Кассіні — Гюйгенс

Назва космічного апарата Кассіні — Гюйгенс складається з прізвищ двох вчених:

• італійсько-французького астронома Джованні Доменіко Кассіні (також відомого як Жан-Домінік Кассіні), прізвищем якого названа орбітальна частина станції, яку створило Італійське космічне агентство, та
• голландського астронома, математика й фізика Християна Гюйгенса (який відкрив Титан), прізвищем якого названий зонд для посадки на Титан, і який був створений Європейським космічним агентством.

Кассіні — Гюйгенс є місією до зовнішніх планет флагманського класу (планетарні місії Галілео, Вояджерів і Вікінгів є також флагманськими).[5]

Основними цілями місії є:

1. визначення структури та поведінки кілець;
2. визначення геологічної структури та історії поверхні супутників;
3. визначення природи і походження темного матеріалу на одній з півкуль Япета;
4. дослідження структури і поведінки магнітосфери;
5. дослідження поведінки атмосфери Сатурна та структури хмар;
6. дослідження хмар та туману в атмосфері Титана;
7. визначення характеру поверхні Титана.

Кассіні — Гюйгенс на стартовому майданчику

Місія Кассіні — Гюйгенс бере початок 1982 року, коли Європейський науковий фонд та Американська Національна академія наук сформували робочу групу зі створення майбутніх спільних місій. Два європейські вчені запропонували парний проєкт Saturn Orbiter і Titan Probe як можливу спільну місію. У 1983 році Комітет з дослідження Сонячної системи НАСА запропонував Saturn Orbiter і Titan Probe в парі — як основний проєкт НАСА. НАСА і Європейське космічне агентство (ЄКА) провели спільне дослідження потенційної місії з 1984 по 1985. ЄКА продовжували своє власне дослідження в 1986 році, у той час як американський астронавт Саллі Райд у своїй доповіді 1987 року «Лідерство НАСА та Американське майбутнє в космосі», також розглянула і схвально оцінила місію Кассіні. Хоча в доповіді Райд описала Saturn Orbiter і Titan Probe як самостійну місію НАСА, 1988 року заступник Адміністратора з питань космосу і техніки НАСА Льон Фіск повернувся до ідеї спільного проєкту НАСА та ЄКА. Він написав своєму колезі в ЄКА, Роджеру Боннету, пропонуючи, щоб ЄКА вибрало Кассіні з трьох кандидатів і обіцяючи, що НАСА візьметься за проєкт, як тільки ЄКА його вибере.

У той час НАСА ставало все більш чутливим до напруження, яке склалося між американською та європейською космічними програмами, бо європейці відчували, що НАСА не сприймало європейську програму як рівну своїй під час попередніх співробітництв. Чиновники НАСА та консультанти, які брали участь у просуванні й плануванні Кассіні — Гюйгенс намагалися змінити цю тенденцію, підкреслюючи своє бажання рівномірно розділити будь-які наукові та технологічні переваги, отримані в результаті місії. Частково, це оновлене бажання співпрацювати з Європою підігрівалось відчуттям конкуренції з Радянським Союзом, який розпочав тісніше співпрацювати з Європою, тоді як ЄКА віддалився від НАСА.

Співпраця не лише поліпшила відносини між двома космічними програмами, але й допомогла Кассіні — Гюйгенс пережити запроваджене конгресом скорочення бюджетних витрат в Сполучених Штатах. Місія потрапила під політичний обстріл в 1992-му і 1994-му роках, але NASA змогло переконати Конгрес США, що було б нерозумно згортати проєкт після того, як ЄКА вже вклав кошти в його розвиток, бо розчарування через розбиті надії на освоєння космосу могло б перейти й на інші галузі зовнішніх відносин. Проєкт тривав уже без політичних проблем після 1994, хоча групи громадян, стурбованих його потенційним екологічним впливом[Note 1], намагалися зупинити його шляхом протестів та судових позовів до запуску (1997 року), і навіть після того[6][7][8][9][10].

Виповнилося 10 років перебування КА Кассіні в системі Сатурна. За цей час було виконано 2 млн команд, передано 514 Гб даних, відкрито 7 супутників, здійснено 132 близьких обльоти супутників Сатурна, участь у місії прийняли науковці з 26 країн, було пройдено 2 мільярди миль після прибуття апарату, опубліковано 3039 наукових робіт, здійснено обліт 206 орбіт, зроблено 332000 світлин, здійснено 291 включення двигуна.

