Am 24. Dezember 2014 beginnt die Raumsonde Cassini ihren mittlerweile 212. Umlauf um den Planeten Saturn. Den Höhepunkt dieses neuen Orbits bildet ein für den 11. Januar 2015 vorgesehener naher Vorbeiflug der Raumsonde an dem Saturnmond Titan. Mit einem Radar-Instrument soll hierbei unter anderem die Tiefe von einem der mit Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten Seen bestimmt werden.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am heutigen Tag erreicht die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 20:16 MEZ erneut die Apoapsis – den Punkt ihrer größten Entfernung zu dem zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystem. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 3,33 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 212. Umlauf um den Ringplaneten beginnen. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von 28,6 Grad auf.
Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der 12 wissenschaftlichen Instrumente an Bord von Cassini, sind während dieses 32 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 211“ lautet, insgesamt 50 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Den Höhepunkt des jetzt beginnenden Saturnumlaufs stellt allerdings ein für den 11. Januar 2015 vorgesehener naher Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Mondbeobachtungen
Als erstes Beobachtungsziel während des neuen Umlaufs um den Saturn steht der Mond Erriapus – einer der kleinen, äußeren Saturnmonde – auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera. Mit einer scheinbaren Helligkeit von lediglich 23,0 mag handelt es sich bei Erriapus um ein äußerst lichtschwaches Objekt, welches von der Erde aus nur extrem schwierig zu beobachten ist. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von rund acht Kilometern und seiner mittleren Dichte von etwa 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter ist über diesen erst im Jahr 2000 entdeckten Mond deshalb bisher nur sehr wenig bekannt. Die mittlere Dichte deutet allerdings darauf hin, dass sich dieser Mond vermutlich in erster Linie aus einer Mischung aus Wassereis und Gestein zusammensetzt. Erriapus verfügt zudem über eine relativ dunkle Oberfläche, welche bei einem Albedo-Wert von 0,06 lediglich etwa sechs Prozent des einfallenden Sonnenlichtes ins Weltall reflektiert.
Die Beobachtungen von Erriapus werden am heutigen Tag gegen 21:16 MEZ beginnen. In den folgenden 20 Stunden sollen aus einer Distanz von durchschnittlich rund 15,4 Millionen Kilometern insgesamt 265 Aufnahmen von dem Mond angefertigt werden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen sollen die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die sich daraus abzuleitende Rotationsperiode dieses Mondes sowie die Ausrichtung von dessen Rotationsachse bestimmt werden.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Wetterbeobachtungen auf dem Titan und dem Saturn
Im Anschluss an die Erriapus-Kampagne rückt dann am 26. Dezember zunächst der Mond Titan in den Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Hierbei soll die Telekamera des ISS-Kameraexperiments den Titan aus einer Distanz von 3,46 Millionen Kilometern abbilden und dabei auf dessen nördlichen Hemisphäre nach markanten Wolkenformationen Ausschau halten. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von Wolkenstrukturen und kleineren Sturmgebieten lassen sich zum Beispiel Aussagen über die gegenwärtig in der dichten Titanatmosphäre vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen.
In Kombination mit früheren und zukünftigen Beobachtungen dieser langfristig angelegten ‚Sturmbeobachtungskampagne‘ lässt sich durch derartige Aufnahmen die allgemeine ‚Großwetterlage‘ auf dem Titan dokumentieren, welche sich aufgrund der Bewegung des Saturn um die Sonne und der dabei auftretenden Jahreszeiten in einem etwa 30 Jahre dauernden Rhythmus kontinuierlich verändert (Raumfahrer.net berichtete). Bis zum 30. Dezember sind drei weitere derartige Beobachtungen vorgesehen.
Mit der gleichen wissenschaftlichen Zielsetzung wird die Weitwinkelkamera des ISS-Experiments am 27. Dezember auf den Saturn gerichtet sein und auch dort die Atmosphäre im Rahmen einer kurzen Beobachtungskampagne mit mehreren der insgesamt 18 Filter abbilden, mit denen die WAC ausgestattet ist. Bis zum 21. Januar 2015 sind weitere 14 weitere auf den Saturn bezogene ‚Sturmbeobachtungskampagnen‘ vorgesehen.
Astrometrische Beobachtungen
Zum Jahresabschluss sind für den 27. Dezember zudem diverse sogenannte ‚astrometrische Beobachtungen‘ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde geplant. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Saturn und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen der jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der anzufertigenden Aufnahmen der Monde besteht darin, die derzeit verfügbaren Parameter über deren gegenwärtigen Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Weitere astrometrische Beobachtungskampagnen sollen am 1., am 2. und am 6. Januar 2015 erfolgen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Diverse Ringe und Monde
Am 2. und 3. Januar soll die ISS-Kamera zudem über einen Zeitraum von 16 Stunden auf die Encke-Teilung gerichtet werden, welche sich im Bereich des äußeren A-Ringes des Saturn befindet. Die dabei zu erstellenden Aufnahmen sollen anschließend zu einer Videosequenz zusammengefügt werden.
