Cassini-Huygens

Científicos y personas de 27 países conformaron el equipo conjunto responsable del diseño, construcción, lanzamiento y recolección de datos del orbitador Cassini y la sonda Huygens . ^{[ 16 ]}

Los planificadores de Cassini originalmente programaron una misión de cuatro años, desde junio de 2004 hasta mayo de 2008. La misión se extendió por otros dos años hasta septiembre de 2010, denominada Misión Cassini Equinoccio . La misión se extendió una segunda y última vez con la Misión Cassini Solsticio , que duró otros siete años hasta el 15 de septiembre de 2017, fecha en la que Cassini fue desorbitada para desintegrarse en la atmósfera superior de Saturno. ^{[ 17 ]} El módulo Huygens viajó con Cassini hasta su separación de la sonda el 25 de diciembre de 2004; Huygens aterrizó en paracaídas ^{[ 18 ]} en Titán el 14 de enero de 2005. La separación fue facilitada por el SED (dispositivo de giro/expulsión), que proporcionó una velocidad de separación relativa de 0,35 metros por segundo (1,1 ft/s) y una velocidad de giro de 7,5 rpm. ^{[ 19 ]} Transmitió datos a la Tierra durante aproximadamente 90 minutos, utilizando el orbitador como repetidor. Este fue el primer alunizaje logrado en el sistema solar exterior y el primer alunizaje en una luna distinta a la Luna de la Tierra. 

Al final de su misión, la sonda Cassini ejecutó su "Gran Final": una serie de sobrevuelos arriesgados a través de los espacios entre Saturno y sus anillos interiores. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Esta fase tenía como objetivo maximizar el resultado científico de Cassini antes de que la sonda fuera destruida intencionalmente ^{[ 20 ]} para evitar una posible contaminación de las lunas de Saturno si Cassini chocara accidentalmente contra ellas cuando ya no fuera posible maniobrar la sonda debido a la pérdida de energía u otros problemas de comunicación al final de su vida útil. La entrada atmosférica de Cassini en Saturno puso fin a la misión, pero el análisis de los datos recibidos continuará durante muchos años. ^{[ 16 ]}

El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA , que desarrolló el orbitador, gestionó la misión. El Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial desarrolló Huygens . El contratista principal del centro, Aérospatiale de Francia (que pasó a formar parte de Thales Alenia Space en 2005), ensambló la sonda con equipos e instrumentos suministrados por muchos países europeos (incluidas las baterías de Huygens y dos instrumentos científicos de Estados Unidos). La Agencia Espacial Italiana (ASI) proporcionó la antena de radio de alta ganancia del orbitador Cassini , con la incorporación de una antena de baja ganancia (para garantizar las telecomunicaciones con la Tierra durante toda la duración de la misión), un radar compacto y ligero , que también utilizaba la antena de alta ganancia y funcionaba como radar de apertura sintética , un altímetro de radar , un radiómetro , el subsistema de radiociencia (RSS) y la porción del canal visible VIMS-V del espectrómetro VIMS . ^{[ 21 ]}

La década de los 90 fue difícil para la NASA y el JPL: con el fin de la Guerra Fría y la carrera espacial entre EE. UU. y la URSS, la NASA vio disminuir sus presupuestos e introdujo el llamado enfoque de "más rápido, mejor y más barato" , que fomentaba misiones más pequeñas y económicas construidas con la ayuda de contratistas externos, "comercializando" de manera eficiente el laboratorio de investigación y obligándolo a trabajar con la industria. ^{[ 22 ] : 208, 254} La dirección de Caltech incluso temía que el JPL pudiera ser cerrado. ^{[ 22 ] : 208–209}

En aquel entonces, el JPL tenía poca experiencia en misiones pequeñas: sus misiones insignia, como Voyager , Cassini y Galileo , emplearon a cientos de personas durante décadas. Cassini "apoyó directamente quizás 500 años de trabajo, aproximadamente el 10 por ciento del personal total del laboratorio [y] proporcionó cerca del 20 por ciento del presupuesto del laboratorio". ^{[ 22 ] : 223} Para cumplir con las restricciones presupuestarias y salvar la misión, se redujo el tamaño de Cassini ; para ahorrar 250 millones de dólares, se tuvo que eliminar la plataforma de escaneo de los planes. ^{[ 22 ] : 260–261}

La NASA proporcionó la contraparte infrarroja de VIMS, así como el Ensamblaje Electrónico Principal, que incluía subconjuntos electrónicos proporcionados por el CNES de Francia. ^{[ 23 ] [ 24 ]} El 16 de abril de 2008, la NASA anunció una extensión de dos años de la financiación para las operaciones terrestres de esta misión, momento en el que se la renombró como Misión Cassini Equinoccio. ^{[ 25 ]} Se extendió nuevamente en febrero de 2010 como la Misión Cassini Solsticio .