Монтаж Кассіні — Гюйгенс

Це другий космічний апарат, що був розроблений зі стабілізацією по трьох осях, з живленням від РТГ з програми Mariner Mark II, який проєктувався для польотів за межами орбіти Марса. Кассіні був розроблений одночасно з космічним апаратом Comet Rendezvous Asteroid Flyby (CRAF), але через скорочення бюджету NASA припинила розвиток CRAF, щоб зберегти місію Кассіні. В результаті цього, Кассіні став більш спеціалізованим. Програма Mariner Mark II була скасована.

Космічний апарат включає в себе орбітальний апарат та зонд, це один із найбільших та найскладніших міжпланетних апаратів, що були колись побудовані. Орбітальний апарат має масу 2150 кг (4740 фунтів), зонд 350 кг (770 фунтів). З адаптером ракети-носія й 3132 кг (6905 фунтів) ракетного палива на старті, космічний апарат мав масу 5600 кг (12300 фунтів). Тільки радянська серія Фобос, яка призначалася для дослідження Фобоса та Марса, була важча за цей космічний апарат.

Космічний апарат Кассіні має 6,8 метрів (22 фути) у висоту й 4 метри (13 футів) в ширину. Складність космічного апарата зросла через траєкторію польоту до Сатурна, і амбіції науковців щодо пункту призначення КА. Кассіні має 1630 взаємопов'язаних електронних компонентів, 22000 дротяних з'єднань, і 14 км (8,7 миль) кабелів. Ядром управління комп'ютером є процесорна система управління MIL-STD-1750A.

КА Кассіні перебував на орбіті Сатурна на відстані від 8,2 до 10,2 астрономічних одиниць від Землі. Радіосигнал від Кассіні йшов до нашої планети від 68 до 84 хвилин. Таким чином, диспетчери не можуть дати інструкції для щоденних операцій або для несподіваних подій в «реальному часі». Навіть якщо відповісти негайно, між виникненням проблеми і прийомом відповіді інженерів мине принаймні 2 години.

Цей прилад вимірює енергію і електричний заряд частинок, які потрапляють в поле дії інструменту (число електронів і протонів в частинці). CAPS потрібен для дослідження молекул іоносфери Сатурна, а також для визначення характеристик його магнітного поля. Також CAPS використовується для дослідження плазми в цих областях і сонячного вітру в районі дії магнітосфери Сатурна[11][12]. CAPS був вимкнений з червня 2011 року через коротке замикання в приладі. Прилад знову підключили до живлення з березня 2012 року, але після 78 днів, через друге коротке замикання, інженери змушені були його вимкнути.[13]

Аналізатор — це прямий зондувальний інструмент для вимірювання розміру, швидкості і напряму крихітних часток пилу поблизу Сатурна. Деякі з цих частинок (навколо Сатурна) можуть надходити з інших зоряних систем. АКП встановлений на КА щоб дізнатися більше про ці загадкові частинки, а також про матеріали з інших небесних тіл і, можливо, про походження Всесвіту.[11]

CIRS — це дистанційний зондувальний інструмент для вимірювання інфрачервоних хвиль, що надходять від об'єктів, з метою отримання даних про їх температуру, теплові властивості й склад. Протягом місії Кассіні — Гюйгенс, CIRS буде вимірювати інфрачервоне випромінювання від атмосфери, кілець і поверхонь різноманітних об'єктів системи Сатурна. CIRS дасть змогу вивчити атмосферу Сатурна за трьома параметрами — зміну температури і тиску з висотою, газовий склад та розподіл аерозолів і хмар. Крім того, CIRS буде вимірювати теплові характеристики і склад супутникових поверхонь і кілець[11].

Спектрометр — прямий зондувальний інструмент, який аналізує заряджені частинки (такі як протони й важкі іони) і нейтральні частинки (такі як атоми) поблизу Титана і Сатурна, отримуючи таким чином інформацію про їх атмосфери. Прилад призначений також для вимірювання щільності позитивних іонів і нейтральних атомів на поверхні крижаних супутників та кілець Сатурна[11][14][15].

