Misja Cassini

Jacek Napieralski

Sensacyjne wydarzenie miało miejsce około 5000 lat temu. Wówczas na niebie przez kilka lat była widoczna świetlista kula o średnicy 6-krotnie większej niż średnica Księżyca. Była tak jasna, że widać ją było również w dzień, niczym drugie Słońce. Blask tej gwiazdy dorównywał Księżycowi w pełni, zakłócając ówczesnym ludziom każdą noc. Ten widok musiał zadziwiać i trwożyć. Ciekawe, że nie zachowała się o tym choćby drobna wzmianka, a przecież była to z pewnością prawdziwa sensacja. Co się wówczas wydarzyło? Potrzeba było 5000 lat, aby nie tylko wyjaśnić to zjawisko, ale również ogłosić sam fakt jego wystąpienia. Dziś wiemy, że obserwowano wtedy wybuch tzw. supernowej, po której pozostałością na wieczornym niebie jest Wielka Mgławica Włóknista w gwiazdozbiorze Łabędzia. Wybuchy supernowych są prawdziwą katastrofą, ale na szczęście ta wydarzyła się w odległości aż 1400 lat świetlnych od Ziemi.
W 1054 roku Chińczycy nie mieli takich problemów i spostrzegli nową jasną gwiazdę, świecącą nawet w dzień. Nazwali ją "gwiazda-gość", ponieważ nigdy wcześniej w tym miejscu nieba nie było żadnej gwiazdy. Dziś wiemy, że była to również supernowa, a pozostałość po niej możemy podziwiać w postaci pięknej mgławicy Krab w gwiazdozbiorze Byka. Jednak jeszcze jaśniejszą była supernowa obserwowana w 1006 roku w konstelacji Wilka, o której chińscy kronikarze napisali: "błyszczała tak jasno, że można było oglądać przedmioty przy jej świetle". Ale 250 lat później znów nie zauważono kolejnej supernowej, która tym razem pojawić się powinna w konstelacji Żagli w odległości około 650 lat świetlnych od Ziemi. Jej jasna i wyraźna kropka musiała świecić nawet w dzień, a w nocy była jaśniejsza od najjaśniejszych planet. A jednak nikt jej nie zauważył, czy może zaginęły jakieś wzmianki o niej? Od wybuchu ostatniej supernowej Keplera w 1604 roku w naszej Galaktyce nie zanotowano już żadnej następnej. Ale wiemy, że np. w 1658 roku w gwiazdozbiorze Kasjopei na pewno pojawiła się kolejna supernowa, tylko znów nie ma o niej żadnych informacji!
W Wielkim Obłoku Magellana, naszej sąsiedniej galaktyce, 24 lutego 1987 roku odkryto supernową SN1987A, widoczną wówczas nawet gołym okiem. Była najjaśniejszą na ziemskim niebie od 1604 roku, mimo że znajdowała się 100 razy dalej niż tamta. Ponieważ istniały wcześniejsze dokładne fotografie tego fragmentu nieba, od razu stwierdzono, że obserwowana supernowa była wcześniej niebieskim nadolbrzymem 17-krotnie masywniejszym od Słońca, który przeżył "zaledwie" 20 milionów lat. Tuż przed wybuchem gwiazda wysłała w kosmos swoisty sygnał SOS, neutrina odkryte potem na Ziemi w specjalnym podwodnym laboratorium. To było jakby ostatnie tchnienie olbrzymiej umierającej gwiazdy, bowiem właśnie takie duże gwiazdy kończą swój żywot wybuchając jako supernowe. Obserwacje supernowych są prawdziwą rzadkością, a co roku odkrywa się ich zaledwie kilkadziesiąt w różnych dalekich galaktykach. Ponieważ odległości do innych galaktyk są dla nas wprost niewyobrażalne, dlatego gołym okiem nie można ich dostrzec.
W konstelacji Wolarza świeci jasno czerwonym światłem piękna i znana gwiazda Arktur. Czy zdajemy sobie jednak sprawę z tego, że oto na naszych oczach rozgrywa się jej dramat? Kto by pomyślał, że odległy od nas o około 36 lat świetlnych tzw. czerwony olbrzym, właśnie kończy swój żywot? Odległość do Arktura jest tak olbrzymia, że nawet nie przeczuwamy, że ta czerwona gwiazda po prostu umiera. Czy istnieje dzisiaj w takiej postaci, czy może wygląda już inaczej, dowiemy się dopiero za 36 lat, kiedy dotrze do nas dzisiejsze światło z Arktura! Ta gwiazda była kiedyś podobna do naszego Słońca, które też musi spotkać taki sam straszny los. Stanie się to za około 5 miliardów lat, a mieszkańcy Ziemi obejrzą ostatni normalny zachód Słońca. Nasza gwiazda zacznie wtedy umierać, a cały Układ Słoneczny ginąć wraz z nią. Czy będziemy mogli wówczas liczyć na jakąś pomoc?
