala regional.
    

Lançamento ocorreu às 8:43 UTC a 15 de outubro de 1997 da rampa de lançamento 40 da estação da Força Aérea do Cabo Canaveral, na Flórida.

A sonda Cassini-Huygens foi lançada do Centro Espacial Kennedy em 15 de outubro de 1997, usando o foguete Titan IV-B/Centaur da Força Aérea dos Estados Unidos. O lançamento do veículo foi feito por um foguete de dois estágios, dois motores-foguetão cintados, o estágio Centaur acima, e área para transporte de carga. O sistema de voo completo do sistema Cassini foi composto por um veículo de lançamento e pela sonda.

O custo total da missão Cassini-Huygens é de cerca de US$3,27 bilhões de dólares, incluindo US$1,4 bilhão para o desenvolvimento, US$422 milhões para o veículo lançador e US$54 milhões para o rastreamento no espaço. Os Estados Unidos contribuíram com grande parte do custo, sendo o restante repartido entre a ESA, que contribuiu com quinhentos milhões de euros, e a agência italiana, que contribuiu com cerca de 150 milhões.

A missão principal da espaçonave foi cumprida em 30 de julho de 2008, sendo depois prolongada até junho de 2010 (Missão Cassini Equinox), onde estudou em detalhes o sistema de Saturno durante o Equinócio, que aconteceu em outubro de 2009. Em 3 de fevereiro de 2010, a missão conseguiu nova prorrogação, desta vez de 6½ anos até 2017, a época do solstício de verão no hemisfério norte do planeta (Missão Cassini Solstice). Este prolongamento permite outras 155 órbitas em torno do planeta, 54 sobrevoos de Titã e 11 de Enceladus. Em 2017, um encontro com Titã irá mudar sua órbita de tal maneira que, em sua maior aproximação de Saturno, ela estará apenas a 3 mil km acima da superfície nebulosa do planeta gigante, abaixo do limite interno do Anel D, o mais interno dos anéis que circundam Saturno. Esta sequência de órbitas próximas terminará quando um novo encontro com Titã a enviará para dentro da atmosfera do planeta.

A espaçonave

A Cassini-Huygens foi originalmente planejada para ser a segunda nave de três eixos estabilizados impulsionada por um GTR da família Mariner Mark II da NASA, uma série de sondas não-tripuladas para exploração do Sistema Solar exterior, em órbitas além de Marte, desenvolvida dos anos 90 a 2010 pelo Jet Propulsion Laboratory. Foi desenvolvida simultaneamente com a Comet Rendezvous Asteroid Flyby (CRAF) mas vários cortes de orçamento federais forçaram a NASA a encerrar o projeto da CRAF para se dedicar apenas ao desenvolvimento da Cassini. Como resultado, a Cassini tornou-se uma nave mais especializada a seu próprio objetivo, cancelando a implementação das séries Mariner Mark II.

Modelo animado em 3D da espaçonave.

A espaçonave, que inclui o orbitador Cassini e o pousador Huygens, é a maior e mais complexa sonda interplanetária construída até hoje. O orbitador tem uma massa de 2.150 kg e a sonda 350 kg. Com o adaptador ao foguete lançador e 3.132 kg de propelentes no lançamento, ela atingiu uma massa total de 5.600 kg na época. Apenas as duas sondas soviéticas Phobos enviadas a Marte eram mais pesadas que a Cassini até então. Ela tem 6,70 m de altura e mais de 4 m de largura. Sua complexidade de construção foi necessária tanto por sua trajetória de voo até Saturno quanto pelo ambicioso programa de observações científicas a ser realizado assim que atingisse seu objetivo. A nave tem cerca de 1630 componentes eletrônicos interconectados, 22 mil ligações de fios e mais de 14 km de cabeamento. Ela é alimentada por 32,7 kg de Plutônio-238, com o calor excedido do material radioativo transformado em energia elétrica. O Huygens foi transportado pela Cassini até o planeta mas usou baterias químicas para se locomover quando independente da nave.

No momento em órbita de Saturno, ela está entre 8,2 e 10,2 UA da Terra. Por causa desta distância, leva entre 64 e 84 minutos para que os sinais de rádio enviados da Terra cheguem até ela e vice-versa. Assim, os controladores de voo não podem dar instruções em "tempo real" à Cassini, seja nas operações de dia-a-dia ou em caso de situações inesperadas. Mesmo que eles respondam imediatamente após notarem algum problema, ao menos três horas terão se passado entre a ocorrência do problema e o recebimento das instruções de correção dos engenheiros na Terra.