Камера — являє собою зондувальний інструмент, який більшу частину світлин захоплює у видимому світлі, а також деякі в інфрачервоному та ультрафіолетовому. Для надсилання на Землю прилад зробив сотні тисяч зображень Сатурна, його кілець і супутників. Прилад має камеру з широким кутом огляду (WAC) для фотографування великих територій, і камеру з вузьким кутом огляду (NAC), для фотографування на невеликих ділянках в дрібних деталях. Кожна з цих камер використовує чутливі прилади з зарядовим зв'язком (CCD) як електромагнітний детектор. Кожен прилад має 1024 квадратних пікселів, 12 мкм на сторону. Обидві камери мають багато режимів збору даних, в тому числі стиснення даних. Також камери оснащені спектральними фільтрами, режими яких можна змінити, таким чином побачивши зображення в різних діапазонах в межах електромагнітного спектру від 0,2 до 1,1 мкм[11][16]

Це прямий зондувальний інструмент, який вимірює силу і напрям магнітного поля навколо Сатурна. Магнітні поля утворюються частково за рахунок гарячого розплавленого ядра в центрі Сатурна, тому вимірювання магнітного поля — це один із засобів дослідження ядра. Інструмент встановлений з метою створення тривимірної моделі магнітосфери Сатурна, визначення магнітного поля Титана, його атмосфери й крижаних супутників та їх ролі в магнітосфері Сатурна.[11][17]

Це прямий зондувальний інструмент, який створює світлини та робить вимірювання, що стосуються часток, захоплених у величезному магнітному полі Сатурна, чи в його магнітосфері. Ця інформація буде використана для моделювання загальної конфігурації і динаміки магнітосфери, її взаємодії з сонячним вітром, з атмосферою Сатурна і Титана, з кільцями і крижаними супутниками. Інструмент має у своєму складі іонну і нейтральну камери (INCA), яка захоплює і досліджує швидкі нейтральні атоми (Ēnas)[11][18].

Інструмент для побудови детальних карт поверхні Титана і супутників, а також для вимірювання висоти різних об'єктів на поверхні (англ. The Radio Detection and Ranging Instrument). Інструмент вимірює радіосигнали, відбиті поверхнею супутника. Також застосовується для прослуховування радіосигналів, що утворюються Сатурном і його супутниками.[11]

Спектрометр плазми і радіохвиль — це інструмент прямого і дистанційного зондування, який отримує і аналізує радіосигнали, що надходять від Сатурна, в тому числі радіохвилі, що випромінюються при взаємодії сонячного вітру з Сатурном і Титаном. Спектрометр вимірює електричні і магнітні хвильові поля, магнітосфери планет в міжпланетному середовищі. Він також визначає щільність електронів і температуру поблизу Титана і на деяких ділянках магнітосфери Сатурна. Прилад вивчає параметри магнітного поля Сатурна, а також займається дослідженням і моделюванням його іоносфери, плазми і блискавок в атмосфері.[11]

Це науковий пристрій, який використовується для дослідження зміни радіосигналів після проходження таких об'єктів як атмосфера Титана, кільця Сатурна чи Сонця. Пристрій вивчає також склад, тиск і температуру атмосфери й іоносфери, радіальну структуру та розподіл часток за розмірами в кільцях Сатурна. RSS використовує зв'язок в Х-діапазоні, а також в S і K-діапазонах.[11]

Це інструмент дистанційного зондування, який робить фото в ультрафіолетовому світлі, відбитому від таких об'єктів як, наприклад, хмари Сатурна та/або його кільця, для дослідження їх структури та складу. Прилад призначений для вимірювання ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі від 55,8 до 190 нм, цей інструмент також є цінним для визначення складу атмосфери, її розподілу і температури. На відміну від інших видів спектрометрів цей чутливий інструмент може приймати як спектральні, так і просторові показники. Спектрограф допомагає у визначенні складу газів.[11]