Im Anschluss an die Beobachtungen der Encke-Teilung steht der F-Ring auf dem Beobachtungsprogramm, wobei unter anderem zum wiederholten Mal die dort erkennbaren diversen Verästelungen der gewundenen Einzelringe abgebildet werden sollen. Frühere Aufnahmen des ISS-Kamerasystems von Cassini führten zu dem Schluss, dass in erster Linie gravitative Wechselwirkungen mit dem weiter innen liegenden A-Ring und den beiden den F-Ring begrenzenden Saturnmonden Prometheus und Pandora die Form des F-Ringes gestalten. Speziell die gravitativen Einflüsse dieser beiden als „Schäfermonde“ fungierenden Monde sind für die Ausbildung der beobachteten Wellenstrukturen des F-Ringes verantwortlich. Auch aus diesen Aufnahmen soll eine kurze Videosequenz erstellt werden.
Zwischen dem 4. und dem 6. Januar soll die ISS-Kamera dann gleich zwei mal den Mond Iapetus abbilden. Zum Zeitpunkt der Beobachtungen wird sich dieser im Mittel 1.436 Kilometer durchmessenden Saturnmond in einer Entfernung von rund vier Millionen Kilometern zu Cassini befinden, weshalb es nicht möglich sein wird, Details von dessen zweigeteilten Oberfläche abzubilden. Auch eines der markantesten Merkmale von Iapetus – ein rund 1.300 Kilometer langer, etwa 20 Kilometer breiter und bis zu 13 Kilometer hoher Bergrücken – wird auf den Aufnahmen nicht erkennbar sein. Trotzdem werden diese Aufnahmen dabei behilflich sein, die unterschiedlichen Färbungen auf der Oberfläche dieses Mondes zu studieren.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 7. Januar wird dann aus einer Distanz von 12,7 Millionen Kilometern der äußere Saturnmond Phoebe abgebildet. Obwohl dieser etwa 212 Kilometer durchmessende Mond, bei dem es sich vermutlich um ein von dem Saturn ‚eingefangenes‘ Objekt aus der Frühzeit unseres Sonnensystem handelt, auf diesen Aufnahmen lediglich einen Durchmesser von drei Pixeln einnehmen wird, können diese Fotos doch genutzt werden, um auch hier die farblichen Variationen auf dessen Oberfläche zu studieren, welche auf unterschiedliche dort abgelagerte chemische und mineralogische Verbindungen hindeuten.
Periapsis
Am 9. Januar 2015 wird Cassini schließlich um 18:55 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 212, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 431.580 Kilometern passieren. Der Großteil der hierbei durchzuführenden Beobachtungssequenzen wird sich auf das Ringsystem des Saturn konzentrieren.
So wird zum Beispiel am 8. Januar eines der Spektrometer der Raumsonde, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), dazu genutzt, um in Zusammenarbeit mit dem ISS-Kameraexperiment eine Sternbedeckung zu dokumentieren. Hierbei wird der im Sternbild Jungfrau (lateinischer Name Virgo) gelegene Stern Spica von Teilen des Ringsystems bedeckt. Bei einer weiteren Sternbedeckung – am 9. Januar wird der im Sternbild Herkules gelegene Stern Alpha Herculis von den Saturnringen bedeckt – kommt zudem das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) zum Einsatz.
Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in den Lichtkurven von Spica und Alpha Herculis erhoffen sich die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau, die Materialdichte und die Struktur der Ringbereiche, welche diese Sterne bei den Okkultationen bedecken. Außerdem, so die Wissenschaftler, können hierbei eventuelle Veränderungen in der Ringstruktur registriert werden, welche erst kürzlich durch das Gravitationsfeld des Saturn oder durch ‚Einschläge‘ von Meteoroiden verursacht wurden.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Außerdem steht am 10. Januar der äußere A-Ring auf dem Beobachtungsprogramm der Raumsonde. Hierbei sollen in erster Linie zum wiederholten Mal sogenannte ‚Propellerstrukturen‘ dokumentiert werden. Bei diesen lediglich etwa 15 bis 25 Kilometer großen Strukturen handelt es sich um kleine ‚Hohlräume‘ innerhalb des Ringsystems, welche durch die gravitativen Einflüsse von vermutlich lediglich wenige Dutzend Kilometer durchmessenden Mini-Monden – so genannten Moonlets – verursacht werden. Durch die anzufertigenden Aufnahmen des A-Ringes sollen die bisher bekannten Bahnparameter dieser Objekte noch weiter verfeinert werden. Weitere Beobachtungen werden Teilbereiche der Ringe „B“, „D“ und „F“ zum Ziel haben.
Der Titan-Vorbeiflug T-108
Am 11. Januar 2015 steht dann der Höhepunkt dieses 212. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 20:49 MEZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,8 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 980 Kilometern passieren. Die mit diesem 109. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-108“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung. Neben dem ISS-Kamerasystem sollen dabei verschiedene Spektrometer genutzt werden, um die Oberfläche und die Atmosphäre des Titan zu untersuchen.