Destinos seleccionados (ordenados de mayor a menor, pero sin escala)

• 
  Titán
• 
  La Luna de la Tierra
• 
  ñandú
• 
  Jápeto
• 
  Dione
• 
  Tetis
• 
  Encélado
• 
  Mimas
• 
  Hiperión
• 
  Febe
• 
  Jano
• 
  Epimeteo
• 
  Prometeo
• 
  Pandora
• 
  Helena
• 
  Atlas
• 
  Cacerola
• 
  Telesto
• 
  Calipso
• 
  Metón

Instrumentos: ^{[ 51 ]}

• Teledetección óptica ("Ubicado en la plataforma de teledetección") ^{[ 51 ]}
  • Espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS)
  • Subsistema de Ciencia de Imágenes (ISS)
  • Espectrógrafo de imágenes ultravioleta (UVIS)
  • Espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo (VIMS)
• Campos, partículas y ondas (principalmente in situ )
  • Espectrómetro de plasma Cassini (CAPS)
  • Analizador de Polvo Cósmico (CDA)
  • Espectrómetro de masas de iones y neutros (INMS)
  • Magnetómetro (MAG)
  • Instrumento de Imágenes Magnetosféricas (MIMI)
  • Ciencia de las ondas de radio y plasma (RPWS)
• Teledetección por microondas
  • Radar
  • Ciencia de la Radio (RSS)

La instrumentación de Cassini constaba de: un radar de apertura sintética , un sistema de imágenes de dispositivo de carga acoplada (CCD) , un espectrómetro de mapeo visible/ infrarrojo , un espectrómetro infrarrojo compuesto, un analizador de polvo cósmico , un experimento de ondas de radio y plasma , un espectrómetro de plasma, un espectrógrafo de imágenes ultravioleta , un instrumento de imágenes magnetosféricas , un magnetómetro y un espectrómetro de masas de iones /neutros . También se utilizó la telemetría de la antena de comunicaciones y otros transmisores especiales (un transmisor de banda S y un sistema de banda K _{a de} doble frecuencia ) para realizar observaciones de las atmósferas de Titán y Saturno y para medir los campos gravitatorios del planeta y sus satélites.

Espectrómetro de plasma Cassini (CAPS)

CAPS era un instrumento in situ que medía el flujo de partículas cargadas en la ubicación de la nave espacial, en función de la dirección y la energía. La composición iónica también se medía mediante un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo . CAPS medía las partículas producidas por la ionización de moléculas originadas en la ionosfera de Saturno y Titán, así como en los penachos de Encélado. CAPS también investigaba el plasma en estas áreas, junto con el viento solar y su interacción con la magnetosfera de Saturno. ^{[ 51 ] [ 52 ]} CAPS se apagó en junio de 2011, como medida de precaución debido a un cortocircuito eléctrico leve que se produjo en el instrumento. Se volvió a encender en marzo de 2012, pero después de 78 días otro cortocircuito obligó a apagar el instrumento de forma permanente. ^{[ 53 ]}

Analizador de Polvo Cósmico (CDA)

El CDA era un instrumento in situ que medía el tamaño, la velocidad y la dirección de diminutos granos de polvo cerca de Saturno. También podía medir los elementos químicos de los granos. ^{[ 54 ]} Algunas de estas partículas orbitaban Saturno, mientras que otras provenían de otros sistemas estelares. El CDA a bordo del orbitador fue diseñado para obtener más información sobre estas partículas, los materiales de otros cuerpos celestes y, potencialmente, sobre los orígenes del universo. ^{[ 51 ]}

Espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS)

El CIRS era un instrumento de teledetección que medía la radiación infrarroja emitida por los objetos para conocer sus temperaturas, propiedades térmicas y composiciones. A lo largo de la misión Cassini-Huygens , el CIRS midió las emisiones infrarrojas de atmósferas, anillos y superficies en el vasto sistema de Saturno. Cartografió la atmósfera de Saturno en tres dimensiones para determinar perfiles de temperatura y presión con la altitud, la composición de los gases y la distribución de aerosoles y nubes. También midió las características térmicas y la composición de las superficies y anillos de los satélites. ^{[ 51 ]}

Espectrómetro de masas de iones y neutros (INMS)

El INMS era un instrumento in situ que medía la composición de partículas cargadas (protones e iones más pesados) y partículas neutras (átomos y moléculas) cerca de Titán y Saturno para obtener más información sobre sus atmósferas. El instrumento utilizaba un espectrómetro de masas cuadrupolar . El INMS también tenía como objetivo medir los entornos de iones positivos y neutros de los satélites y anillos helados de Saturno. ^{[ 51 ] [ 55 ] [ 56 ]}

Subsistema de Ciencia de Imágenes (ISS)

La ISS era un instrumento de teledetección que capturaba la mayoría de las imágenes en luz visible , así como algunas imágenes infrarrojas y ultravioletas . La ISS tomó cientos de miles de imágenes de Saturno, sus anillos y sus lunas. La ISS contaba con una cámara gran angular (WAC) y una cámara de ángulo estrecho (NAC). Cada una de estas cámaras utilizaba un dispositivo de carga acoplada (CCD) sensible como detector de ondas electromagnéticas . Cada CCD tenía una matriz cuadrada de 1024x1024 píxeles, cada píxel de 12 μm cuadrados. Ambas cámaras permitían diversos modos de adquisición de datos, incluyendo la compresión de datos en el chip, y estaban equipadas con filtros espectrales que giraban sobre una rueda para visualizar diferentes bandas dentro del espectro electromagnético, desde 0,2 hasta 1,1 μm. ^{[ 51 ] [ 57 ]}  