Це інструмент дистанційного зондування, що отримує дані про склад поверхонь супутників Сатурна, кілець і атмосфер Сатурна і Титана, за допомогою видимого та інфрачервоного світла. Він складається з двох камер в одному блоці: одна для вимірювання у видимому світлі, інша — для вимірювання у інфрачервоному. Спектрометр досліджує відбите і власне світло атмосфери, кілець і поверхонь в діапазоні від 350 до 5100 нм. Він також «ловить» сонячне світло і світло зір, яке проходить через кільця, що допомагає в глибшому вивченні їх структури. Вчені планують використовувати цей спектрометр для довгострокових досліджень руху хмар і морфології в системі Сатурна, а також щоб визначити погодні умови на Сатурні.[11]

Космічний апарат Кассіні здійснив два гравітаційних маневри — прольоти Венери 26 квітня 1998 і 24 червня 1999. Ці прольоти були необхідні щоб космічний апарат набрав імпульс, достатній для досягнення поясу астероїдів. У цей час гравітація Сонця втягнула космічний апарат назад, у внутрішню частину Сонячної системи, де він здійснив гравітаційний маневр навколо Землі. 18 серпня 1999 о 3:28 UTC, Кассіні здійснив допоміжний гравітаційний маневр — обліт Землі, на відстані 377000 км від Місяця, апарат зробив серію калібрувальних світлин. 23 січня 2000 року близько 10:00 UTC, Кассіні облетів астероїд 2685 Masursky. Були зроблені його світлини.[26] На відстані 1,6 мільйонів кілометрів, визначено діаметр астероїда — від 15 до 20 км.

Світлина прольоту повз Юпітер

Проходження Іо на тлі Юпітера 1 січня 2001.

Кассіні найближче підлетів до Юпітера 30 грудня 2000 року і зробив багато наукових вимірювань, зокрема в ході багатомісячного прольоту Юпітера, було зроблено 26000 зображень. Це дозволило створити найдетальніший глобальний кольоровий «портрет» Юпітера, в якому найдрібніші деталі мають розмір приблизно 60 км (37 миль).[27] Головною знахідкою обльоту, анонсованого 6 березня 2003 року, була циркуляція атмосфери Юпітера. Темні «пояси» в атмосфері чергуються зі світлими «зонами» і вчені тривалий час вважали, що зони з більш блідими зонами — це зони висхідного повітря, частково через те, що на Землі хмари формуються в місцях, де підіймається повітря. Проте аналіз світлин, зроблених Кассіні засвідчив, що окремі поодинокі шторми висхідних яскраво-білих хмар, які занадто маленькі, щоб побачити їх з Землі, спливають майже без винятків у темних поясах. Згідно Ентоні Дель Геніо з Інституту космічних досліджень Годдарда NASA, «пояси повинні бути районами атмосферного руху на Юпітері, [тому] рух в атмосфері повинен знижуватись». Інші атмосферні вимірювання містили закручений темний овал високої атмосферної імли, розмірів великої червоної плями, дослідження північного полюса Юпітера. 30 травня 2001 — під час перельоту від Юпітера до Сатурна, був помічений «серпанок» в зображеннях вузькокутової камери Кассіні. Це вперше було відзначено на фотографіях зорі Майя із зоряного скупчення Плеяд.

Інфрачервоні знімки виявили циркуляцію поблизу полюсів, зі смугами вітрів, які оточують планету, при цьому суміжні смуги рухаються у протилежних напрямках. Схоже оголошення обговорювалось також щодо природи кілець Юпітера. Розсіювання світла на частинках в кільцях показало, що частинки мали неправильну форму (а не сферичну) і, ймовірно, виникали як викиди від впливу мікрометеоритів на супутники Юпітера, імовірно, Метис і Адрастея.

10 жовтня 2003 року було оголошено результати експерименту з перевірки загальної теорії відносності, проведені за допомогою «Кассіні». Теорія передбачає, що масивний об'єкт (такий як Сонце) викривлює простір-час. Це призводить до затримки й частотного зсуву електромагнітного випромінювання (світла або радіохвиль). Коли апарат перебував з іншого від Сонця боку, він випромінював сигнал, який проходив повз Сонце й спостерігався з Землі. Сигнал, що надходив від апарату, змінювався відповідно до передбачень теорії^{[джерело?]}.

