Cassini

Efter sju år i rymden gick Cassini in i bana runt Saturnus den 1 juli 2004. Redan de första data vi fick från vår Langmuirprob, konstruerad och byggd vid Institutet för rymdfysik i Uppsala, tedde sig mycket bra, och vi fick också fina mätningar från den första lågsniffen över månen Titan den 26 oktober 2004. Sedan dess har vi fortsatt att samla data i alla delar av Saturnus magnetosfär. Missionen slutfördes 15 september 2017 när rymdsonden åkte in i Saturnus gasmassor.

Vad är Cassini-Huygens?

Cassini/Huygens är ett gemensamt NASA/ESA-projekt till Saturnus och dess måne Titan, och utgör den mest ambitiösa satsningen på utforskning av en av de yttre planeterna någonsin. Uppsändningen skedde från Cape Canaveral den 15 oktober 1997. Med en storlek som en minibuss, en vikt på 5.8 ton och en last av tjugotalet vetenskapliga instrument ska Cassini undesröka Saturnus och dess isiga månar i detalj 2004-2008. Den stora månen Titan med dess täta atmosfär är av speciellt intresse, och här landade landaren Huygens i januari 2005, med spektakulära resultat. Bilden till vänster ovan föreställer Cassini som passerar över Titan och släpper av Huygenssonden.

Cassini gick in i omloppsbana runt Saturnus den 1 juli 2004. På vägen passerade Venus (två gånger), jorden och Jupiter för att få lite extra fart, vilket gjort det möjligt att nå Saturnus på ”bara” sju år.  Projektplaneringen startade 1982, och i Uppsala började vi jobba med projektet 1989. Framförhållningen i denna typ av projekt är som synes ganska lång.

Vår rymdväderstation: en Langmuirprob

Vi har byggt en sorts ”väderstation” för rymdbruk, av en typ som kallas Langmuirsond eller Langmuirprob. Men finns det något väder att mäta — är inte rymden bara vakuum? Tja, med våra jordiska mått mätt är rymden ett rätt bra vakuum, faktiskt bättre än vad man oftast kan nå ens i de bästa i laboratorier. Men helt perfekt är inte detta vakum: i stort sett överallt finns det en tunn gas av elektriskt laddade partiklar. En sådan gas av fria joner och elektroner kallas ett plasma och det är rymdplasmat som vi undersöker med vårt instrument.

Grundtanken bakom en Langmuirprob är enkel: låt en liten elektriskt ledande kropp, till exempel en kula, sticka ut från rymdfarkosten, och anslut sedan denna kula till en positiv spånning. Eftersom kulan då blir positiv drar den till sig elektronerna i plasmat, vilket gör att det flyter en ström till proben. Mät denna ström: ju fler elektroner, desto högre ström, så vi har fått ett instrument för att mäta elektronkoncentrationen eller elektrontätheten i rymden! Genom en del mer intrikata överväganden går det också att få fram temperaturen och ibland också plasmats hastighet. Vi har alltså en sorts väderstation i rymden, som mäter några av de mest fundamentala storheterna för alla jordiska väderstationer: temperatur, vindhastighet och tryck (som vi får från tätheten och temperaturen).

Detta må låta enkelt, men det finns förstås en massa komplikationer. Att konstruera lågbrusig elektronik för mätning av strömmar ner till bråkdels nanoampere är svårt nog, speciellt när det inte får väga mycket, inte dra mycket ström, ska klara vibrationer vid uppsändingen och strålning under bortåt 15 år i rymden — allt utan möjlighet att byta ut någon del. Dessutom finns det förstås en mängd faktorer som krånglar till den enkla bilden som uppmålades i förra stycket.

I Uppsala har vi lång erfarenhet av denna typ av instrument, som vi flugit och flyger på många andra satelliter och rymdfarkoster Fotot till höger ovan visar vår Langmuirprob på Cassini, gyllene på grund av ytbehandling med titannitrid för bästa egenskaper i rymden. Probens verkliga diameter är 50 mm.

Vad vi gör vid Saturnus

Ja, vad gör vi nu när vi kommit fram till Saturnus efter 15 års arbete med projektet?

Våra huvudsakliga intressen är det tunna plasmat runt Saturnus och den övre atmosfären på månen Titan.

Saturnus magnetosfär är en jättestor bubbla runt ringplaneten, inneslutande hela ringsystemet och de flesta av månarna. Magnetosfären runt Saturnus liknar på många sätt jordens magnetosfär, men skiljer sig helt på andra sätt. Att reda ut precis på vilka sätt och varför de är lika respektive olika är viktigt, inte minst för förståelsen av andra magnetiserade objekt i universum. Fördelningen av plasma runt Saturnus är en av de saker vi är intresserade av. Vi fick roliga data redan från den första passagen av ringplanet: hur plasmat påverkas av, och påverkar, ringarna är förstås en av de saker vi lärt oss mycket om och fortsätter att undersöka.

Vi är kanske speciellt nyfikna på Titans jonosfär, dvs dess översta, joniserade, atmosfärlager. Ja, Titan har faktiskt en atmosfär! Till viss del liknar Titans och jordens atmosfärer varandra — åtminstone om vi betraktar hur det såg ut på jorden i dess barndom, innan livet fick rejält fotfäste och tillförde en massa syre genom fotosyntes. På Titan består luften liksom på jorden mest av kväve, men på Titan finns också stora mängder metan och andra kolväten.

En hel del av de komplicerade organiska molekyler man kan hitta på Titan bildas antagligen i de översta atmosfärlagren och speciellt i jonosfären. Att få studera Titans jonosfär i detalj under de många lågsniffar som Cassini gör över Titan är kanske det allra roligaste. Vi har bland annat hittat en massa tunga joner. Kan det vara så att en del av livets byggstenar kan skapas i jonosfären? Något riktigt liv räknar vi dock inte med att hitta, men osvuret är bäst…

Mer om Cassinis mål för Saturnus magnetosfär och för Titan finns på Cassiniwebsidorna på JPL. Lite mer om förutsättningarna för liv på Titan kan man hitta exv hos Astrobiology Magazine.

Radio- och plasmavågsinstrumentet RPWS

Vi deltar i Cassini som en del av ett större konsortium, av instrument, kallat  Radio and Plasma Wave Science (RPWS) och lett av  Avdelningen för fysik och astronomi  vid Universitetet i Iowa. RPWS inkluderar tre olika typer av sensorer: radioantenner, en magnetometer och vår Langmuirprob. RPWS har redan gett roliga resultat: man kan exempelvis lyssna på ljud upptagna av RPWS under den första ringplanpassagen på JPLs Cassinisidor.

Kontaktinformation

  • Huvudansvarig forskare för Cassini vid IRF: Jan-Erik Wahlund, Institutet för rymdfysik, Uppsala, tel: 018-471 59 46, mobil: 0730-97 58 16, e-post: Jan-Erik.Wahlund@irfu.se
  • Forskningsledare rymdplasmafysik: Mats André, Institutet för rymdfysik, Uppsala, tel: 018-471 59 13, e-post: Mats.Andre@irfu.se