はまぎんこども宇宙科学館／（財）横浜市青少年育成協会
新衛星の発見！
Credit: NASA/KSC
カッシーニ探査機による土星探査
土星をまわる軌道に入る ２００４年 ７月１日 土星探査機「カッシーニ」 が１０時１２分から９６分間メインエンジンをふかすことにより、１１時４８分 （信号受信時刻では１３時１２分）、 土星をまわる軌道にはいります。このとき、電波や光が土星から地球に届くのに１時間２４分かかっています。
０９時４７分、土星のリングのうち、ＦリングとＧリングの間のすきまを 南側から北側へまず通過します。その後まもなく １０時１２分から９６分間メインエンジンをふかすことにより、１１時４８分（信号受信時刻では１３時１２分）に、 土星をまわる軌道にはいるわけです。
エンジンを止める少し前の１１時３９分頃には、カッシーニの 土星探査でもっとも土星に接近することになります。その距離は土星の中心から約８万ｋｍ、 土星の雲の上約２万ｋｍ、土星の直径の1/6程度しかありません。
１３時３４分には、リング面を今度は北側から南側へ通過します。 メインエンジンによるブレーキは、リング北側にいる間に行われるわけです。 リング粒子が衝突して機体を損傷する危険もあるため、リング面通過時には、 直径４ｍの高利得アンテナを進行方向に向け、盾代わりにします。
衛星フェーベには、すでに土星接近前の２００４年６月１２日０４時３３分に 約２千ｋｍまで接近しました。
カッシーニ探査機は予定通り、土星をまわる軌道に入りました
Credit: NASA/JPL
左から：土星周回軌道初期・ほぼリング面方向から見た周回軌道への投入・リング面上から見た周回軌道への投入
土星周回軌道への投入アニメーション ／ カッシーニ探査機の今後の軌道を追跡
２００８年６月末までに予定される飛行計画中、土星を７４周まわり、 土星の複数の衛星に接近します。
土星到着以降の探査日程
２００８年４月１５日発表のニュース によりますと、探査計画はさらに２年間延長になりました。それまでに、土星を６２周まわり、その間に１４万近い画像を含む データを送信し､チタン(タイタン）に ４３回の接近、他の衛星にも１２回の接近を行いました。
燃料も十分残っており（２年後でもさらに延長可能なほど）､１０種の観測機器のうち、 ３つに多少の問題が発生しているものの、探査上の大きな支障は出ていません。
延長された２年間に、土星を６０回まわり、その間、複数の衛星への接近も続行します。
チタン(タイタン）には２６回、 エンケラドゥスには ７回、そして ディオーネ、 レア、 ヘレーネには各１回接近。
チタン(タイタン）には、 （地球とはことなり水ではなくメタンやエタンの） 湖、川、雨、雲や、山や砂丘など（もしかすると火山も）が存在するらしいことがしだいに明らかになってきました。リングや磁気圏、土星本体についても探査が続けられます。
エンケラドゥスについては、 南極地域の地表から氷の粒子が噴きだしている現象が 観測されました。地下には液体の水があるらしいのです。 こうした発見が、延長された探査計画の内容に反映しています。
カッシーニ土星到着のプレスキット ／ 土星到着時時刻表 ／ カッシーニ探査機の土星探査予定 ／ カッシーニ探査機の衛星接近表
Credit: ESA-D. DUCROS
Credit: Steven Hobbs (Brisbane, Queensland, Australia)
カッシーニ探査機は高さ６．８ｍ、高利得アンテナの直径４ｍで、本体の軌道周回機が2125kg＋燃料3267kg。切り放さ れるハイヘンス探査機が直径２．７ｍ、３２０ｋｇあり、打ち上げ時には合計で５７１２ｋｇもあります。 ３０人乗りの（空の）スクールバス程度の大 きさ・重さになるわけです。
ハイヘンス探査機を本体から分離
２００４年１２月１７日１３時５３分 （地球での信号受信時刻） 、カッシーニ探査機は衛星チタン（タイタン）に衝突するコースにのります。こうして、 １２月２５日１１時００分 （地球での信号受信時刻では１２時０８分）カッシーニ探査機本体からハイヘンス（ホイヘンス）探査機が 切り離なされました。 １２時２４分に、切り離しの確認が取れました。 実際に土星周辺で起こっている時刻は、２００４年１２月〜２００５年１月では、信号が地球に到達する６８分ほど前になります。切り離しから約１２時間後に、カッシーニ探査機から撮影されたハイヘンス探査機