Хоча деякі вимірні відхилення від значень, розрахованих з використанням загальної теорії відносності, передбачені деякими незвичайними космологічними моделями, такі відхилення не були виявлені в цьому експерименті. Попередні випробування з використанням радіохвиль, що передавались космічними зондами Вікінг і Вояджер, відповідали розрахунковим значенням загальної теорії відносності з точністю до 1:1000. Точніші вимірювання з експерименту космічного зонда Кассіні поліпшили цю точність приблизно до 1:51 000[Note 2]. Ці дані підтверджують загальну теорію відносності Ейнштейна.

Можливе місце існування нового місяця Сатурна, сфотографоване 15 квітня 2013

Загалом, Кассіні відкрив сім нових місяців на орбіті Сатурна.[28] Використовуючи світлини, зроблені Кассіні, науковці відкрили такі супутники: Мефона, Паллена, Полідевк у 2004 році[29], також пізніший аналіз виявив, що Вояджер 2 зробив світлини Паллени у 1981 році під час прольоту Сатурна.[30]

Відкриття нового супутника Сатурна — Дафніс

1 травня 2005 КА Кассіні був відкритий новий місяць у прогалині між кільцями Сатурна йому було надано номер S/2005 S 1 до моменту, поки йому було надане ім'я Дафніс. П'ятий новий місяць був відкритий Кассіні 30 травня 2007 і попередньо був названий S/2007 S 4. Зараз супутник відомий як Анфа. На прес-релізі 3 лютого 2009 року було оголошено про відкриття шостого місяця Сатурна, знайденого Кассіні. Місяць діаметром приблизно 1/3 милі всередині G-кільця системи Сатурна, зараз він має ім'я Егеон (формально S/2008 S 1).[31] На прес-релізі 2 листопада 2009 було оголошено про відкриття сьомого супутника Сатурна, знайденого Кассіні 26 липня 2009. Йому було надано номер S/2009 S 1, він має приблизно 300 м у діаметрі, місцезнаходження — В-кільця Сатурна.[32] 14 квітня 2014 науковці NASA повідомили про можливе відкриття нового місяця у А-кільці Сатурна.[33]

Кассіні сфотографував Фебу під час наближення (ліворуч) і віддалення (2004)

11 червня 2004, Кассіні пролетів повз супутник Феба. Це була перша можливість для дослідження супутника з близької відстані (Вояджер 2 здійснив проліт у 1981 році, але не зробив деталізованих світлин). Це також був єдиний можливий проліт Кассіні повз Фебу через механіку доступних орбіт навколо Сатурна.[34]

Перші світлини Феби з близької відстані були зроблені 12 червня 2004 року, і науковці невідкладно повідомили, що поверхня Феби не схожа на звичайну поверхню астероїдів. Частини поверхні з великою кількістю кратерів виглядають дуже яскраво, це дає змогу припускати, що під поверхнею існують великі об'єми води.

В оголошенні 28 червня 2004 року вчені з програми Кассіні описали вимірювання періоду обертання Сатурна[35]. Оскільки на поверхні немає фіксованих ознак, які можна було б використовувати для отримання цього періоду, було використане повторення радіовипромінювання. Ці нові дані узгоджуються з останніми значеннями, виміряними з Землі, і являють собою загадку для вчених. Виявляється, що період радіохвиль змінився з того часу, як він був вперше виміряний в 1980 році Вояджером 1 і що він тепер на 6 хвилин довший. Це не вказує на зміну загального обертання планети, але, як вважають, пов'язане з переміщенням джерела радіовипромінювання на іншу широту, при якій швидкість обертання відрізняється.

Сатурн досяг рівнодення у 2008, під час завершення головної місії

1 липня 2004 року, космічний апарат пролетів у прогалину між кільцями F і G і досяг орбіти після семирічної подорожі.[36]

Маневр для виходу Кассіні на орбіту був комплексний, потрібно було змінити положення антени для захисту інструментів Кассіні від частинок кілець Сатурна. Як тільки космічний апарат перетнув межу кілець, йому було потрібно знову змінити своє положення для розташування двигуна вздовж шляху і після цього увімкнути двигун для зменшення швидкості на 622 м/с[37] для того, щоб Кассіні був захоплений гравітацією Сатурна. Це відбулось близько 8:54 pm UTC 30 червня 2004. Впродовж маневру Кассіні над верхніми хмарами Сатурна на відстані 20 000 км.

