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Just Because..../Science·Math

13년간 임무를 마치고 화려한 최후를 맞이한 토성 카씨니 탐사선(Cassini-Huygens spacecraft)

by Helen of Troy 2017. 9. 16.


 


카시니-호이헌스(Cassini-Huygens)는 미국과 유럽이 공동으로 개발한 무인 토성 탐사선으로

1997년 10월 15일에 발사되어서 2004년 7월 1일에 토성 궤도에 진입해서

2005년 1월 14일에 토성의 달 타이탄의 대기권에 진입해서 지금까지 지구로 자료를 보내오다가

13년간의 임무를 마치고 오늘 화려한 최후를 맞이했다.




카시니 탐사선의 모습

 




1996년에 엔지니어들이 카시니 탐선의 마지막 조립을 하는 모습



 



카시니-호이헌스 토성 탐사선은 1997년 10월 15일에 발사되어서(초록선)

금성의 대기권의 중력을 이용해서 2번의 궤도 수정을 거쳐서(붉은선)

2000년 12월 30일에 목성을 지나서

발사된지 거의 7년만에 2004년 7월 1일에 토성에 도착해서

토성 궤도를 공전하는 첫 탐사선이 되었다.






카시니 프로젝트 는 파리 천문대의 다니엘 고티에르(Daniel Gautier)와

독일의 막스 플랭크 천문기관에서 연구하던 윙-후엔 입(Wing-Huen Ip),

두 과학자들에 의해서 시작되었다.

미국 NASA 가 1980년과 1981년에 이미 2회에 걸쳐서 발사한 보야져(Vayager)탐사선이

거대한 토성의 달 타이탄에 접근해서 타이탄의 모습과 대기권의 분석자료를 보냈지만,

메탄과 탄소성분으로 덮여 있어서 타이탄의 모습을 파악할 수 없었다.

그래서 1982년에 고티에르 박사와 입 박사는 유럽의 천문 연구기관인

ESRTC(European Space Research and Technology Centre)에 NASA와 공동으로

토성 모선 탐사선과 타이탄에 착륙하는 착륙선을 제작하자는 제의를 했다.


그래서 탄생한 것이 1989년에 NASA가 개발한 토성 궤도를 공전하는 카시니와

ESRTC가 1988년에개발한 토성의 달 타이탄에 낙하산으로 표면에 착륙하는 호이겐스 호이다.

탐사선의 이름은 17세기에 토성의 달 타이탄과 토성 주위에 고리르 발견한 

네덜란드의 천문학자 크리스찬 오히헌스(Christiaan Huygens)와

토성의 4개의 주요한 토성의 달을 발견한 프랑스-이탈리 출신 천문학자

죠반니 도메니코 카씨니(Giovanni Domenico Cassini)의 이름에서 따 왔다.


카시니는 발사한지 7년만에 토성 궤도에 진입해서 몇달 후에 호이헌스는 모선에서 떨어져서

토성의 제일 큰 달 타이탄에 착륙을 시도함으로서 아폴로호의 지구의 달 착륙 외에 첫 시도였다.

타이탄의 표면상태가 어떤지를 전혀 모르는 상태에서 과학자들이 호이헌즈를 개발했기에

다양한 가능성을 염두에 두고 착륙방법을 준비했는데,

단단한 고체의 표면에 성공적으로 착륙을 했다.

타이탄 표면에 착륙한 호이헌즈와 계속적으로 궤도를 공전하는 카시니 탐사선이 보낸

자료 덕분에 토성의 타이탄은 지구처럼 강, 호수, 비가 만든 지형의 모습을 하고 있고

대기권 기온이 섭씨 영하 145도로 메탄 가스가 액체화되어서 강처럼 흐르고 있는 것을 밝혀냈다.


한편 NASA가 개발한 카시니는 7년간 궤도를 공전하면서 토성의 계절변화를 지켜 볼 수 있었고

토성의 달의 하나인 엔셀라더스에 얼음으로 덮힌 표면 아래에는 지구의 깊은 바닷속의

분화구처럼 열을 뿜어내는 분출구가 있어서 물의 존재가 가능성을 발견했다.


카시니는 발사한지 20년이 지났지만, 상태가 매우 양호했는데,

전기 에너지를 공급하는 풀루토니엄 소재는 여전히 전기를 공급할 수 있었지만,

프로펠렌트 연료의 부족으로 부득이하게 카시니의 임무를 마감할 시기가 다가왔다.


어느 우주선이고 지구에서 생성하는 미생물이 따라 붙을 가능성이 늘 있기 마련이기에

카시니에 의도하지 않은 지구의 미생물이 카시니가 타이탄이나 엔셀라더스에 추락해서

오염시키는 것을 완전히 차단하고 토성과 수많은 달들이 원래의 상태대로 두는 것을 주력했다.