（明るい点がそれです）
１分間に７回という回転をしながら、秒速約３５ｃｍで本体から離れていくハイヘンス探査機は、 ２００５年１月１４日 １８時０６分頃 （地球での信号受信時刻では１９時１３分）頃、衛星チタンの大気圏に突入します。 ６５度という急な突入角度と、秒速約６ｋｍという猛スピードで、チタンの南半球昼の部分上空に突入します。 その５分後には、ハイヘンス探査機からカッシーニ探査機へのデータ送信が始まります。 （降下中の観測説明アニメーション）
ハイヘンス探査機のチタン着陸（想像図） Credit: NASA/JPL/Caltech
ハイヘンス探査機の分離からチタン着陸までのCGアニメーション Credit: NASA/JPL/Caltech （左 22MB 右 14MB）
カッシーニ探査機本体は、１２月２８日１２時００分 （地球での信号受信時刻では１３時０７分） に軌道修正をしてチタンに衝突するコースからはずされ、 ハイヘンス探査機からのデータ受信の準備などを行います。
２時間１５分ほどかけて パラシュート降下しながら、大気の観測などを行います。 （観測装置）
大気のサンプルを取り込んで成分を分析したり、温度、圧力、風力、電磁場などを測定します。電磁場の測定や、搭載されたマイクロフォンからの音採取で 雷の発生がわかるかもしれません。チタンでどんな音が聞こえるのでしょうか。着地直前には、照明によって地上が照らし出されるはずです。カメラはどのような画像をとらえるでしょうか。
カッシーニ探査機には １２種類の観測機器が搭載され, ハイヘンス探査機には ６種類の観測機器が搭載されています。
３台のカメラによって、着地まで７００枚ほどの撮影が行われるでしょう。
着陸機として設計されているわけではないため、２０時２４分 （信号受信時刻２１時３１分）±１５分に予定されている 着地（着水という可能性もあり. その場合、浮かぶ設計になっています）後も機能しているかどうかわかりませんが、 秒速約６ｍでの着地後、 もしまだ機能していれば、チタンの地平線下にカッシーニが没する ２２時３７分（信号受信時刻２３時４４分） までの約１３０分間、 まで（その後、ハイヘンス探査機はカッシーニ探査機と通信が できなくなります）、さらなるデータが期待できます。バッテリーも着地後３０分以上はもつはずです。 機体の底に取り付けられた装置で、着陸地点の物質がどのようなものかが調べられるでしょう。
土星は、地球に比べ、太陽から約９．５倍遠いため、到達する太陽光の強さはおよそ１００分の１になります。 さらにチタンでは、太陽光は分厚い大気に遮られているため、 地上に届く太陽光はオレンジ色がかった光だけです。 チタンでは、昼間の地上でも、「地球上で太陽が照っている昼間のおよそ１０００分の１の明るさ」 しかありません。いいかえると、「地球上の満月の夜よりおよそ１０００倍明るい状態」です。 （資料：1 2 3 4 ）
ハイヘンス探査機からのデータ受信のために、１６時０２分頃 （信号受信時刻では１７時０９分頃）から ハイヘンス探査機のほうにアンテナを向けていた カッシーニ探査機は、２０時１２分 （信号受信時刻では２１時１９分）には チタン上空約６万ｋｍのところを通過します。２２時４７分 （信号受信時刻２３時５４分）、アンテナを地球に向けなおし、 蓄積された画像や音声、その他の観測データを地球に送信します。
ハイヘンス探査機からの電波を（カッシーニ経由でなく）直接地上で受信する試みも行われます。 この頃、土星から地球まで電波や光のスピードで６７分ほどかかるのですが、もし直接受信が成功すれば、その信号は早ければ １９時３０分頃受かるでしょう。
ハイヘンス探査機からの送信される最初の画像は、１月１５日朝には見られるでしょう。
ESA（ヨーロッパ宇宙機関）飛行管制センターのいまのようす （ドイツ・ダルムシュタット）
ESA TV からのハイライトページ