Поверхня Титана, яку бачимо через хмари, 2004

Кассіні вперше здійснив обліт найбільшого супутника Сатурна — Титана 2 липня 2004 року, наступного дня після виходу на орбіту, він пролетів на відстані 339 000 км. В світлині застосовані спеціальні фільтри, щоб була змога побачити через імлу південні полярні хмари, що складаються з метану та поверхневих рис з різною яскравістю та поверхневі особливості з різною яскравістю. 27 жовтня 2004 року, космічний апарат здійснив перший з 45 запланованих прольотів Титана, Кассіні пролетів на відстані 1200 км. Майже чотири гігабайта даних було передано на Землю, включаючи перші фотографії туманного покрову, імли. Виявилось, що поверхня Титана відносно рівна, знайдені височини не більше 50 м. Проліт забезпечив отримання у 100 разів кращі фотографії ніж очікувалось.

Зовнішні зображення
	Необроблені зображення з зонда "Гюйгенс", 14 січня 2005 (37 сторінок) © ESA/NASA/JPL/U.Арізона. (хостинг ESA )

Зонд Гюйгенс відокремився від Кассіні 25 грудня 2004 за допомогою пружинних та спіральних ребер, призначених для повороту зонда для більшої стійкості. Зонд ввійшов в атмосферу Титана 14 січня 2005 і, після 2,5 годинного спуску, приземлився на тверду поверхню. Також Кассіні передав 350 фотографій, зроблених Гюйгенсом під час спуску, помилка програмного забезпечення одного з передавачів Кассіні унеможливила передачу інших 350 світлин.[38]

Вибоїни Лабтайт (вище центру) на Енцеладі, сфотографовані Кассіні 17 лютого 2005 року. У лівому нижньому куті бачимо пасми Куфа і пасму Ебони.

Впродовж перших двох прольотів Енцелада у 2005 році, Кассіні відкрив відхилення в локальному магнітному полі, що характерно для існування тонкої, але значної атмосфери. Інші вимірювання, вказують на іонізовану водяну пару, як її основний компонент. Кассіні спостерігав за гейзерами з водяним льодом, що вивергались з південного полюса Енцелада, що підтверджує ідею, що ці часточки підтримують Е-кільце Сатурна. Науковці передбачають, що на Енцеладі можуть існувати кишені з рідкою водою близько поверхні місяця, яка живить виверження.[39]

12 березня 2008 року Кассіні здійснив близький обліт Енцелада, він пролетів на відстані 50 км від поверхні.[40] Космічний апарат пройшов повз плюми, що знаходились на південних гейзерах, виявив воду, діоксид вуглецю і різні гідрокарбонати за допомогою мас-спектрометра. За допомогою інфрачервоного спектрометра Кассіні виявив, що поверхня має значно вищу температуру ніж навколишня місцевість.[41] Кассіні не здатен збирати та аналізувати дані щодо космічного пилу через помилку у програмному забезпеченні.

21 листопада 2009 року, Кассіні здійснив восьмий обліт Енцелада[42], цього разу на відстані 1600 км від поверхні. Композитний Інфрачервоний Спектрограф склав карту термальних викидів Вибоїни Багдад. Дані, які були отримані, допомогли створити деталізовану карту південної частини поверхні супутника високої роздільної здатності.

3 квітня 2014 після десяти років, як Кассіні вийшов на орбіту Сатурна, НАСА повідомила про існування великого соленого внутрішнього океану з рідкою водою на Енцеладі. Існування внутрішнього океану, що контактує з кам'яним ядром супутника, ставить Енцелад у список місць, де найвірогідніше існує чужорідне мікробне життя в Сонячні системі.[43][44][45] 30 червня 2014 року НАСА святкувала 10-ліття досліджень Кассіні Сатурна і його супутників, виділяючи відкриття водяної активності на Енцеладі серед інших відкриттів.[46]

У вересні 2015 НАСА оголосила, що гравітаційні і візуальні дані, отримані від Кассіні, були використані для аналізу лібрацій на орбіті Енцелада і з'ясували, що поверхня супутника не кріпиться безпосередньо до ядра, тому підповерхневий океан має бути глобальним у розмірах.[47]