A sonda Huygens

A sonda-pousador Huygens foi criada e desenvolvida pela Agência Espacial Europeia (ESA), e batizada com o nome do astrônomo descobridor de Titã, Christiaan Huygens. Desacoplada da Cassini e lançada sobre Titã no dia de Natal de 2004, depois de uma viagem de 22 dias no espaço ela entrou na atmosfera do satélite fazendo um exame minucioso das nuvens e pousando na superfície cerca de 11:30 UTC de 14 de janeiro de 2005, no oeste da região escura conhecida como Shangri-La, próximo à área brilhante de Xanadu.

A sonda foi criada para descer de paraquedas na atmosfera do satélite e abrir um completo laboratório robótico na superfície. Seu sistema consistia na sonda em si e num equipamento de suporte que permaneceu acoplado ao orbitador Cassini. Este equipamento incluía eletrônica para rastrear a sonda, receber os dados enviados durante a descida e processar a passar estes dados para o computador do orbitador que os enviou à Terra. Com 318 kg de peso e 1,3 m de diâmetro, sua bateria era suficiente para 153 minutos de transmissão, dos quais 2h 27min gastas na descida. Foi o suficiente para enviar dados atmosféricos e a primeira imagem da superfície de um satélite do Sistema Solar exterior. É até hoje o pouso mais distante da Terra já feito por um objeto construído pelo Homem.

Cronologia da missão Cassini-Huygens

Lançamento e viagem

15 de outubro de 1997 — Cassini-Huygens lançada de Cabo Canaveral às 08:43 UTC.

26 de abril de 1998 — Primeira passagem pelo planeta Vênus para empurrão gravitacional, sobrevoando a superfície do planeta a 283 km de altitude e ganhando um empuxo em velocidade de 7 km/s.

24 de junho de 1999 — Segunda passagem pelo planeta Vênus para empurrão gravitacional.

18 de agosto de 1999 03:28 UTC — Passagem pelo planeta Terra para empurrão gravitacional. Uma hora e vinte minutos antes, a Cassini fez a maior aproximação à Lua a uma distância de 377 000 km, e tirou uma série de imagens de calibração. A nave sobrevoou a Terra a 1171 km de altitude e ganhou um empuxo em velocidade de 5,5 km/s.

23 de janeiro de 2000 — Passagem pelo asteroide 2685 Masursky às 10:00 UTC. A Cassini fez imagens 5 a 7 horas antes a 1,6 milhões de km de distância e estimou um diâmetro de 15 a 20 km para o asteroide.

30 de dezembro de 2000 — Passagem pelo planeta Júpiter para empurrão gravitacional. A Cassini esteve no ponto mais próximo deste planeta neste dia, e fez muitas medições científicas. Também produziu o retrato colorido global mais detalhado de Júpiter; as menores caraterísticas têm aproximadamente 60 km de diâmetro.

30 de maio de 2001 — Na viagem entre Júpiter e Saturno, notou-se o aparecimento de um "embaçamento" nas fotografias tiradas pela câmera de ângulo cerrado da Cassini. De início, foi visto numa fotografia da estrela Maia do aglomerado das Plêiades, tirada depois de um período de aquecimento de rotina.

23 de julho de 2002 — No final de janeiro, um teste foi feito para remover o "embaçamento" das lentes da câmara de ângulo cerrado, aquecendo-a. O objetivo foi alcançado aquecendo-se a câmera até 4 graus Celsius durante oito dias. Mais tarde, o aquecimento foi estendido para 60 dias, e a imagem da estrela Spica mostrou um melhoramento de mais de 90% quando comparado com o período anterior ao aquecimento. A 9 de julho, a imagem mostrou que o procedimento de remoção do embaçamento foi completado com sucesso.

10 de outubro de 2003 — A equipe de cientistas da Cassini anunciou os resultados de um teste da teoria da relatividade de Einstein, usando sinais de rádio da sonda Cassini. Os cientistas observaram uma mudança de frequência nas ondas de rádio de e para a sonda, assim que esses sinais viajaram mais perto do Sol. Testes anteriores estavam de acordo com as previsões teóricas com uma precisão de uma parte em mil. A experiência da Cassini melhorou a precisão até cerca de 20 partes em um milhão, com os dados ainda a suportar a teoria de Einstein.