インターネットで見るNASA TV
Credit: ESA/AAW Darmstadt
ハイヘンス探査機の実物大模型。セロハン製立体メガネでごらんください。立体的に見えます。１９９５年のパラシュート落下試験に使われたこの模型は、ドイツ中部ダルムシュタットにある ESA（ヨーロッパ宇宙機関）飛行管制センターに 最近展示されました。
資料：1 2 3 4 5 6 7 8 9
ハイヘンス探査機に関するプレスキット(2.5MB)
カッシーニにとりつけられたハイヘンス ／ チタンの基本データ ／ チタンの概要
Credit: NASA/JPL/Caltech
土星の衛星とリングの構造土星到着時、リング構造図の Cassini SOI Crossings と示したすきまを通過しました。
Credit: NASA/JPL/Space Science Institute
カッシーニ探査機が２００４年１２月１２日に、約１８０万ｋｍの距離から撮影した土星のリング
Huygens ハイヘンス の発音について
カッシーニ探査機による土星探査スクリーンセイバー ／ 壁紙
画像・情報リンク
降下中のハイヘンス探査機が撮影したた衛星「チタン」
水流でできたような地形が見えます。ハイヘンス探査機から撮影された衛星「チタン」の表面
Credit: ESA/NASA/JPL/University of Arizona
- 氷のかたまりと見られる物体が表面にちらばっています。
- 探査機から約８５ｃｍのところにある、写真中央左のかたまりは長さ１５ｃｍ、
- 中央のかたまりは長さ４ｃｍ
- ２００５年１月１４日２０時２７分頃（信号受信時刻２１時３４分頃）固い表面に
- 着陸したもよう。
- 時速１６．３ｋｍで表面にあたり、その瞬間の衝撃は重力加速度の１５倍に
- 達したということです。
- 底面につけられた測定装置 によると、かための薄い層の下に、「湿った砂」か
- 「粘土」のようなやわらかさの層が広がっていた、ということです。
- クレームブリュレというお菓子に似ているかも しれません。
- ハイヘンス探査機の測定では、着陸地点の温度はマイナス１８０度Ｃ、
- 気圧は地球表面の１．４７倍で安定していたということです。 （資料：１ ２）
- マイナス１８０度Ｃという環境に置かれた ハイヘンス探査機からの電波が、
- 着陸２時間後も地上の電波望遠鏡でもキャッチされていました。
- （２２時３７分、チタンの地平線下にカッシーニが没しました（信号受信時刻２３時４４分））
- アメリカ、オーストラリア、中国、日本などにある１７の電波望遠鏡が
- ハイヘンス探査機からの電波を追跡し、 干渉法や ドップラー効果を利用して、
- ハイヘンス探査機の降下経路を１ｋｍの正確さで求めようという 計画です。
- こうして測定されたチタンでの風の向きは、ほとんどすべての高度において、
- 自転と同じ「西から東向き」でした。
- 最大風速が記録されたのは、高度約１２０ｋｍで、およそ秒速１２０ｍ
- でした。
- 地上での風は弱く、高度が上がるにつれ（約６０ｋｍまでは）次第に風も
- 強くなる傾向でした。 （資料）
- コンピューターへの指示ミスで画像の半数が受信できなくなりましたが、
- それでも、３５０枚の画像を含む観測データが取得されました。
- （資料：1 2 3 4 5 6 7 8 9 ）
着陸地点のデータと画像にもとづく着陸地の想像図 Credit: ESA
- 着陸地点周囲画像の動画版はこちら
観測画像に基づくチタンへの降下画像動画版はこちら
チタンからの画像（スライドショー）
チタンからの音
- ハイヘンス探査機がチタン大気を降下中に録音した音（短く編集されたもの）
- チタン上空数ｋｍの高さから、地上からのレーダー反射を音声に変換したもの
- （しだいに地面が近づいてくるのがわかります ／ 「チタンの音」間連ページ）
Credit: NASA/JPL/University of Arizona
２００４年１０月２７日、カッシーニ探査機が、 チタン上空約１２００ｋｍまで接近した際、 赤外線で観測した複数の画像を組み合わせたものです。