28 жовтня 2015 року Кассіні здійснив близький проліт повз Енцелад — 49 км від поверхні, він пролетів повз крижані плюми південного полюса.[48] Світлини та інші дані після прольоту були отримані впродовж 48 годин.[48]

В травні 2005, Кассіні почав серію радіозатемнених експериментів, для вимірювання розміру-розподілу частинок в кільцях Сатурна а також вимірювань атмосфери самого Сатурна. Через 4 місяці апарат закінчив експеримент. Впродовж цих експериментів він пролетів за площиною кілець Сатурна і передавав радіохвилі через частинки кілець. Радіо сигнали, отримані на Землі, були проаналізовані за частотою, фазою та зміною потужності сигналу для визначення структури кілець.

Верхнє зображення: видима кольорова мозаїка кілець Сатурна, знята 12 грудня 2004. Нижнє зображення: імітація, збудована за допомогою спостереження з радіозатемненням 3 травня 2005 року. Колір у нижньому зображенні представляє розміри кільцевих частинок.

У знімках Кассіні від 5 вересня 2005, апарат виявив спиці в кільцях Сатурна,[49] які раніше спостерігав лише Стівен Джеймс О'Міра в 1977 році., а потім підтвердили космічні зонди Вояджер на початку 1980-х років[50][51].

Море Лігеї (ліворуч) у порівнянні з Озером Верхнім (праворуч).

Титан — особливості моря Лігеї (21 серпня 2014).

Світлини, зроблені 21 липня 2006, виявили озера рідких вуглеводнів (таких як метан або етан) в північних широтах. Це перше відкриття існуючих озер, відкритих поза межами Землі. Озера мають розміри від 1 до 100 км в перетині.[52]

13 березня 2007 року Лабораторія реактивного руху повідомила, що вони мають неспростовні докази існування морів метану і етану в північній півкулі Титана. Принаймні, одне з них більше, ніж будь-яке з відомих Великих Озер Північної Америки.[53]

У листопаді 2006 року, науковці відкрили шторм на південному полюсі Сатурна з вираженим оком бурі. Ця характеристика шторму була відома до цього часу лише на Землі і ніколи не спостерігалась на іншій планеті. На відміну від земного шторму, шторм на полюсі Сатурна, можливо, є нерухомим. Він приблизно 8 000 км в перетині і 70 км у висоту, вітри дмуть в ньому зі швидкістю 560 км/год.[54]

10 вересня 2007 року на відстані 62 331 км апаратом було виявлено екваторіальний хребет на поверхні Япета.

Поверхня Япета з близької відстані, 2007

10 вересня 2007 року Кассіні завершив обліт дивного, двотонного, схожого на горіх місяця Япета. Світлини зроблені з відстані 1600 км над поверхнею. Під час передачі даних, апарат був уражений космічними променями і перейшов у безпечний режим. Всі дані, отримані під час обльоту були відновлені.[55]

15 квітня 2008 Кассіні отримав фінансування для розширеної 27-місячної місії. Вона складається з більше ніж 60 орбітальних обльотів Сатурна з 21 більш близьким прольотом біля Титана, також апарат здійснить ще сім прольотів Енцелада, шість — Мімаса, вісім — Тетіс і по одному прольоту Діони, Реї і Гелени.[4]. Розширена місія розпочалась 1 липня 2008 і була названа Рівнодення оскільки збігалась з рівноденням Сатурна.[56]

До НАСА була подана пропозиція щодо другого подовження місії Кассіні (вересень 2017 — травень 2017), попередньо була названа ХХМ.[4]. Бюджет у $60 млн дол. був підтверджений у лютому 2010 і друга подовжена місія була названа Сонцестояння.[57] Апарат мав здійснити більше ніж 155 обльотів Сатурна, 54 обльоти Титана і 11 обльотів Енцелада.