Jeżeli gdzieś tam wokół którejś z gwiazd istnieje jakieś życie i ktoś akurat będzie patrzeć w niebo, to pośród wielu gwiazd może i dostrzeże wówczas nasze Słońce. Będzie ono jednak tylko jedną z tysięcy kropek na tamtym niebie, dokładnie taką jak teraz na naszym ziemskim niebie gwiazda Arktur. Zresztą, nawet gdybyśmy chcieli dziś wysłać misję ratunkową w stronę Arktura, to leciałaby tam ponad pół miliona lat! Jeżeli ziemska cywilizacja ma przetrwać, to ludzie będą musieli pomóc sobie sami. Prawdopodobnie wyjściem z tej strasznej sytuacji będzie przeprowadzka choćby na inną planetę lub jakiś księżyc. Na opracowanie pomysłów i technologii mamy sporo czasu. Ażeby jednak odpowiedzieć na pytanie o przyczynę śmierci naszego Słońca, należy zacząć od samego Początku.
W XX wieku wielki astronom Edwin Hubble odkrył, że Wszechświat stale się powiększa, a wszystkie galaktyki oddalają się od siebie z prędkościami wprost proporcjonalnymi do ich wzajemnych odległości. Teoria Wielkiego Wybuchu zakłada, że na początku cała materia i energia Wszechświata znajdowały się w małym, gorącym i niezwykle gęstym punkcie, a obecny Wszechświat wyłonił się z niego podczas gigantycznej eksplozji. Wówczas protony szybko łączyły się z neutronami, tworząc jądra atomów helu. Ta wodorowo-helowa mieszanka dała później początek pierwszemu pokoleniu gwiazd. A jak teraz rodzą się gwiazdy?
Zimą obserwujemy słynną Mgławicę w Orionie, która jest obłokiem takiego świecącego gazu wodorowego. W samym jej sercu znajdują się cztery białe i gorące gwiazdy (tzw. Trapez), które ogrzewają otaczający je gaz i pobudzają mgławicę do świecenia piękną różowo-czerwoną barwą. Zalążkami przyszłych gwiazd są zgęszczenia gazu i pyłu, stąd miejscem narodzin są właśnie obłoki międzygwiazdowe. Jakiś podmuch powoduje zgęszczenie gazu i pyłu, a gdy stanie się ono dostatecznie duże, przyciąganie grawitacyjne ściąga w to miejsce większą ilość okolicznej materii. Gromadzi się jej coraz więcej i więcej, a im większa masa takiej bryły, z tym większą siłą przyciąga następną materię. W ten sposób powstaje tzw. protogwiazda, utrzymywana w całości przez siłę grawitacji. Początkowo siły grawitacji wciągają coraz większą ilość materii w stronę środka zgęszczenia, powodując jego stałe kurczenie się i ogromny wzrost gęstości. To taki samonapędzający się mechanizm grawitacyjny, bo przecież na protogwiazdę wciąż spada materia, przyciągana coraz większą siłą grawitacji. W środku protogwiazdy jest coraz ciaśniej, dlatego stale rośnie ciśnienie i temperatura. Z gorącego środka ku zimniejszej powierzchni przepływa wówczas ciepło, które protogwiazda wypromieniowuje w przestrzeń kosmiczną. W wirującym obłoku protogwiazdę otacza dysk utworzony z gazu i pyłu. Gdy temperatura wewnątrz osiągnie w końcu piekielną wartość 10 milionów stopni Celsjusza, rozpoczynają się reakcje syntezy jądrowej wyzwalające ogromne ilości energii. To jest właśnie piękny moment narodzin gwiazdy. Wyzwalająca się na zewnątrz energia równoważy skierowane do wewnątrz przyciąganie grawitacyjne i teraz gwiazda wysyła w przestrzeń energię. W taki właśnie sposób 5 miliardów lat temu narodziło się również nasze Słońce. A dlaczego gwiazdy świecą?