左寄りにハイヘンス探査機着陸地点が示されています。
右寄りには、３０ｋｍほどの大きさのまるい地形があります。 これは「氷の火山」ではないかと見られています。 その中心部にはカルデラのようなくぼんだ地形や、噴出物によって できたような地形もそばに見られます。
内部の熱（熱の発生源は不明）により、温められた氷が上昇し、こうした 火山ができたのでしょう。ほとんどが窒素（ちっそ）からなるチタン大気中に ２〜３％ほど含まれるメタンは、こうした火山から、液体メタンや氷のメタン がまじったものとして、ふきだしたものかもしれません。
衛星チタンと火山らしき地形
Credit: NASA/JPL/University of Arizona
この画像も、２００４年１０月のチタン接近時に赤外線観測で 得られた画像を組み合わせたものです。赤い色で示されている のは大気の部分です。緑・青で示された地表部分など、 肉眼で見る波長域では見えないものです。 挿入されている「氷の火山」と見られる地形の画像は最接近頃に 得られたものです。
カッシーニの土星探査計画中、４５回のチタン接近が予定されていますが、 ２００５年８月下旬の接近など、レーダー観測から、さらなる情報がもたらされるでしょう。 （資料：1 2 3）
衛星チタンの湖らしき地形
Credit: NASA/JPL/Space Science Institute
この画像は、２００５年６月６日に、４５万ｋｍの距離から 赤外線観測で得られたチタンの南極地方の画像です。 中央付近に暗く写っている「足跡」のようなものは、 もしかすると液体の炭化水素からなる湖かもしれません。 （あるいはその痕跡） その大きさは、２３４ｋｍ ｘ ７３ｋｍ もあります。 （比較： 神奈川県 東西約７５ｋｍ） この地域には、雲が頻繁に観測されていることもあり、また、 湖岸のような部分も、波に洗われたかのように滑らかに見えます。 チタン上の低温では、メタンの雨がたまれば、なかなか蒸発しない のです。
今後の観測で、液体からのものと見られる反射をとらえることが できれば、液体の存在がかなり強まるでしょう。
（資料：1 2 3）
Credit: NASA/JPL
この画像（次の２つも）は、２００５年９月７日のチタンへの接近の際に、 レーダーで得られたチタンの南半球の画像です。 左側に明るく写っている領域は、液体の流れた跡や湾のような 地形のある高地と見られます。 明るい領域と暗い領域との境は、海岸線のように見えます。 この画像で写っているのは、南緯６６度西経３５６度付近で、 縦１７５ｋｍ、横３３０ｋｍの範囲が写っています。
Credit: NASA/JPL
２００５年９月７日のチタンへの接近の際に、レーダーで得られたチタンの画像です。 チタンからの距離は約２０００ｋｍ。南緯５５度西経７．５度付近の地形で、 左右の範囲は３００ｋｍ以上あります。
液体の流れた跡の幅はおよそ１ｋｍ。その深さは２００ｍほど ではないかと見られています。 なかには、２００ｋｍもの長さのものもあります。
Credit: NASA/JPL
２００５年９月７日のチタンへの接近の際に、レーダーで得られたチタンの画像です。 チタンからの距離は約２０００ｋｍ。南緯４８度西経１４度付近の地形で、 左右の範囲は２４０ｋｍほどあります。
この画像のしたのほうには、液体の流れた跡と見られる地形が 放射状になっているようすがわかります。
４年間の土星探査計画中、チタンへの接近観測は ４５回予定されており、 今回は７回目にあたります。次回のチタン接近は２００５年１０月２８日頃です。
（資料）
Raw images from the Huygens probe descent on 14 January 2005IMAGES AND MULTIMEDIA: Huygens Probe Descent - Jan. 14, 2005
Explore the Saturn System with Cassini-HuygensPress Releases and Weekly Status Reports
Cassini-Huygens Home Page: ESAページ ／ JPLページ