Northern hemisphere storm in 2011

25 жовтня 2012 року Кассіні спостерігав наслідки шторму Великої Білої Плями, що відбувається на Сатурні кожні 30 років.[58] Дані, отримані від інструмента Кассіні - композитного інфрачервоного спектрометра — надали інформацію щодо потужного розряду, який викликав підвищення температури в стратосфері Сатурна на 83°С вище норми. Одночасно з цим дослідниками НАСА з центру Ґоддарда (Ґрінбелт (Меріленд)), була зафіксована велика кількість етилену, що рідко фіксувався на Сатурні. Шторм, який утворив цей розряд, вперше спостерігався 5 грудня 2010 року у північній півсфері Сатурна. Цей шторм - перший, що спостерігався космічний апаратом, який перебував на орбіті Сатурна, а також перший, що спостерігався в тепловому інфрачервоному діапазоні хвиль, що дозволило вченим спостерігати температуру атмосфери Сатурна й відстежувати явища, які не видно неозброєним оком. Шпиль етиленового газу, який утворив шторм, досяг висоти в 100 разів більше, ніж вважалося можливим для Сатурна. Науковці також визначили, що шторм був найбільшим, найгарячішим стратосферним вихором, коли-небудь виявленим у Сонячній системі й початково був більший, ніж Велика червона пляма.

21 грудня 2012 року, Кассіні спостерігав Проходження Венери перед диском Сонця.[59] Інструмент VIMS проаналізував сонячне світло, що пройшло повз венеріанську атмосферу.[59] Інструмент VIMS до цього спостерігав транзит екзопланети HD 189733 b.

День, коли Земля посміхнулася - Сатурн з кількома місяцями, Земля, Венера, і Марс (19 липня, 2013).[60]

19 липня 2013 року космічний апарат був направлений у бік Землі для фотографування Землі і Місяця як частини природного світла, багатообразного портрета всієї системи Сатурна. Подія була унікальна, тому що вперше NASA інформувало громадськість про те, що попередня фотозйомка була зроблена заздалегідь.[60][61] Команда з обробки зображень Кассіні повідомила, щоб люди посміхнулись і махали небу, науковець з команди Кассіні - Керолін Порко, описує момент як шанс "відсвяткувати життя на блідій блакитній цятці".[62]

10 лютого 2015 року Кассіні пролетів на близькій відстані повз Рею – 47000 км.[63] Космічний апарат спостерігав місяць за допомогою камер і зробив найбільш детальні фотографії на той час.[64]

Кассіні здійснив свій останній обліт місяця Сатурна - Гіперіона 31 травня 2015 року на відстані 34 000 км.[65]

Світлина Гіперіона
з відстані 37 000 км
(31 травня 2015)

Зображення Гіперіона зблизька,
з відстані 38 000 км
(31 травня 2015)

Кассіні здійснив світ останній обліт Діони - 17 серпня 2015 року на відстані 475 км. Попередній проліт відбувся 16 червня.[66]

Між 2012 та 2016 роками шестикутник змінив свій колір з переважно блакитного до золотого.[67] Одна теорія пояснення цього полягає у тому, що затемнення відбувається, оскільки полюс піддається впливу сонячного світла через зміну сезону.[67] До цього існують записи спостережень, на яких бачно менш блакитний колір по всьому Сатурну між 2004 і 2008.[4].

Зміна кольору шестикутника Сатурна:2012 і 2016

Зміна кольору шестикутника Сатурна:
2013 і 2017

Світлина, зроблена Кассіні. Атмосфера Сатурна з близької відстані - 3100 км. 26 квітня 2017.

Вибрана місія має виконати кілька близьких прольотів Сатурна наблизившись до кілець, після чого апарат має ввійти в атмосферу Сатурна 15 вересня 2017 року і знищитись. Цей метод був обраний, щоб захистити можливі форми життя на супутниках Сатурна.[68] У 2008 році були оцінені варіанти для досягнення цієї мети, кожний з варіантів мав свої фінансові, наукові і технічні проблеми.[69]

29 листопада 2016 року Кассіні здійснив проліт Титана, це дозволило апарату дістатись до орбіт F-кілець: це було початком великого фіналу місії Кассіні під час кульмінації якого апарат зіткнеться з Сатурном.[70][71] Останній обліт Титана відбувся 22 квітня 2017 року, апарат знову змінив орбіту, аби дістатись проміжку між Сатурном і внутрішнім кільцем 26 квітня. Кассіні пролетів на відстані 3100 км над хмарами Сатурна і за 320 км від видимого початку внутрішнього кільця, апарат успішно зробив світлини атмосфери і почав їх передавати наступного дня.[72]