Energia gwiazdy pochodzi z zachodzących w jej centrum reakcji syntezy jądrowej. Podczas takiej reakcji wodór zamienia się w hel. Cztery jądra wodoru łączą się w jedno jądro helu posiadające mniejszą masę niż jego budulec, tzn. suma mas czterech jąder wodoru. "Znikająca" masa zamienia się w energię, której ilość można obliczyć ze znanego równania Einsteina E=mc2 (m-oznacza masę, c-prędkość światła). Ponieważ jednocześnie zachodzi wiele pojedynczych reakcji syntezy, w sumie wyzwalana zostaje olbrzymia ilość energii. Np. nasze Słońce tylko w ciągu jednej sekundy przetwarza aż 600 milionów ton wodoru na około 400 milionów ton helu, dlatego zbudowane jest głównie z tych pierwiastków. Dlaczego jednak gwiazdy umierają?
Odpowiedź jest prosta. Kiedyś przecież skończy się zapas wodoru i zwyczajnie zabraknie paliwa do dalszej emisji energii. Wodoru wystarczy Słońcu jeszcze aż na 5 miliardów lat świecenia, dlatego w wyobrażalnej perspektywie naprawdę nie mamy powodów do zmartwień. Patrząc na podobnego kiedyś do Słońca Arktura możemy sobie wyobrazić, jak ten koniec naszej gwiazdy będzie wyglądał. Można powiedzieć, że na wieczornym niebie codziennie wyświetlany jest film o przyszłym końcu naszego świata. Słońce będzie wówczas 3 razy większe niż dzisiaj, a jego zewnętrzne warstwy rozpościerać się będą aż za orbitę planety Wenus. Olbrzymie czerwone Słońce będzie świecić tak jasno, że na Ziemi zagotują się i wyparują oceany, a ze skał pozostanie tylko roztopiona lawa. Jednak życie i sposób umierania gwiazdy zależą od jej rozmiarów. Gwiazdy średniej wielkości, takie jak Słońce i Arktur, żyją dłużej niż gwiazdy wielkie. Dzieje się tak dlatego, że wolniej zużywają swoje wodorowe paliwo. Najszybciej umierają gwiazdy jasne o bardzo dużej masie i temperaturze. Masywne tzw. niebieskie olbrzymy żyją "tylko" kilka milionów lat. Taki los czeka np. gwiazdę Rigel w konstelacji Oriona. Dlaczego jednak umierająca gwiazda najpierw powiększa swoje rozmiary, stając się tzw. czerwonym olbrzymem?
Gdy paliwo wodorowe będzie już na wyczerpaniu, gwiazda traci wówczas swoje źródło energii. Rdzeń (składający się głównie z helu) zaczyna się kurczyć pod wpływem siły grawitacji, powodując zarazem wzrost jego temperatury. To zaś zwiększa tempo reakcji termojądrowych i jasność gwiazdy wzrasta. Resztkowa synteza wodoru w hel przesuwa się coraz bardziej ku powierzchni i gwiazda zaczyna puchnąć, rozszerzając się do gigantycznych rozmiarów. Ponieważ poza rdzeniem gęstość gwiazdy jest coraz mniejsza, obniża się temperatura jej powierzchni i gwiazda zaczyna teraz świecić na czerwono.
Gdy zabraknie już wodoru, grawitacyjne kurczenie się rdzenia helowego doprowadzi do wzrostu temperatury aż do 100 milionów stopni Celsjusza. W takich warunkach hel zaczyna zamieniać się w węgiel w reakcjach syntezy jądrowej. Rdzeń helowy powiększy się wówczas nieznacznie i stanie się gorętszy. Taki wybuchowy "zapłon" reakcji syntezy helu w węgiel nosi nazwę rozbłysku helowego. Teraz gwiazda zaczyna odrzucać część swej masy, a najbardziej zewnętrzna otoczka wodorowa, wzbogacona cięższymi pierwiastkami, ulatuje w przestrzeń kosmiczną. Głębsze warstwy są wyrzucane w postaci rozszerzającej się warstwy gazu, zwanej mgławicą planetarną. Typowa mgławica posiada szerokość około 1 roku świetlnego i rozszerza się z prędkością 20-30 km/s. Dotychczas odkryto ponad tysiąc mgławic planetarnych, a najbardziej znaną jest piękna mgławica planetarna Pierścień w konstelacji Lutni.
Po odrzuceniu otoczki gazowej gwiazda posiada jedynie rdzeń węglowy otoczony warstwą palącego się helu. Ponieważ wyczerpane zostało całkowicie paliwo jądrowe, nic nie jest już w stanie przeciwstawić się potężnemu ciążeniu grawitacyjnemu. Gwiazda kurczy się tak bardzo, że znów gwałtownie rośnie temperatura i atomy pozbawione zostają elektronów. Teraz gwiazda staje się gorącym tzw. białym karłem, zbudowanym głównie z elektronów i jąder ściśniętych bardziej niż całe atomy. Elektrony i jądra atomowe są stłoczone do tego stopnia, że tworzą krańcowo gęsty rodzaj materii. Białe karły o masie takiej jak Słońce mają rozmiary podobne do Ziemi, dlatego ich gęstość jest olbrzymia. Np. na Ziemi filiżanka z materią białego karła ważyłaby aż 100 ton, a człowiek na powierzchni białego karła byłby 350 tysięcy razy cięższy niż na Ziemi. Zostałby tam zmiażdżony pod swoim własnym ciężarem i zostałaby po nim tylko tłusta plama!