Magnetómetro de doble técnica (MAG)

El MAG era un instrumento in situ que medía la intensidad y la dirección del campo magnético alrededor de Saturno . Los campos magnéticos se generan en parte por el núcleo fundido en el centro de Saturno. Medir el campo magnético es una de las formas de investigar el núcleo. El objetivo del MAG era desarrollar un modelo tridimensional de la magnetosfera de Saturno y determinar el estado magnético de Titán y su atmósfera, así como el de los satélites helados y su función en la magnetosfera de Saturno. ^{[ 51 ] [ 58 ]}

Instrumento de Imágenes Magnetosféricas (MIMI)

El MIMI era un instrumento de detección tanto in situ como remota que producía imágenes y otros datos sobre las partículas atrapadas en el enorme campo magnético de Saturno, o magnetosfera. El componente in situ medía iones y electrones energéticos, mientras que el componente de detección remota (la Cámara de Iones y Neutros, INCA) era un generador de imágenes de átomos neutros energéticos . ^{[ 59 ]} Esta información se utilizó para estudiar la configuración general y la dinámica de la magnetosfera y sus interacciones con el viento solar, la atmósfera de Saturno, Titán, los anillos y los satélites helados. ^{[ 51 ] [ 60 ]}

Radar

El radar a bordo era un instrumento de detección activa y pasiva que generaba mapas de la superficie de Titán. Las ondas de radar eran lo suficientemente potentes como para penetrar la densa capa de neblina que rodeaba a Titán. Midiendo el tiempo de envío y recepción de las señales, es posible determinar la altura de grandes accidentes geográficos de la superficie, como montañas y cañones. El radar pasivo detectaba las ondas de radio que Saturno o sus lunas pudieran emitir. ^{[ 51 ]}

Instrumento de ciencia de ondas de radio y plasma (RPWS)

El RPWS era un instrumento in situ y de teledetección que recibía y medía señales de radio provenientes de Saturno, incluyendo las ondas de radio emitidas por la interacción del viento solar con Saturno y Titán. El RPWS medía los campos de ondas eléctricas y magnéticas en el medio interplanetario y las magnetosferas planetarias. También determinaba la densidad y la temperatura de los electrones cerca de Titán y en algunas regiones de la magnetosfera de Saturno utilizando ondas de plasma a frecuencias características (por ejemplo, la línea híbrida superior ) o una sonda de Langmuir . El RPWS estudiaba la configuración del campo magnético de Saturno y su relación con la radiación kilométrica de Saturno (SKR), además de monitorizar y cartografiar la ionosfera, el plasma y los rayos de la atmósfera de Saturno (y posiblemente de Titán). ^{[ 51 ]}

Subsistema de Ciencias de la Radio (RSS)

El RSS era un instrumento de teledetección que utilizaba antenas de radio terrestres para observar cómo cambiaban las señales de radio de la nave espacial al atravesar objetos como la atmósfera de Titán, los anillos de Saturno o incluso detrás del Sol . El RSS también estudiaba la composición, la presión y la temperatura de las atmósferas e ionosferas, la estructura radial y la distribución del tamaño de las partículas dentro de los anillos, las masas de los cuerpos y sistemas, y el campo gravitatorio . El instrumento utilizaba el enlace de comunicación en banda X de la nave espacial, así como el enlace descendente en banda S y el enlace ascendente y descendente en banda K _{a .} ^{[ 51 ]}

Espectrógrafo de imágenes ultravioleta (UVIS)

El UVIS era un instrumento de teledetección que capturaba imágenes de la luz ultravioleta reflejada por un objeto, como las nubes de Saturno o sus anillos, para obtener más información sobre su estructura y composición. Diseñado para medir la luz ultravioleta en longitudes de onda de 55,8 a 190  nm, este instrumento también servía para determinar la composición, la distribución, el contenido de partículas de aerosol y las temperaturas de sus atmósferas. A diferencia de otros tipos de espectrómetros, este sensible instrumento podía realizar lecturas tanto espectrales como espaciales. Era particularmente eficaz para determinar la composición de los gases. Las observaciones espaciales tomaban una vista ancha por estrecha, de un solo píxel de alto y 64 píxeles de ancho. La dimensión espectral era de 1024 píxeles por píxel espacial. También podía tomar muchas imágenes que creaban vídeos de cómo este material se desplazaba por otras fuerzas. ^{[ 51 ]}

UVIS constaba de cuatro canales detectores independientes: el ultravioleta lejano (FUV), el ultravioleta extremo (EUV), el fotómetro de alta velocidad (HSP) y la celda de absorción de hidrógeno-deuterio (HDAC). UVIS recopiló imágenes hiperespectrales y espectros discretos de Saturno, sus lunas y sus anillos, así como datos de ocultación estelar. ^{[ 61 ]}

