Bereits am 10. Dezember 2010 begann der mittlerweile 143. Orbit der Raumsonde Cassini um den Planeten Saturn. Unter anderem wird die Raumsonde im Rahmen dieses 21 Tage dauernden Umlaufs mehrere Vorbeiflüge an verschiedenen Saturnmonden durchführen. Am 21. Dezember soll so zum Beispiel der Mond Enceladus in einer Höhe von lediglich 48 Kilometern überflogen werden.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Am 10. Dezember 2010 erreichte die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn erneut die Apoapsis, den Punkt der größten Entfernung zum Saturn. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Cassini etwa 2,62 Millionen Kilometer von der obersten Wolkenschicht des Saturn entfernt und begann zugleich ihren 143. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde befindet sich gegenwärtig in einem Orbit, welcher sich fast genau auf einer Ebene mit der Ringebene des Saturn sowie den Umlaufbahnen mehrerer größerer Saturnmonde befindet.
Der gegenwärtige Umlauf wird unter anderem dazu genutzt werden, um mehrere dieser Monde im Rahmen von nicht zielgerichteten Vorbeiflügen zu untersuchen. Bei diesen sogenannten „non-targeted flybys“ handelt es sich um Begegnungen mit größeren Saturnmonden, welche in Entfernungen von bis zu mehr als 100.000 Kilometern stattfinden, ohne dass hierfür eine Bahnkorrektur der Raumsonde durchgeführt werden muss. Des Weiteren steht am 21. Dezember ein zielgerichteter Vorbeiflug am Saturnmond Enceladus auf dem Arbeitsprogramm der Raumsonde.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment an Bord von Cassini wird die wissenschaftlichen Beobachtungen während dieses auch als „Rev142“ bezeichneten Saturn-Umlaufs am 12. Dezember aufnehmen. Aufgrund der sehr geringen Neigung gegen die Ringebene des Saturn befindet sich die Raumsonde in einer günstigen Position, um Aufnahmen der vertikalen Strukturen innerhalb des diffusen E-Rings zu erstellen. Diese fast ganztägige Beobachtung des E-Rings wird für mehrere Tage die einzige Aktivität der ISS-Kamera darstellen.
Nach einer kurzen Aktivierung der Triebwerke am 17. Dezember, dieses als „short engine burn“ bezeichnete Manöver dient einer Kurskorrektur der Sonde, wird Cassini am 20. Dezember um 23:49 Uhr MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während ihres 143. Orbits, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde 155.590 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. Sechs Stunden zuvor wird sich Cassini jedoch zuerst im Rahmen eines nicht zielgerichteten Vorbeifluges dem Mond Dione bis auf eine Distanz von 100.120 Kilometer annähern. Der Mond soll dabei von der ISS-Kamera sowie von dem Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) abgebildet werden. Dione wird sich diesen beiden Instrumenten bei den geplanten Aufnahmen als schmale Mondsichel präsentieren. Das wissenschaftliche Ziel dieser Aufnahmen besteht in der Suche nach Anzeichen für einen möglichen Kryovulkanismus auf diesem etwa 1.120 Kilometer durchmessenden Eismond des Saturn. Dieser könnte sich in Form von Jets, welche von der Mondoberfläche ausgehen, bemerkbar machen.
Während dieser Dione-Aufnahmen wird sich auch der Mond Prometheus mehrmals im Aufnahmebereich der ISS-Kamera befinden. Anschließend sind mehrere Abbildungen des größten Saturnmondes, des etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, geplant. Aus einer Distanz von etwa 935.000 Kilometern sollen dabei Wolkenstrukturen in der dichten Atmosphäre des Mondes untersucht werden. Gleichzeitig wird man nach Anzeichen für ein größeres Sturmgebiet Ausschau halten, welches bereits Ende September 2010 beobachtet werden konnte.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute, DLR)
Nur wenige Stunden nach diesen Beobachtungen erfolgt ein gezielter Vorbeiflug der Raumsonde an dem Mond Enceladus. Dieses auch als „E-13“ bezeichnete Manöver führt Cassini am 21. Dezember um 02:08 Uhr MEZ bis auf eine Distanz von lediglich 48 Kilometern an die Mondoberfläche. Während der Annäherungsphase an Enceladus wird die ISS-Kamera speziell die Südpolarregion dieses Eismondes abbilden und dabei die von dort ausgehenden Jets aus Eis und Wasserdampf erfassen. Zeitgleich wird ein anderes Spektrometer der Raumsonde, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), die nicht von der Sonne beschienenen Oberflächenbereiche des Mondes abbilden und so eine Temperaturkarte der Mondoberfläche erstellen.