Syriusz, najjaśniejsza gwiazda naszego nieba, wykonuje zadziwiający taniec dostrzegalny przy dokładniejszych obserwacjach. Zachowuje się dziwnie, jakby posiadał wielkiego i ciężkiego towarzysza. Jednak w pobliżu nie widać przecież żadnej gwiazdy! Dopiero od niedawna wiemy, że niewidocznym towarzyszem Syriusza jest właśnie gęsty biały karzeł Syriusz-B, pozostałość po umarłej kiedyś gwieździe. Białe karły są tak małe, że nawet te najgorętsze świecą bardzo słabo i trudno znaleźć je na niebie. Stopniowo biały karzeł oziębia się, wypromieniowując w przestrzeń resztkę swojej energii. W końcu zamieni się w ciemną kulę popiołu, nazywaną czarnym karłem, lądując na kosmicznym cmentarzysku. Taki też będzie koniec naszego Słońca, a wcześniej świecącego pięknie Arktura.
Ale koniec gwiazd posiadających dużo większą masę niż Słońce czy Arktur jest zupełnie inny. Kiedy w jądrze wypali się już węgiel, gwiazda zaczyna następny cykl: grawitacyjne kurczenie się, wzrost temperatury, początek nowych reakcji termojądrowych, wytwarzanie następnego pierwiastka chemicznego i powstrzymanie zapadania się gwiazdy. Proces ten zakończy się dopiero wówczas, gdy powstanie jądro z żelaza. Ono zamiast wytwarzać energię, samo wymaga jej dostarczania do swoich reakcji jądrowych. Jednocześnie cała ich seria zachodzi przecież w dalszych warstwach, w których paliwem nuklearnym są kolejno: krzem, neon, tlen, węgiel i hel. Gwiazda skurczy się w końcu po raz ostatni do stanu, w którym nie może być jeszcze bardziej ściśnięta. Wtedy właśnie gwałtownie eksploduje w postaci supernowej, a blask takiej gigantycznej eksplozji może być aż 100 miliardów razy większy od blasku Słońca. Przez krótki czas supernowa może być jaśniejsza nawet od całej galaktyki! Dlatego dostrzegali je Chińczycy, Kepler i z pewnością również Egipcjanie 5000 lat temu. Z bezpiecznej odległości taka katastrofa wygląda jak fantastyczne kolorowe fajerwerki, jednak gdzieś tam w oddali rozgrywa się wówczas wielka tragedia. Jeżeli są tam jakieś cywilizacje, to prawdopodobnie muszą tragicznie zginąć, albo... uciekać.
Gdzie w przyszłości mogliby przeprowadzić się Ziemianie? Przecież do tej pory dolecieliśmy jedynie do "związanego" z Ziemią Księżyca, do którego podróż trwa zaledwie parę dni. To śmiesznie mała odległość. Do opisanego wcześniej Arktura jest miliard razy dalej, a dzisiejszy pojazd kosmiczny leciałby tam pół miliona lat! Gwiazdy, poza naszym Słońcem, są dla nas nieosiągalne. Jedynie do najbliższej z nich ziemski pojazd leciałby aż 100 tysięcy lat. Często chwalimy się, że ludzkość sięga już gwiazd. Rozumiemy teraz, że to przenośnia, a do gwiazd sięgamy tylko naszym wzrokiem. Patrząc w niebo oglądamy świat tajemniczy i po prostu dla nas niedostępny. Ale jeżeli ktoś obchodzi właśnie 36 urodziny, niech choć spojrzy na czerwonego Arktura i wyobrazi sobie, że oto widzi światełko z roku swojego urodzenia. A odległość pomiędzy nami i tą gwiazdą jest tak ogromna, że światło potrzebowało aż 36 lat, ażeby ją pokonać. Większość gwiazd znajduje się znacznie dalej.