El canal HSP está diseñado para observar la luz estelar que pasa a través de los anillos de Saturno (conocida como ocultaciones estelares) con el fin de comprender la estructura y la profundidad óptica de los anillos. ^{[ 62 ]} Los datos de ocultación estelar de los canales HSP y FUV confirmaron la existencia de columnas de vapor de agua en el polo sur de Encélado, y también caracterizaron la composición de dichas columnas. ^{[ 63 ]}

Espectrómetro de mapeo visible e infrarrojo (VIMS)

El VIMS era un instrumento de teledetección que capturaba imágenes utilizando luz visible e infrarroja para obtener más información sobre la composición de las superficies lunares, los anillos y las atmósferas de Saturno y Titán. Constaba de dos cámaras: una para medir la luz visible y otra para la infrarroja. El VIMS medía la radiación reflejada y emitida por las atmósferas, los anillos y las superficies en longitudes de onda de 350 a 5100  nm, para ayudar a determinar su composición, temperatura y estructura. También observaba la luz solar y la luz estelar que atraviesa los anillos para obtener más información sobre su estructura. Los científicos utilizaron el VIMS para estudios a largo plazo del movimiento y la morfología de las nubes en el sistema de Saturno, para determinar los patrones climáticos de Saturno. ^{[ 51 ]}

La sonda espacial Cassini realizó dos sobrevuelos asistidos por gravedad a Venus el 26 de abril de 1998 y el 24 de junio de 1999. Estos sobrevuelos proporcionaron a la sonda el impulso suficiente para viajar hasta el cinturón de asteroides , mientras que la gravedad del Sol la atrajo de vuelta al sistema solar interior.

El 18 de agosto de 1999, a las 03:28  UTC, la sonda realizó un sobrevuelo de la Tierra asistido por gravedad. Una hora y 20  minutos antes del máximo acercamiento, Cassini alcanzó su punto más cercano a la Luna, a 377.000 kilómetros de distancia, y tomó una serie de fotografías de calibración.

El 23 de enero de 2000, Cassini realizó un sobrevuelo del asteroide 2685 Masursky alrededor de las 10:00 UTC. Tomó fotos ^{[ 73 ]} en el período de cinco a siete horas antes del sobrevuelo a una distancia de 1,6 × 10 ^ ⁶ km (0,99 × 10 ^ ⁶ mi) y se estimó un diámetro de 15 a 20 km (9,3 a 12,4 mi) para el asteroide.    

La sonda Cassini realizó su máximo acercamiento a Júpiter el 30 de diciembre de 2000, a 9,7 millones de kilómetros, y llevó a cabo numerosas mediciones científicas. Durante el sobrevuelo de seis meses, se tomaron aproximadamente 26 000 imágenes de Júpiter, sus tenues anillos y sus lunas. Esto dio como resultado el retrato global en color más detallado del planeta hasta la fecha (véase la imagen de la derecha), en el que las características visibles más pequeñas tienen aproximadamente 60 km (37 millas) de diámetro. ^{[ 74 ]}  

Un hallazgo importante del sobrevuelo, anunciado el 6 de marzo de 2003, fue el de la circulación atmosférica de Júpiter. En la atmósfera, se observan "cinturones" oscuros que se alternan con "zonas" claras. Durante mucho tiempo, los científicos habían considerado estas zonas, con sus nubes pálidas, como áreas de aire ascendente, en parte porque muchas nubes en la Tierra se forman donde el aire asciende. Sin embargo, el análisis de las imágenes de Cassini reveló que células de tormenta individuales, formadas por nubes blancas brillantes ascendentes, demasiado pequeñas para ser vistas desde la Tierra, aparecen casi sin excepción en los cinturones oscuros. Según Anthony Del Genio, del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA , "los cinturones deben ser las áreas de movimiento atmosférico neto ascendente en Júpiter, por lo que el movimiento neto en las zonas tiene que ser descendente".

Otras observaciones atmosféricas incluyeron un óvalo oscuro y arremolinado de bruma atmosférica alta, del tamaño aproximado de la Gran Mancha Roja , cerca del polo norte de Júpiter. Las imágenes infrarrojas revelaron aspectos de la circulación cerca de los polos, con bandas de vientos que rodeaban el globo y bandas adyacentes que se movían en direcciones opuestas.

En el mismo anuncio también se habló de la naturaleza de los anillos de Júpiter . La dispersión de la luz por partículas en los anillos mostró que estas tenían una forma irregular (en lugar de esférica) y que probablemente se originan como material eyectado por impactos de micrometeoritos en las lunas de Júpiter, probablemente Metis y Adrastea .

El 10 de octubre de 2003, el equipo científico de la misión anunció los resultados de las pruebas de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein , realizadas mediante ondas de radio transmitidas desde la sonda espacial Cassini . ^{[ 75 ]} Los radiocientíficos midieron un cambio de frecuencia en las ondas de radio que iban y venían de la nave espacial, a medida que pasaban cerca del Sol. Según la teoría general de la relatividad, un objeto masivo como el Sol provoca una curvatura del espacio-tiempo , lo que hace que un haz de ondas de radio que sale de su pozo gravitatorio disminuya su frecuencia y que las ondas de radio que entran en él aumenten su frecuencia, fenómeno conocido como desplazamiento gravitatorio al rojo /azul.