Chegada a Saturno

27 de fevereiro de 2004 — Uma nova fotografia de alta resolução tirada pela Cassini no dia 9 de fevereiro foi divulgada. A imagem surpreendeu os cientistas da missão devido ao fato de não ser visível nenhum "fantasma" nos anéis de Saturno. Estas estruturas escuras na secção "B" do anel foram descobertas nas imagens tiradas pela sonda Voyager em 1981. Outra imagem, em luz infravermelha, tirada a 16 de fevereiro mostra diferenças na altura das nuvens. A mesma perturbação era visível nas imagens tiradas pelo Telescópio Espacial Hubble nos anos 90 do século XX.

12 de março de 2004 — Fotografias tiradas a 23 de Fevereiro não mostram uma característica descoberta pela Voyager: espessamentos no exterior do anel "F". Ao tempo, o que não pôde ser deduzido foi o tempo de vida exato destes espessamentos, e espera-se que a Cassini produza dados decisivos sobre esta questão. O primeiro conjunto de imagens mostra um conjunto de espessamentos ao longo do anel "F".

26 de março de 2004 — A equipe de cientistas da Cassini publicou a primeira sequência de imagens de Saturno mostrando nuvens a moverem-se em alta velocidade ao redor do planeta. Usando um filtro para ver melhor o vapor de água no topo da cobertura de nuvens densas, movimentos nas regiões equatorial e sul são claramente visíveis. As imagens foram obtidas entre os dias 15 e 19 de fevereiro.

15 de abril de 2004 — A NASA anunciou que os dois satélites naturais descobertos pela Voyager 1 foram avistados, de novo, pela Cassini em imagens tiradas no dia 10 de Março: Prometheus e Pandora. Estes não são satélites comuns, pois o seu efeito gravitacional no anel 'F' levou a que os cientistas os chamassem de "satélites pastores". A sua descoberta emocionou os pesquisadores interessados na dinâmica do sistema de anéis, porque as suas órbitas são próximas o suficiente para que elas interajam uma com a outra de uma forma "caótica". Uma das missões da missão será monitorar de perto os movimentos destes corpos.

Entrada no sistema saturniano

18 de maio de 2004 — A Cassini entrou no sistema saturniano. O efeito gravitacional de Saturno começou a sobrepor-se à influência do Sol.

20 de maio de 2004 — Foi divulgada a primeira imagem de Titã. Foi feita a 5 de Maio a uma distância de 29,3 milhões de quilômetros.

11 de junho de 2004 — A sonda Cassini sobrevoa o satélite natural Phoebe às 19:33 UT a 2068 quilômetros de distância. Todos os onze instrumentos a bordo operaram como esperado e todos os dados foram adquiridos. Os cientistas planejam usar os dados para criar mapas globais do satélite coberto de crateras e para determinar sua composição, massa e densidade. Vários dias serão necessários para que os cientistas possam rever os dados e chegar a conclusões mais concretas.

Inserção orbital em Saturno e pouso em Titã

1º de julho de 2004 — A Inserção orbital em Saturno foi efetuada com sucesso, entre os anéis F e G do planeta. Aproximando-se a 19.980 km do topo das nuvens na superfície, fotografias dos anéis foram tiradas e enviadas para os cientistas da missão na Terra. Os cientistas surpreenderam-se com a claridade e os detalhes das imagens e vão pesquisá-las durante um bom tempo.

2 de julho de 2004 — A primeira passagem por Titã foi executada e as primeiras imagens foram enviadas para a Terra. Devido ao plano orbital inicial, a Cassini passou pelo polo sul do satélite a uma distância maior que em sobrevoos posteriores. Contudo, durante uma conferência de imprensa a 3 de Junho, os cientistas da missão mostraram imagens que já os forçavam a rever teorias. Agora parece que as características de albedo mais escuro e claro na superfície representam, de fato, materiais diferentes. Ao contrário do esperado, as regiões geladas eram mais escuras que as áreas onde outra matéria (possivelmente orgânica) está misturada com gelo.

16 de agosto de 2004 — Os cientistas anunciam a descoberta de duas novas luas em órbita de Saturno e o sucesso de um dos objetivos do programa: localizar pequenas e desconhecidas luas em volta do planeta. As luas seriam mais tarde batizadas como Methone e Palene.

27 de outubro de 2004 - A nave espacial executou o primeiro dos 45 voos rasantes planejados próximos de Titã quando passou a meros 1.200 km acima da lua. Quase quatro Gigabits de dados foram recolhidos e transmitidos para a Terra, incluindo as primeiras imagens de radar de superfície. Revelou-se a superfície de Titã (pelo menos, a área coberta pelo radar) como sendo relativamente plana, com topografia atingindo não mais do que cerca de 50 metros de altura. O sobrevoo proporcionou um aumento notável na resolução das imagens sobre a cobertura anterior. Imagens com até 100 vezes melhor resolução foram tomadas que eram previstas para posteriores sobrevoos de Titã.