Do przeprowadzki Ziemianom pozostają więc znacznie bliższe światy. W ciągu kilkunastu lat powstaną ziemskie bazy na Księżycu. Planujemy też misję na Marsa, gdzie pierwszy człowiek wyląduje w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat. Podróż w jedną stronę trwać będzie pół roku i niesie ze sobą wiele problemów. Skolonizowanie Marsa nie będzie proste, ponieważ nie ma tam warunków do normalnego życia. Można założyć, że w ciągu następnych kilkuset lat poradzimy sobie i założymy swoje bazy na Marsie. Ale ucieczka na czerwoną planetę nie rozwiąże naszych problemów za 5 miliardów lat, ponieważ Mars krąży zbyt blisko Słońca i wraz z Ziemią również ulegnie zagładzie. Trzeba się będzie przenieść gdzieś dalej, może na Jowisza lub Saturna? Niestety to akurat jest niemożliwe, ponieważ obie planety są gazowymi kulami i nie posiadają twardej powierzchni. Ale wokół nich krąży wiele księżyców ze stałymi lądami, więc może tam?
Jednym z największych księżyców w Układzie Słonecznym jest Tytan, satelita Saturna. Swoimi rozmiarami przewyższa nawet planety Pluton i Merkury. Tytan przypomina Ziemię sprzed 4 miliardów lat i jako jedyny spośród znanych księżyców posiada gęstą atmosferę. Jednak różni się ona znacznie od ziemskiej i składa się głównie z azotu oraz metanu. Ciśnienie przy powierzchni jest o połowę większe niż ziemskie, a temperatura bardzo niska - minus 180 stopni Celsjusza. Wyjaśnieniem tak niskiej temperatury jest odległość od Słońca, 10 razy większa niż Ziemi. Jest tam zbyt zimno, aby istniała nieodzowna dla naszego życia woda w stanie ciekłym. W takich warunkach woda musi być zmrożona na twardy kamień. Jednak, kiedy za 5 miliardów lat nasze Słońce zacznie się rozdymać jak nadmuchiwany balon, pochłonie najpierw najbliższego Merkurego, potem Wenus i być może nawet Ziemię. Na naszej planecie wszystko ulegnie wówczas spaleniu, ale jednocześnie ociepli się w okolicach Saturna!!! Gdy Słońce stanie się czerwonym olbrzymem, jego ciepło będzie wówczas bez przeszkód docierać również na powierzchnię Tytana. Obliczenia przeprowadzone przez Ralpha Lorenza z Uniwersytetu Arizony (Geophysical Research Letters, listopad 1997) wykazują, że temperatura na Tytanie wzrośnie wtedy do ponad minus 70 stopni Celsjusza. Nadal zbyt zimno dla czystej wody, ale dostatecznie ciepło, aby mogły zaistnieć oceany mieszaniny wody z amoniakiem. Takie mieszaniny pozostają płynne aż do temperatury minus 100 stopni Celsjusza i mogą w nich zachodzić reakcje chemiczne prowadzące nawet do rozwinięcia się życia. Słońce będzie czerwonym olbrzymem aż przez kilkaset milionów lat. To wystarczająco długo żeby na Tytanie zdążyło narodzić się jakieś życie. Gdyby udało się nam wcześniej skolonizować Tytana i przystosować do naszych potrzeb, być może ludzkość zyskałaby kilkaset milionów lat czasu na dalszą przeprowadzkę.
Powierzchni Tytana nie sposób dostrzec zza gęstej warstwy czerwonobrunatnych chmur. Taki obraz przesłały na Ziemię kamery sondy Voyager 1, która w 1980 roku przeleciała obok tego księżyca. Dlatego analizowano również fale radiowe i podczerwone, ponieważ niektóre długości fal z tego zakresu są przepuszczane przez atmosferę Tytana i docierają aż do jego powierzchni. Zastanawiająca jest obecność metanu w atmosferze, który powinien był zniknąć w ciągu 10 milionów lat. Promienie słoneczne rozbijają przecież cząsteczki węglowodorów, a wodór jako najlżejszy pierwiastek łatwo ucieka w przestrzeń kosmiczną. Ale metan nadal tam jest, musi więc istnieć jakieś jego źródło. Może być nim np. ocean ciekłych węglowodorów. Ocean paruje, atmosfera nasyca się, tworzą się chmury i padają węglowodorowe deszcze. Ale gdy powierzchnię księżyca oświetlono sygnałem radarowym, nie odbił się on od gładkiej powierzchni ciekłego oceanu. Przypominało to sygnał, jaki oddają płaty wodnego lodu postrzępione głębokimi szczelinami. W dodatku zdjęcia w podczerwieni wykazały, że kilka wielkich struktur tkwi na powierzchni niezmiennie od lat w tych samych miejscach. Mogą to być lądy stałe, czyli kontynenty wśród oceanów. Ale jednak na Tytanie nie występują