Aunque algunos modelos cosmológicos inusuales predicen desviaciones medibles de los valores calculados mediante la teoría general de la relatividad , este experimento no encontró tales desviaciones. Pruebas anteriores, utilizando ondas de radio transmitidas por las sondas espaciales Viking y Voyager, coincidieron con los valores calculados por la relatividad general con una precisión de una parte en mil. Las mediciones más precisas del experimento de la sonda espacial Cassini mejoraron esta precisión a aproximadamente una parte en 51 000. ^{[ a ]} Los datos respaldan firmemente la teoría general de la relatividad de Einstein. ^{[ 76 ]}

En total, la misión Cassini descubrió siete nuevas lunas orbitando Saturno. ^{[ 77 ]} Utilizando imágenes tomadas por Cassini , los investigadores descubrieron Methone , Pallene y Polydeuces en 2004, ^{[ 78 ]} aunque análisis posteriores revelaron que la Voyager 2 había fotografiado Pallene en su sobrevuelo del planeta anillado en 1981. ^{[ 79 ]}

El 1 de mayo de 2005, Cassini descubrió una luna nueva en la brecha de Keeler . Se le asignó la designación S/2005  S  1 antes de ser nombrada Daphnis . Una quinta luna nueva fue descubierta por Cassini el 30 de mayo de 2007 y fue etiquetada provisionalmente como S/2007 S 4. Ahora se la conoce como Anthe . Un comunicado de prensa del 3 de febrero de 2009 mostró una sexta luna nueva encontrada por Cassini . La luna tiene aproximadamente 500 m (0,3 millas) de diámetro dentro del anillo G del sistema de anillos de Saturno, y ahora se llama Aegaeon (anteriormente S/2008 S 1). ^{[ 80 ]} Un comunicado de prensa del 2 de noviembre de 2009 menciona la séptima luna nueva descubierta por Cassini el 26 de julio de 2009. Actualmente se la denomina S/2009 S 1 y tiene aproximadamente 300 m (980 pies) de diámetro en el sistema del anillo B. ^{[ 81 ]}    

El 14 de abril de 2014, científicos de la NASA informaron sobre el posible comienzo de una nueva luna en el anillo A de Saturno . ^{[ 82 ]}

El 11 de junio de 2004, Cassini sobrevoló la luna Febe . Esta fue la primera oportunidad para realizar estudios detallados de esta luna ( la Voyager 2 realizó un sobrevuelo a distancia en 1981, pero no obtuvo imágenes detalladas). También fue el único sobrevuelo posible de Cassini a Febe debido a la mecánica de las órbitas disponibles alrededor de Saturno. ^{[ 83 ]}

Las primeras imágenes de cerca se recibieron el 12 de junio de 2004, y los científicos de la misión se percataron de inmediato de que la superficie de Febe era diferente a la de los asteroides visitados por naves espaciales. Partes de la superficie, densamente craterizada, se ven muy brillantes en esas imágenes, y actualmente se cree que existe una gran cantidad de hielo de agua bajo su superficie inmediata.

En un anuncio del 28 de junio de 2004, los científicos del programa Cassini describieron la medición del período de rotación de Saturno. ^{[ 84 ]} Debido a que no existen características fijas en la superficie que puedan utilizarse para obtener este período, se empleó la repetición de las emisiones de radio. Estos nuevos datos coincidieron con los últimos valores medidos desde la Tierra y constituyeron un enigma para los científicos. Resultó que el período de rotación de radio había cambiado desde que fue medido por primera vez en 1980 por la Voyager 1 , y ahora era 6 minutos más largo. Sin embargo, esto no indica un cambio en la rotación general del planeta. Se cree que se debe a variaciones en la atmósfera superior y la ionosfera en las latitudes que están conectadas magnéticamente a la región de la fuente de radio. ^{[ 85 ]}

En 2019, la NASA anunció que el período de rotación de Saturno era de 10 horas, 33 minutos y 38 segundos, calculado mediante la sismología de los anillos de Saturno. Las vibraciones del interior de Saturno provocan oscilaciones en su campo gravitatorio. Esta energía es absorbida por partículas de los anillos en ubicaciones específicas, donde se acumula hasta que se libera en forma de onda. ^{[ 86 ]} Los científicos utilizaron datos de más de 20 de estas ondas para construir una familia de modelos del interior de Saturno, lo que sirvió de base para calcular su período de rotación. ^{[ 87 ]}

El 1 de julio de 2004, la nave espacial atravesó el espacio entre los anillos F y G y alcanzó la órbita , después de un viaje de siete años. ^{[ 88 ]} Fue la primera nave espacial en orbitar Saturno.