카시니 탐사선의 마지막 시기에는 토성과 토성의 제일 안쪽에 있는 고리 사이로 진입해서

고리 자체와 토성의 표면 모습이 담긴 자료를 자체붕괴하기 하루 전인 어제까지 보내 주었다.


마지막 데이타를 보낸 카시니는 토성의 대기권으로 진입한 후, 프로펠렌트 연료의 소진으로 

9월 15일 금요일에 토성의 1400 km 상공에서 미국의 Eastern time으로 아침 7시 31분에

긴 임무를 잘 마치고 짧고 화려한 최후를 맞이했다.












카시니가 보낸 사진 100점을 골라서...


발사한지 7년만에 2004년에 토성 궤도에 진입해서 최초로 토성을 공전한  카시니





Northern Winter


지구처럼 토성도 축이 기울어져 있는데,

카시니가 2004년에 도착했을 때는 북반부가 겨울철이었고,

토성의 북극은 어두움에 쌓여있다.





A Hexagonal Storm


적외선을 사용해서 담은 사진은

토성의 북극에 육각형 모양의 제트기류를 포착했다.






The Light Returns


토성 북극에 다시 햇볕을 받고 찾아 온 봄

그리고 중간에 태풍을 담은 사진





Approaching Spring


토성의 한 계절은 지구 시간으로 약 7년이 걸린다.

카시니는 토성의 고리들이 아래로 천천히 기울면서

점점 좁은 그림자가 드리우는 것을 지켜 보았다.






Saturn’s Spring Equinox


고리의 그림자는 춘분까지 점점 가늘어지는데

춘분에는 토성의 고리들과 적도가 평면으로 된다.






A Yearlong Storm


계절이 바뀌면서 토성의 북반부에 거대한 폭풍이 일고 있는 모습






Titan


과학작들이 이번 카시니 프로젝트에 큰 관심을 둔 타이탄은 토성에서 제일 큰 위성으로

사실 혹성인 수성보다 규모가 더 크다.





타이탄의 두터운 질소 대기권을 꿰뚫고

햇빛이 액체 메탄 호수를 환하게 밝힌 모습을 담은 카시니의 카메라






타이탄의 액체 메탄 호수인 리제이아 마레(Ligeia Mare)의 레이다 이미지







Parachuting to Titan


모선인 카시니는 타이탄에 착륙할 호이헌즈 probe를 분리시켜서

타이탄 대기권에 낙하산을 이용해서 착륙하는 과정을 담은 사진들...

메탄 비가 만든 강과 델타의 모습도 보인다.






Moon Landing


호이헌즈가 토성의 달 타이탄에 성공적으로 착륙해서

처음으로 보낸 타이탄 표면 이미지






Titan’s backlit atmosphere.







Gravity Assist

카시니는 타이탄의 거대한 중력을 이용해서

타이탄으로 100여번을 접근해서 토성 궤도에 진입했다.


토성의 제일 큰 두 달들; 타이탄과 레아(Rhea)







Around the Rings


직경이 오직 약 31 km로 토성의 자그마한 달 아틀라스 (가운에 하얀 점)
















토성의 제일 안편의 희미한 D Ring 의 모습





밝고 좁은 F Ring의 모습





가운데 위에 희미하게 보이는 토성의 달 에피메테우스(Epimetheus)의 그림자가

토성의 A ring 위에 드리워졌다.





 Saturn’s A and B rings.





 B ring의 자세한 모습







Rainbows and Starlight


카시니는 태양의 반사된 밫과 배경의 별들을 이용해서

토성의 고리들의 투명도를 추정했는데,

태양빛으로 발생한 토성의 무지개 현상의 모습





안타레스 별이 토성의 고리들을 뚫고 빛나고 있다.







Sixty-Two Moons


카시니는 13년간 토성의 62개의 달과 우주의 댄스를 즐기면서 담은

 Rhea and Epimetheus 달





 위에서 시계방향으로: 텔레스토(Telesto),

프로메테우스(Prometheus), 타이탄(Titan) 디오네(Dione).





밝게 빛나는 Titan 과 자그마한 제너스(야누스 Janus).






달 레아가 세개의 자그마한 달 위를 지나가고 있다.

왼쪽부터: Dione, Prometheus and Tethys.






왼쪽부터 Tethys, Enceladus and backlit Titan.








Enceladus


토성의 달 중에 과학자들을 제일 놀라게 한 엔셀라더스가 고리 면에...