przypływy i odpływy takie jak na Ziemi. Dałyby o sobie znać wpływając na ruch satelity po orbicie, zmieniając jej kształt na bardziej kolistą. Czyżby więc nie było tam lądów i oceanów? Stanley Dermott i Carl Sagan wpadli na pomysł (Nature nr 6519, 1995), że na Tytanie nie ma wprawdzie wielkich oceanów, ale jego powierzchnia upstrzona jest dużą liczbą nie połączonych ze sobą niewielkich mórz i jezior. Wskutek tego nie może tam występować zjawisko przypływów i odpływów. Koronnym dowodem istnienia płynnych węglowodorów na powierzchni byłyby zaś chmury metanowe, jednak tych bardzo długo nie zaobserwowano. Aż nagle 4 i 5 września 1995 roku zespół Caitlin A. Griffith z Uniwersytetu Północnej Arizony za pomocą teleskopu na podczerwień odkrył prawdopodobnie gęste chmury, które pokryły 9% księżyca na wysokości 15 km. Gdy później powtórzono obserwacje, chmur metanowych już nie było. Podobnych niewyjaśnionych zagadek jest na Tytanie więcej, a oczywistą jest nasza olbrzymia chęć zbadania tego księżyca oraz samego Saturna. Naukowcy wierzą, że jeszcze w tym tysiącleciu na Tytanie powstaną ludzkie stacje badawcze.
Do tej pory Saturnowi z bliska przyjrzały się tylko sondy Pioneer i Voyager, lecz zrobiły to niejako po drodze, lecąc w stronę dalszych celów. Dlatego postanowiono wreszcie wysłać misję specjalnie do badań tej planety i jej księżyców. Amerykańska sonda Cassini, najdroższa sonda w historii badań Kosmosu, wykonuje teraz najważniejszą misję kosmiczną ostatnich lat. Wystartowała 15 października 1997 roku, a w pole grawitacyjne Saturna wleciała 18 maja 2004 roku. Podróż trwała prawie 7 lat, a sama trajektoria lotu ze względów technicznych musiała być skomplikowana. Na początek Cassini poleciała w stronę Wenus, aby wykorzystać jej pole grawitacyjne. Przebieg lotu zaplanowano tak, aby w grudniu 2000 roku sonda przeleciała w pobliżu planety Jowisz. Po drodze na Saturna Cassini wykonała wiele odkrywczych fotografii Jowisza i jego księżyców. Sondzie zdarzyły się też problemy techniczne, kiedy na początku 1999 roku Cassini na chwilę zdryfowała z właściwego kierunku lotu. Na szczęście szybko uporano się z tą niewielką usterką. Sonda ma na pokładzie radioaktywny pluton, co wywołało oczywiście kontrowersje na temat bezpieczeństwa podczas startu i całego lotu. Masa prawie 7-metrowej sondy wraz z paliwem wynosiła 5712 kg, w tym aparatura naukowa ważyła 684 kg. Do jej wystrzelenia posłużono się wojskową rakietą Tytan 4, a kolejnym stopniem napędowym była rakieta Centaur. Dlatego całkowita wysokość zestawu startowego wyniosła aż 56 m.
Swoją wizytę sonda rozpoczęła od fotografowania powierzchni Tytana, w okolicach którego przeleci jeszcze co najmniej 40 razy w ciągu 4 lat. Później przyszła kolej na fotografie tajemniczego księżyca Phoebe. Ten niewielki satelita o średnicy 220 km krąży wokół Saturna w przeciwnym kierunku niż pozostałe 30 księżyców. Phoebe jest bardzo ciemny, niemal całkowicie czarny. Pochodzi prawdopodobnie aż z pasa Kuipera i wydaje się, że Saturn pochwycił go kiedyś na swoją orbitę. Jeżeli to prawda, to po raz pierwszy w historii otrzymaliśmy fotografie obiektu pochodzącego z tak odległego zakątka kosmosu. To było jedyne spotkanie z Phoebe, bowiem Cassini w jego pobliże już nigdy nie powróci.
Na samą orbitę wokół Saturna sonda Cassini weszła 1 lipca 2004 roku, sprytnie przelatując przez dużą przerwę pomiędzy dwoma zewnętrznymi pierścieniami planety. To był bardzo ryzykowny manewr, bowiem sonda poruszała się z szybkością aż 10 km/s. Potem główne silniki wyhamowały tę zawrotną szybkość i od tego momentu Cassini stała się pierwszym w historii sztucznym satelitą Saturna. 97-minutowy manewr hamowania był przykładem prawdziwej finezji. Jeżeli silniki pracowałyby zbyt krótko, sonda po prostu minęłaby Saturna i już nigdy nie zdołałaby powrócić. Jeśli zaś silniki pracowałyby zbyt długo, Cassini zostałby przyciągnięty przez planetę i natychmiast spłonąłby w jej objęciach. Ale wszystko odbyło się bez najmniejszych zakłóceń i Cassini rozpoczęła swoją pracę wokół Saturna. Krążyć tam będzie co najmniej 4 lata.