La maniobra de inserción orbital en Saturno (SOI) realizada por Cassini fue compleja, requiriendo que la nave orientara su antena de alta ganancia lejos de la Tierra y a lo largo de su trayectoria de vuelo, para proteger sus instrumentos de las partículas en los anillos de Saturno. Una vez que la nave cruzó el plano de los anillos, tuvo que rotar nuevamente para apuntar su motor a lo largo de su trayectoria de vuelo, y luego el motor se encendió para desacelerar la nave a 622  m/s para permitir que Saturno la capturara. ^{[ 89 ]} Cassini fue capturada por la gravedad de Saturno alrededor de las 8:54  p. m . hora del Pacífico el 30 de junio de 2004. Durante la maniobra, Cassini pasó a 20 000 km (12 000 mi) de las cimas de las nubes de Saturno.  

La sonda Cassini realizó su primer sobrevuelo de Titán , la luna más grande de Saturno , el 2 de julio de 2004, un día después de su inserción en órbita, acercándose a tan solo 339 000 km (211 000 millas) de Titán. Las imágenes tomadas a través de filtros especiales (capaces de ver a través de la neblina global de la luna) mostraron nubes polares del sur, que se cree que están compuestas de metano , y características superficiales con brillos muy variables. El 27 de octubre de 2004, la nave espacial realizó el primero de los 45 sobrevuelos cercanos planificados de Titán, al pasar a apenas 1200 km (750 millas) sobre la luna. Se recopilaron y transmitieron a la Tierra casi cuatro gigabits de datos, incluyendo las primeras imágenes de radar de la superficie de la luna, envuelta en la neblina. Estas revelaron que la superficie de Titán (al menos el área cubierta por el radar) era relativamente plana, con una topografía que no superaba los 50 m (160 pies) de altitud. El sobrevuelo proporcionó un notable aumento en la resolución de las imágenes con respecto a la cobertura anterior. Se tomaron imágenes con una resolución hasta 100 veces superior, y estas resoluciones son representativas de las previstas para los sobrevuelos posteriores de Titán. Cassini capturó imágenes de Titán y los lagos de metano eran similares a los lagos de agua de la Tierra.      

Cassini liberó la sonda Huygens el 25 de diciembre de 2004, mediante un resorte y rieles en espiral diseñados para rotarla y brindarle mayor estabilidad. Entró en la atmósfera de Titán el 14 de enero de 2005 y, tras un descenso de dos horas y media, aterrizó en tierra firme. ^{[ 6 ]} Si bien Cassini logró transmitir 350 de las imágenes recibidas de Huygens sobre su descenso y lugar de aterrizaje, una falla en uno de los canales de comunicación provocó la pérdida de otras 350 imágenes. ^{[ 90 ]}

Durante los dos primeros sobrevuelos cercanos a la luna Encélado en 2005, Cassini descubrió una desviación en el campo magnético local que es característica de la existencia de una atmósfera delgada pero significativa. Otras mediciones obtenidas en ese momento apuntan al vapor de agua ionizado como su principal componente. Cassini también observó géiseres de hielo de agua que erupcionaban desde el polo sur de Encélado, lo que da más credibilidad a la idea de que Encélado está suministrando las partículas del anillo E de Saturno. Los científicos de la misión comenzaron a sospechar que podría haber bolsas de agua líquida cerca de la superficie de la luna que alimentan las erupciones. ^{[ 91 ]}

El 12 de marzo de 2008, Cassini realizó un sobrevuelo cercano a Encélado, pasando a menos de 50  km de la superficie de la luna. ^{[ 92 ]} La nave espacial atravesó las columnas de vapor que se extendían desde sus géiseres australes, detectando agua, dióxido de carbono y varios hidrocarburos con su espectrómetro de masas, mientras que también cartografió características de la superficie que se encuentran a una temperatura mucho más alta que su entorno con el espectrómetro infrarrojo. ^{[ 93 ]} Cassini no pudo recopilar datos con su analizador de polvo cósmico debido a una falla de software desconocida.

El 21 de noviembre de 2009, Cassini realizó su octavo sobrevuelo de Encélado, ^{[ 94 ]} esta vez con una geometría diferente, acercándose a 1600 km (990 millas) de la superficie. El espectrógrafo infrarrojo compuesto (CIRS) generó un mapa de las emisiones térmicas de la franja de Bagdad Sulcus . Los datos obtenidos ayudaron a crear una imagen en mosaico detallada y de alta resolución de la parte sur del hemisferio de la luna que mira hacia Saturno.  