A Hidden Ocean


차거운 얼음으로 덮힌 엔셀라더스는

바다의 바닥에 위치한 분화구에서 솟아오른 열기로 녹은 물이 흐르는 것을 보여주는 사진






Geysers and Plumes


카시니는 엔셀라더스의 남극 부근에 발견한 뜨거운 간헐천들,,,





카시니가 엔젤라더스에 접근해서

간헐천에서 공중으로 뿜어낸 물이 눈으로 되어서 떨어지는 모습을 포착했다.






Geysers






Inside the Plumes


카시니는 간헐천에서 뿜어낸 물이 변한 눈사이로 비행을 하면서

생물체와 연관된 분자들을 발견하기도 했다.

그렇다면 과연 엔셀라더스에 생물체가 살고 있을지는

미래에 쏘아 올릴 탐사선에 의해서 밝혀질 숙제로 남았다.





간헐천에서 뿜어낸 스프레이로 인해서 토성의 E Ring을 뿌옇게 보인다.






Rhea


토성의 달 레아










Iapetus


토성의 달 야페투스











Dione


카시니는 토성의 달 디오니 가까이 4번 접근해서

이 달에도 표면에 얼음 아래에 바다가 존재한다는 증거를 포착했다.





곰보처럼 생긴 달 레아가 먼 거리에 위치한 디온네 위에...






디오네의 지형







Tethys


토성의 달 테티스는 대부분 얼음으로 덮여 있고,

한쪽에는 커다란 분화구와 협곡으로 이루어져 있다.





자외선으로 본 테니스는 순백을 띄고 있다.






Mimas


미마스는 오래전에 발생한 충돌사건으로

아마도 태양계에서 제일 상처가 많이 남은 달(위성)이기도 하다.





상처투성인 미마스 위성






Hyperion


토성의 위성들 중에서 원형이 아닌 것들도 있는데

하이페리온은 곰보자국을 한 불규칙적인 모습을 띄고 있으며

궤도 역시 일정하지 않고 제 멋대로 궤도를 도는 달이다.






 

 




A Shared Orbit


에피메테우스(Epimetheus)


토성의 위성 제너스와 에피네테우스는 같은 궤도를 사용하며

4년마다 끝없는 릴레이 경주를 하듯이 서로 앞서거니 뒷서거니 움직인다.




제너스(야누스 Janus)



 

 

 

Spiral Waves


위성 제너스의 영향으로 물결모양을 한 토성의 B ring


제너스와 에피메테우스가 서로 자리를 바꾸면서

중력이 토성의 고리가 물결모양으로 변한 모습...







Bright Spokes


춘분에 발견된 스포크 (spokes) 의 모습





spokes





제너스와 미마스에 스포크의 그림자가 드리워져 있다.







Budding Moonlets


자그마한 베이비 위성들이 고리에 박혀있는 모습






Clearing a Gap


토성의 위성 팬(Pan)





토성의 A ring의 엥케(Encke) 사이를 공전하는 팬






돌면서 물결을 만드는 위성 다프니스(Daphnis)







Shepherd Moons


토성의 F Ring를 가운데에 두고 공전하는 프로메테우스와 판도라 위성





두 위성의 중력으로 생긴 구불구불해진 F ring





프로메테우스가 F ring에 만든 새로운 물결







Overlapping Planes


토성의 여러개의 고리들이 어우러진 신비한 모습...
























Banded Saturn


토성의 위성들과 고리들이 토성 표면에 선명한 그림자를 남긴다.



















Flattened at the Poles


카시니가 토성의 고리들의 위치와 같은 평면에서 바라 본 토성은

원형이기 보다는 극이 있는 위와 아래는 납작하고

적도 부위는 더 넓은 미식축구공 모영을 띈 것이 확실하게 보인다.


 



납작한 남극과 북극의 초승달 모습을 한 토성








Backlit by the Sun

















Other Worlds Between the Rings


토성의 고리에서 멀리 보이는 푸른빛의 천왕성(Uranus)의 모습도 담은 카시니





토성의 고리 사이로 보인 지구의 모습을 담은 카시니






Last Images


카시니가 보낸 마지막 영상 (왼편엔 흑백으로 오른쪽엔 원래의 색상으로)

이 사진 전송후에 엔셀라더스와 타이탄에 지구나 우주의 미생물의 감염을 완전 차단하기 위해서

자체 산화를 해서 카시니는 최후를 맞이했다.

  





20여년간 함께 한 카시니 팀원들







긴 시간을 카시니 프로젝트에 시간과 정열을 쏟은

많은 과학자들의 수고에 박수를 보내면서

차기 탐사선의 새로운 활동을 기대해 본다.