Licząc według oddalenia od Słońca, Saturn jest szóstą planetą. Wokół własnej osi obraca się w 10 godzin, a taki szybki obrót spowodował jego biegunowe spłaszczenie. "Gazowy olbrzym" zbudowany jest głównie z wodoru i helu. Nie ma tam stałego lądu, tak jak na Ziemi czy na Marsie. Silne wiatry osiągają prędkości do 20 razy większe niż nasze największe huragany. Ponieważ gęstość Saturna jest mniejsza od gęstości wody, mógłby on nawet pływać, jeżeli tylko znalazłby się odpowiednio duży basen. Saturn posiada aż 31 księżyców. Wyróżnia się też niezliczoną ilością pięknych pierścieni, które oglądane z Ziemi nakładają się na siebie. Odkrył je już Galileusz w skonstruowanym przez siebie teleskopie. Obserwowana przez niego planeta Saturn wydawała się dzielić na 3 części. Jasnej, centralnie położonej plamce, towarzyszyły po bokach dwie mniejsze. Galileusz nie rozumiał co wtedy zobaczył, ale żeby zapewnić sobie sławę wynikającą z pierwszeństwa odkrycia, zaszyfrował zdanie "widziałem najwyższą z planet potrójną". Pół wieku później Hyugens wyjaśnił, że planetę otacza po prostu płaski pierścień. Trzy główne pierścienie zobaczyć można już przez większy teleskop. Składają się z miliardów drobnych brył lodu lub kawałków skał. Ich rozmiary najczęściej nie przekraczają jednego metra, ale zdarzają się nawet kilkusetmetrowe. Wszystkie bryły obiegają Saturna jak niezależne satelity. Dla obserwatora z Ziemi wygląd pierścieni zmienia się powoli. Co 15 lat znikają, gdy ustawione są krawędzią do nas. W ciągu następnych 15 lat rozszerzają się i w całości ukazują swe piękno. Wynika to stąd, że pierścienie nachylone są do orbity pod stałym kątem, a jedno okrążenie Saturna wokół Słońca trwa aż 29,5 roku. Np. w marcu 2003 roku pierścienie ustawione były pod największym kątem do Ziemi. Mieliśmy wówczas wspaniały widok, uwieczniony przez dokładne fotografie wykonane przy pomocy Teleskopu Kosmicznego Hubble'a. Pierścienie mają w sumie około 250000 km szerokości, lecz ich grubość wynosi zaledwie kilkadziesiąt metrów. Gdyby wykonać model Saturna o średnicy 1 metra, to otaczające go pierścienie musiałyby być 10 tysięcy razy cieńsze niż ostrze żyletki! Pierścienie mogły powstać jako wynik rozerwania jakiegoś księżyca przez macierzystą planetę. Gdy duży skalisty księżyc znajdzie się zbyt blisko, poddawany jest działaniu ogromnych sił pływowych. Bliższy planety kraniec księżyca jest przyciągany większą siłą grawitacyjną niż jego przeciwna strona. Różnice między przyciąganiem obu stron mogą być bardzo duże, wystarczające do rozerwania skały, stąd tyle kawałków. Ale możliwe też, że pierścienie są tylko materią pozostałą po tworzeniu się planet i księżyców. Ostatnio zwolenników zdobywa pogląd, że dziesiątki milionów lat temu, gdy na Ziemi żyły dinozaury, Saturn w ogóle nie posiadał pierścieni. Jeff Cuzzi, planetolog z NASA, wyjaśnia to domniemanie prostym faktem. Pierścienie błyszczą i świecą jak rzecz nowa i jeszcze niezakurzona. A przecież przestrzeń międzyplanetarna wypełniona jest pyłem, który z czasem osiada na każdym obiekcie. Gdyby pierścienie istniały miliardy lat, to do dzisiaj zakurzyłyby się i przygasły. Cuzzi wskazuje też na inny dowód młodości pierścieni, mianowicie sam fakt ich istnienia. Przecież wokół Saturna krąży kilkadziesiąt księżyców. Symulacje komputerowe pokazały, że satelity te powinny odbierać energię cząsteczkom tworzącym pierścienie. W ten sposób księżyce powinny oddalać się od planety, a pierścienie zaciskać wokół niej swą obręcz i ostatecznie spaść na samą planetę. Skoro pierścienie istnieją, to znaczy, że musiały powstać niedawno (oczywiście w kosmicznej skali czasu). Z tego wynika, że mamy szczęście żyć w czasach, kiedy widać te wspaniałe pierścienie wokół Saturna. Zapewne za kilkaset milionów lat znikną i nasz Układ Słoneczny straci jedną ze swych największych atrakcji.