El 3 de abril de 2014, casi diez años después de que Cassini entrara en la órbita de Saturno, la NASA informó sobre la existencia de un gran océano interno salado de agua líquida en Encélado. La presencia de un océano interno salado en contacto con el núcleo rocoso de la luna sitúa a Encélado «entre los lugares más probables del Sistema Solar para albergar vida microbiana extraterrestre ». ^{[ 95 ] [ 96 ] [ 97 ]} El 30 de junio de 2014, la NASA celebró diez años de exploración de Saturno y sus lunas por parte de Cassini , destacando el descubrimiento de actividad hídrica en Encélado, entre otros hallazgos. ^{[ 98 ]}

En septiembre de 2015, la NASA anunció que los datos gravitacionales y de imágenes de Cassini se utilizaron para analizar las libraciones de la órbita de Encélado y determinaron que la superficie de la luna no está rígidamente unida a su núcleo, concluyendo que el océano subterráneo debe ser, por lo tanto, de extensión global. ^{[ 99 ]}

El 28 de octubre de 2015, Cassini realizó un sobrevuelo cercano a Encélado, acercándose a 49 km (30 millas) de la superficie y atravesando la columna de hielo sobre el polo sur . ^{[ 100 ]}  

El 14 de diciembre de 2023, astrónomos informaron del primer descubrimiento, en las columnas de Encélado, de cianuro de hidrógeno , un posible compuesto químico esencial para la vida tal como la conocemos, así como de otras moléculas orgánicas , algunas de las cuales aún no se han identificado ni comprendido mejor. Según los investigadores, «estos compuestos [recién descubiertos] podrían potencialmente sustentar las comunidades microbianas existentes o impulsar la síntesis orgánica compleja que condujo al origen de la vida ». ^{[ 101 ] [ 102 ]}

En mayo de 2005, Cassini inició una serie de experimentos de ocultación radioeléctrica para medir la distribución del tamaño de las partículas en los anillos de Saturno y la atmósfera del propio planeta. Durante más de cuatro meses, la sonda completó órbitas diseñadas para este propósito. En el transcurso de estos experimentos, sobrevoló el plano de los anillos de Saturno, visto desde la Tierra, y transmitió ondas de radio a través de las partículas. Las señales de radio recibidas en la Tierra se analizaron para determinar la frecuencia, la fase y el desplazamiento de potencia de la señal, con el fin de establecer la estructura de los anillos.

Imagen superior: mosaico en color visible de los anillos de Saturno, tomado el 12 de diciembre de 2004. Imagen inferior: vista simulada construida a partir de una observación de ocultación radioeléctrica realizada el 3 de mayo de 2005. El color en la imagen inferior representa el tamaño de las partículas de los anillos.

En imágenes capturadas el 5 de septiembre de 2005, Cassini detectó radios en los anillos de Saturno, ^{[ 103 ]} previamente vistos solo por el observador visual Stephen James O'Meara en 1977 y luego confirmados por las sondas espaciales Voyager a principios de la década de 1980. ^{[ 104 ] [ 105 ]}

Las imágenes de radar obtenidas el 21 de julio de 2006 parecen mostrar lagos de hidrocarburos líquidos (como metano y etano ) en las latitudes septentrionales de Titán. Este es el primer descubrimiento de lagos existentes en la actualidad fuera de la Tierra. El tamaño de los lagos varía entre uno y cien kilómetros de diámetro. ^{[ 91 ]}

El 13 de marzo de 2007, el Laboratorio de Propulsión a Chorro anunció que había encontrado pruebas contundentes de la existencia de mares de metano y etano en el hemisferio norte de Titán. Al menos uno de ellos es más grande que cualquiera de los Grandes Lagos de Norteamérica. ^{[ 106 ]}

En noviembre de 2006, los científicos descubrieron una tormenta en el polo sur de Saturno con un ojo bien definido . Esta característica es propia de un huracán terrestre y nunca antes se había observado en otro planeta. A diferencia de un huracán terrestre , la tormenta parece estar estacionaria en el polo. Tiene 8000 km de diámetro y 70 km de altura, con vientos que alcanzan los 560 km/ h . ^{[ 107 ]}      

El 10 de septiembre de 2007, Cassini completó su sobrevuelo de Jápeto , una extraña luna bicolor con forma de nuez . Se tomaron imágenes desde 1600 km (1000 millas) sobre la superficie. Mientras enviaba las imágenes a la Tierra, fue alcanzada por un rayo cósmico que la obligó a entrar temporalmente en modo seguro . Se recuperaron todos los datos del sobrevuelo. ^{[ 108 ]}  

El 15 de abril de 2008, Cassini recibió financiación para una misión extendida de 27 meses. Consistió en 60 órbitas más de Saturno , con 21 sobrevuelos cercanos más de Titán, siete de Encélado, seis de Mimas, ocho de Tetis y un sobrevuelo dirigido a cada uno de los consorcios Dione , Rea y Helena . ^{[ 109 ]} La misión extendida comenzó el 1 de julio de 2008 y fue renombrada como Misión Cassini Equinoccio, ya que coincidió con el equinoccio de Saturno . ^{[ 110 ]}

Se presentó una propuesta a la NASA para una segunda extensión de la misión (septiembre de 2010 - mayo de 2017), denominada provisionalmente misión extendida-extendida o XXM. ^{[ 111 ]} Esta (60 millones de dólares anuales) fue aprobada en febrero de 2010 y renombrada como Misión del Solsticio de Cassini . ^{[ 112 ]} Incluía que Cassini orbitara Saturno 155 veces más, realizando 54 sobrevuelos adicionales de Titán y 11 más de Encélado.