Während der Phase der dichtesten Annäherung an den Titan wird schließlich das RADAR-Instrument von Cassini für sieben Stunden die Beobachtungsabläufe dominieren. Unter anderem durch Scatterometrie- und Radiometriemessungen soll das RADAR weite Bereiche der in diesem Zeitraum sichtbaren Titanoberfläche abtasten und dabei weitere Daten über die Gestalt und die Zusammensetzung der Oberfläche sammeln. Durch Beobachtungen im Synthetic Aperture Radar-Modus sollen zudem gezielt mehrere der mit flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten Seen auf der Titanoberfläche abgebildet und studiert werden.
Unter anderem soll dabei versucht werden, ein ‚Bodenecho‘ vom Grund des Punga Mare zu erhalten. Die bei dieser Messung zu sammelnden Daten sollen nicht nur Aufschluss über die Tiefe dieses Sees liefern. Sie sollen auch dabei helfen zu erklären, warum entsprechende Messungen bei einem anderem See – dem Kraken Mare – erfolglos verliefen, während Messungen bei einem weiteren ‚Gewässer‘ – dem Ligeia Mare – zu dem Resultat führten, dass dieser See eine Tiefe von bis zu 170 Metern erreicht. Verfügen die Kohlenwasserstoffverbindungen, welche das Kraken Mare füllen über eine andere Zusammensetzung – hierfür infrage kommt zum Beispiel ein höherer Anteil an Ethan – als die Verbindungen im Ligeia Mare oder ist das Kraken Mare einfach nur zu tief, als dass die Radarstrahlen dessen Grund erreichen können?
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Weitere SAR-Messungen werden sich direkt auf den See Ligeia Mare sowie auf ein ausgedehntes Feld aus Sanddünen namens Aaru konzentrieren, dessen Zentrum sich bei zehn Grad südlicher Breite und 340 Grad westlicher Länge im Bereich der Äquatorregion des Titan befindet. Dieser Vorbeiflug an den Titan bietet laut den derzeitigen Planungen über den weiteren Verlauf der Cassini-Mission für die beteiligten Wissenschaftler die letzte Gelegenheit, das Ligeia Mare mit dem RADAR-Instrument im Detail zu untersuchen.
Nach dem Abschluss der Radarmessungen wird rund fünf Stunden nach der dichtesten Annäherung an den Titan erneut die ISS-Kamera ‚übernehmen‘ und diesen Mond in Zusammenarbeit mit einem weiteren Spektrometer, dem Composite Infrared Spectrometer (CIRS), abbilden. Die Messungen des CIRS sollen dazu dienen, die aktuellen Atmosphärentemperaturen über der Nachtseite des Titan zu ermitteln. Diese Daten sollen auch dabei helfen, eventuell gegenwärtig auftretende, durch den derzeitig erfolgenden Jahreszeitenwechsel bedingte Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Titanatmosphäre zu erkennen. Die mit dem Vorbeiflug T-108 verbundenen Beobachtungen des Titan werden noch bis zum 15. Januar andauern, wobei sich das Interesse der beteiligten Wissenschaftler dabei erneut auf die Dokumentation des gegenwärtigen Wettergeschehens konzentrieren wird.
Der Abschluss des Orbits 212
Nach einer kurzen Zündung der Triebwerke, welche bereits am 14. Januar erfolgen wird und einer notwendigen Kurskorrektur innerhalb des Saturnsystems dient, steht dann am 17. und 18. Januar erneut ein weiterer der kleinen, äußeren Saturnmonde – der etwa 23 Kilometer durchmessende Mond Albiorix – auf dem Beobachtungsprogramm, welcher dabei aus einer Entfernung von durchschnittlich 7,57 Millionen Kilometern im Rahmen einer 37 Stunden andauernden Beobachtungskampagne mehrfach abgebildet werden soll. Wie bereits zu Beginn des Saturnorbits Nummer 212 bei dem Mond Erriapus sollen auch bei Albiorix anhand der anzufertigenden Beobachtungsdaten dessen Rotationsperiode sowie die Ausrichtung der Rotationsachse näher bestimmt werden.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Zum Abschluss des am heutigen Tag beginnenden Saturnumlaufs steht dann im Januar 2015 erneut die Beobachtung einer Sternbedeckung an. Am 20. Januar wird der im Sternbild Großer Hund gelegene Stern Beta Canis Maioris von den Saturnringen bedeckt. Neben der ISS-Kamera soll dieses Ereignis ebenfalls mit dem UVIS-Spektrometer dokumentiert werden.
Am 25. Januar 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 19:42 MEZ in einer Entfernung von rund 3,5 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 212. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 213 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie der Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 12. Februar 2015 in einer Entfernung von dann rund 1.200 Kilometern erneut passiert werden soll.
Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, der europäischen Weltraumagentur ESA und der italienischen Weltraumagentur ASI. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology (Caltech), leitet die Mission im Auftrag des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC. Nach dem derzeitigen Planungsstand soll Cassini den Saturn noch bis zum Jahr 2017 erkunden und am 15. September 2017 aufgrund des dann nahezu komplett aufgebrauchten Treibstoffvorrates kontrolliert in der Atmosphäre des Ringplaneten zum Absturz gebracht werden (Raumfahrer.net berichtete).
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