25 de dezembro de 2004 — A sonda de pouso europeia Huygens separa-se da Cassini às 02:00 UTC e inicia sua viagem de 22 dias até a atmosfera de Titã.

14 de janeiro de 2005 — A Huygens entra na atmosfera de Titã às 09:06 UTC e pousa na sua superfície às 11:35 UTC.

Sobrevoo de Júpiter

A Cassini fez a maior aproximação ao planeta Júpiter a 30 de dezembro de 2000, e efetuou muitas medições científicas. Cerca de 26 mil imagens foram tiradas durante a passagem, que durou longos meses. O melhor retrato global colorido de Júpiter já feito foi produzido, em que as menores caraterísticas têm aproximadamente 60 km de comprimento.

Em 6 de março de 2003, uma grande descoberta foi anunciada. Ela consiste na natureza da circulação atmosférica de Júpiter. Os "cinturões" escuros alternam com "zonas" mais claras na atmosfera. Os cientistas há muito tempo consideram que as zonas, com as suas nuvens ténues, sejam áreas em que o ar jorra para cima, levando em conta que muitas nuvens na Terra formam-se onde o ar está subindo. Análises feitas nas fotografias da Cassini, contudo, mostram que células de tempestade individuais nas nuvens brilhantes, demasiado pequenas para serem observadas a partir da Terra, saltam à vista nos cinturões escuros. Segundo Anthony Del Genio, do Instituto Goddard para Estudos Espaciais em Nova York, "temos uma imagem nítida que sugere que os cinturões sejam áreas de movimento atmosférico em Júpiter, o que implica que a movimentação nas zonas deve ser depressiva."

O mesmo comunicado também discutia a natureza dos anéis de Júpiter. As interferências de luminosidade nos anéis revelaram que existiam partículas de forma irregular (em oposição à forma esférica) e cuja existência se devia aos impactos entre micrometeoritos e as luas de Júpiter, provavelmente Métis e Adrasteia.

Teste da Teoria da Relatividade de Einstein

A 10 de outubro de 2003, a equipe científica da Cassini anunciou os resultados de um teste à Teoria da Relatividade de Albert Einstein, utilizando sinais de rádio da sonda. Os pesquisadores observaram o desvio da frequência nas ondas de rádio para a nave, enquanto os sinais passavam tangentes ao Sol. Segundo a teoria da relatividade, um objeto de grande massa como o Sol afeta o espaço-tempo, curvando-o, e um feixe de ondas de rádio (ou luz) que passe por perto verá o seu comprimento aumentado, devido à curvatura. Esta distância extra irá, consequentemente, atrasar a chegada do sinal; a quantidade do atraso proporciona um teste sensível às previsões da teoria de Einstein. Embora variações da teoria geral estejam previstas nos modelos cosmológicos, não foi encontrada nenhuma nesta experiência. Testes anteriores revelaram um consenso com a previsão teórica com a precisão de um em mil. A experiência da Cassini melhorou-a em cerca de 20 em um milhão, mantendo a consistência com a teoria de Einstein.

Situação atual

A sonda Cassini chegou a Saturno em julho de 2004 e deveria operar até 2008. Em 15 de abril deste ano, ela recebeu mais fundos do governo norte-americano para uma prorrogação de dois anos de pesquisas e passou a ser chamada de Missão Cassini Equinox, pois continuaria operacional durante o equinócio em Saturno. Neste período de dois anos, iniciado em 1º de julho de 2010, a Cassini pôde realizar mais 60 órbitas de Saturno, 21 sobrevoos próximos de Titã, sete de Enceladus, seis de Mimas, sete de Tethys, e um sobre Dione, Rhea e Helene.

A arte mostra as órbitas finais a serem realizadas pela Cassini entre Saturno e seus anéis mais próximos, antes de ser lançada contra a atmosfera do planeta e destruída em 2017.

Ao fim do segundo período de operações, a missão recebeu nova prorrogação, desta vez de cerca de sete anos, agora com o nome de Missão Cassini Solstice, até 2017, quando será a época do solstício de verão no hemisfério norte do planeta. Desde então ela vem realizando e realizará 155 órbitas em Saturno, 55 sobrevoos de Titã e 11 de Enceladus. A missão deverá se encerrar definitivamente no primeiro semestre de 2017, quando a espaçonave, depois de uma órbita a apenas 3.000 km da superfície de Saturno, deverá ser direcionada para um mergulho na atmosfera do planeta, sendo destruída.

Fonte: Wikipédia