Während der Phase der größten Annäherung an Enceladus, welche über der nördlichen Mondhemisphäre erfolgen wird, sollen mit Hilfe zweier weiterer Instrumente, des Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) und des Cosmic Dust Analyzer (CDA), die Konzentration und Zusammensetzung von Wasserdampf und Eispartikeln in der unmittelbaren Umgebung des Mondes bestimmt werden. Im Gegensatz zum vorherigen Enceladus-FlyBy, welcher am 30. November 2010 erfolgte, sind diesmal während der größten Annäherung keine Aufnahmen der ISS-Kamera vorgesehen. Nach der Annäherung wird das ISS-Experiment dagegen ein aus zehn Einzelaufnahmen bestehendes Mosaikbild erstellen, welches die vom Saturn abgewandte Mondhemisphäre wiedergeben wird. Zusätzlich soll ein Stereobild des Mondes angefertigt werden, bevor die ISS-Kamera in Zusammenarbeit mit dem VIMS-Spektrometer den gesamten Mond mit mehreren Farbfiltern abbildet.
Am 23. und 24. Dezember stehen dann schließlich erneute astrometrische Beobachtungen von mehreren kleineren Saturnmonden auf dem Arbeitsprogramm von Cassini. Das wissenschaftliche Ziel der dabei erfolgenden Abbildungen der Monde Telesto, Polydeuces, Methone, Janus, Helene, Pandora, Pallene, Prometheus und Anthe besteht darin, die bisher verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Die entsprechenden Fotosequenzen werden allerdings durchweg aus größeren Distanzen angefertigt werden, so dass im Rahmen dieser Beobachtungen keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde aufgelöst werden können.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Zusätzlich ist eine längere Beobachtung des etwa 40 Kilometer durchmessenden Mondes Siarnaq vorgesehen. Insgesamt sollen dabei aus einer größeren Entfernung 314 Einzelaufnahmen angefertigt werden. Die Beobachtung dieses Mondes ist Bestandteil einer langfristig angelegten Kampagne, in deren Verlauf mehrere der kleinen, äußeren Saturnmonde unter verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen aus mehreren Millionen Kilometern Entfernung abgebildet werden. Trotz der großen Distanz zwischen den Monden und der Raumsonde kann Cassini bei derartigen Beobachtungen wertvolle Daten über die Ausdehnung, die sich daraus ergebende Gestalt sowie die Dauer der Rotationsperioden der einzelnen Monde sammeln, welche sich aus Variationen in den beobachteten Lichtkurven ergeben. Zusätzlich werden bei diesen Beobachtungen auch Informationen über die Ausrichtung der Rotationsachsen und die Rotationsrichtung gewonnen.
Ebenfalls am 23. und 24. Dezember sind zudem weitere Beobachtungen des Titan vorgesehen, welcher sich der Raumsonde dabei als Halbmond präsentieren wird. Aus Entfernungen von 2,49 Millionen Kilometern beziehungsweise 2,76 Millionen Kilometern soll dabei die oberste Dunstschicht der Mondatmosphäre abgebildet werden. Anhand dieser Aufnahmen wollen die an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler eventuell erkennbare meteorologische Veränderungen, welche aufgrund des gerade stattfindenden Wechsels der Jahreszeiten auf Titan auftreten, untersuchen.
Am 31. Dezember wird Cassini schließlich erneut die Apoapsis erreichen und damit den 143. Orbit um den Ringplaneten beenden. Der damit beginnende Orbit Nummer 144 wird unter anderem nicht zielgerichtete Vorbeiflüge an den Saturnmonden Pandora und Methone beinhalten, welche beide am 10. Januar 2011 stattfinden werden. Am darauffolgenden Tag wird sich die Raumsonde dem Mond Rhea im Rahmen eines gezielten FlyBys bis auf eine Entfernung von 76 Kilometern annähern.
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