El 25 de octubre de 2012, Cassini presenció las consecuencias de la masiva tormenta de la Gran Mancha Blanca , que se repite aproximadamente cada 30 años en Saturno. ^{[ 113 ]} Los datos del espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS) indicaron una potente descarga de la tormenta que provocó un pico de temperatura en la estratosfera de Saturno de 83 K (83 °C; 149 °F) por encima de lo normal. Simultáneamente, investigadores de la NASA en el Centro de Investigación Goddard en Greenbelt, Maryland, detectaron un enorme aumento de gas etileno . El etileno es un gas incoloro muy poco común en Saturno y se produce tanto de forma natural como a través de fuentes artificiales en la Tierra. La tormenta que produjo esta descarga fue observada por primera vez por la nave espacial el 5 de diciembre de 2010, en el hemisferio norte de Saturno. Esta tormenta es la primera de su tipo observada por una nave espacial en órbita alrededor de Saturno, así como la primera observada en longitudes de onda infrarrojas térmicas, lo que permite a los científicos observar la temperatura de la atmósfera de Saturno y rastrear fenómenos invisibles a simple vista. El pico de gas etileno producido por la tormenta alcanzó niveles 100 veces superiores a los que se creían posibles para Saturno. Los científicos también determinaron que la tormenta presenciada fue el vórtice estratosférico más grande y caliente jamás detectado en el Sistema Solar, siendo inicialmente mayor que la Gran Mancha Roja de Júpiter .   

El 21 de diciembre de 2012, Cassini observó un tránsito de Venus frente al Sol. El instrumento VIMS analizó la luz solar que atravesaba la atmósfera venusina. VIMS ya había observado el tránsito del exoplaneta HD 189733 b . ^{[ 114 ]}

El 19 de julio de 2013, la sonda se dirigió hacia la Tierra para capturar una imagen de la Tierra y la Luna , como parte de un retrato multiimagen de luz natural de todo el sistema de Saturno. El evento fue único, ya que fue la primera vez que la NASA informó al público con anticipación que se tomaría una fotografía de larga distancia. ^{[ 115 ] [ 116 ]} El equipo de imágenes dijo que quería que la gente sonriera y saludara al cielo, y la científica de Cassini, Carolyn Porco, describió el momento como una oportunidad para "celebrar la vida en el Punto Azul Pálido ". ^{[ 117 ]}

El 10 de febrero de 2015, la nave espacial Cassini visitó Rea más de cerca, acercándose a 47 000 km (29 000 millas) . ^{[ 118 ]} La nave observó la luna con sus cámaras, produciendo algunas de las imágenes en color de mayor resolución hasta la fecha de Rea. ^{[ 119 ]}  

Cassini realizó su último sobrevuelo de Hiperión , la luna de Saturno, el 31 de mayo de 2015, a una distancia de aproximadamente 34.000 km (21.000 millas) . ^{[ 120 ]}  

Hyperion: vista panorámica desde 37.000  km (23.000  millas) (31 de mayo de 2015)

Hyperion: vista de cerca desde 38.000  km (24.000  millas) (31 de mayo de 2015)

Cassini realizó su último sobrevuelo de Dione , la luna de Saturno, el 17 de agosto de 2015, a una distancia de aproximadamente 475 km (295 millas) . Un sobrevuelo anterior se realizó el 16 de junio. ^{[ 121 ]}  

Entre 2012 y 2016, el patrón de nubes hexagonales persistente en el polo norte de Saturno cambió de un color predominantemente azul a un color más dorado. ^{[ 122 ]} Una teoría para esto es un cambio estacional: la exposición prolongada a la luz solar puede estar creando neblina a medida que el polo gira hacia el Sol. ^{[ 122 ]} Anteriormente se observó que había menos color azul en general en Saturno entre 2004 y 2008. ^{[ 111 ]}

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  2012 y 2016: cambios de color en los hexágonos
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  2013 y 2017: cambios de color en los hexágonos

La operación de la nave espacial se organizó en torno a una serie de misiones. ^{[ 17 ]} Cada una se estructuró según una cantidad determinada de financiación, objetivos, etc. ^{[ 17 ]} Al menos 260 científicos de 17 países han trabajado en la misión Cassini-Huygens ; además, miles de personas en total trabajaron en el diseño, la fabricación y el lanzamiento de la misión. ^{[ 131 ]}

• Misión principal, de julio de 2004 a junio de 2008. ^{[ 132 ] [ 133 ]}
• La misión Cassini Equinox fue una extensión de la misión de dos años que se desarrolló desde julio de 2008 hasta septiembre de 2010. ^{[ 17 ]}
• La misión Cassini Solstice se desarrolló desde octubre de 2010 hasta abril de 2017. ^{[ 17 ] [ 134 ]} (También conocida como la misión XXM). ^{[ 111 ]}
• Gran final (nave espacial dirigida hacia Saturno), de abril de 2017 al 15 de septiembre de 2017. ^{[ 134 ]}

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  Saturno, fotografiado por Cassini , 2016
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  La misión Cassini-Huygens en cifras (septiembre de 2017)
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  Despedida de Saturno y sus lunas ( Encélado , Epimeteo , Jano , Mimas , Pandora y Prometeo ) (13 de septiembre de 2017)