Sonda Cassini dokładniej zbada pierścienie Saturna. Czas przylotu został tak dobrany, by kawałeczki lodu były jak najlepiej oświetlone światłem słonecznym. Naukowcy chcą dokładniej wytłumaczyć subtelne różnice koloru poszczególnych pierścieni, a służyć temu będą żmudne paroletnie obserwacje. Pierwsze fotografie są bardzo obiecujące. Sonda "zajrzy" też do wnętrza planety i z pomocą czułych instrumentów pokładowych określi dokładnie jej skład chemiczny. Być może pozwoli to odpowiedzieć na intrygujące pytanie, dlaczego Saturn wypromieniowuje w przestrzeń dwa razy więcej energii niż sam dostaje ze Słońca. Cassini cały naszpikowany jest nowoczesną aparaturą. Polski wkład w jej powstanie wniósł min. inżynier Witold Sokołowski z Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Pasadenie. Kierował on pracami nad specjalnym stopem metalu, najbardziej stabilnym ze znanych nam materiałów, który nie zmienia się wraz z upływem czasu ani pod wpływem temperatury. Materiał ten został zastosowany przy budowie superprecyzyjnej kamery wąskokątowej i na pokładzie sondy spisuje się bez zarzutu.
Prawdziwe wydarzenie czeka nas w grudniu 2004 roku. Sonda Cassini ma na swoim pokładzie lądownik Huygens, który wyląduje na Tytanie! Huygens wygląda jak duży talerz i po 22 godzinach lotu wejdzie w atmosferę księżyca z szybkością 6 km/s, czyli 9 razy szybciej niż karabinowa kula. Żaroodporna osłona lądownika wykonana jest ze specjalnych włókien węglowych, bowiem w ciągu minuty rozgrzeje się do temperatury aż 1700 stopni Celsjusza. Na wysokości 170 km otworzą się spadochrony i rozpocznie się długo oczekiwane 2,5-godzinne opadanie na powierzchnię Tytana. Opadając Huygens pobierze próbki atmosfery tego księżyca, zmierzy siłę wiatru i uruchomi mikrofony. Po raz pierwszy w historii usłyszymy dźwięki z tak dalekiego świata! W czasie lądowania próbnik wykona mnóstwo zdjęć, które za pośrednictwem sondy Cassini prześle na Ziemię. Wszyscy czekają na te zdjęcia, ale również na informacje, co wydarzy się na końcu lotu Huygensa. Czy uderzy w twardy grunt, czy też wpadnie do metanowego morza? Gdyby jednak zanurzył się w morzu, to na tę okazję jedyny specjalny eksperyment przygotowali polscy naukowcy z Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie. Byłaby to niepowtarzalna okazja do bezpośredniego pomiaru własności tamtejszej cieczy, a odpowiedni zespół czujników wykonano pod kierunkiem naukowców Marka Banaszkiewicza i Jerzego Grygorczuka. Po wylądowaniu na powierzchni księżyca próbnik popracuje jeszcze najwyżej 30 minut, ponieważ po tym czasie wyczerpią mu się baterie. Potem zamilknie i jako pierwszy pojazd ziemski pozostanie już na zawsze na odległym Tytanie.
Czy za 5 miliardów lat ostatnie normalne zachody Słońca będziemy podziwiać jako mieszkańcy Tytana? Dzisiaj to pytanie w najlepszym wypadku wywołuje pobłażliwy uśmiech. Bo czy do tego czasu ludzka cywilizacja w ogóle przetrwa? A poza tym daleki Tytan może być wówczas jedynie tymczasowym miejscem pobytu na "zaledwie" kilkaset milionów lat. Potem już na serio trzeba się będzie przeprowadzić znacznie dalej. Ciekawe, czy na przyszłej arce żeglującej w stronę gwiazd wystarczy miejsca dla wszystkich? A może nie zbudujemy takiej arki lub nie znajdziemy dla siebie bezpiecznego portu. Wówczas będzie to prawdziwy koniec naszego świata. Jak dobrze, że dopiero za 5 miliardów lat.