Am heutigen 19. März 2012 begann der mittlerweile 164. Umlauf der Raumsonde Cassini um den Planeten Saturn. Der Schwerpunkt der während des 18 Tage dauernden Umlaufs vorgesehenen wissenschaftlichen Studien liegt in der Untersuchung verschiedener Saturnmonde.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Am heutigen 19. März 2012 hat die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 00:55 MEZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum Saturn, erreicht. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Cassini in einer Entfernung von rund 2,37 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und begann damit zugleich ihren mittlerweile 164. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde wird sich bis zum 22. Mai 2012 auch weiterhin auf einer Orbitbahn bewegen, welche fast genau auf einer Ebene mit der Ringebene des Saturn sowie den Umlaufbahnen der größeren Saturnmonde verläuft.
Diese gegenwärtige äquatoriale Flugbahn der Raumsonde – während des jetzigen Orbits beträgt die Inklination lediglich 0,4 Grad – ermöglicht es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern unter anderem, die Kanten der Saturnringe abzubilden. Durch die Auswertung der entsprechenden Aufnahmen ist es zum Beispiel möglich, deren vertikale Ausdehnung zu ermitteln. Außerdem ergibt sich bei diesem Verlauf der Umlaufbahn die Möglichkeit, sich im Rahmen eines einzigen Orbits unter günstigen Umständen gleich mehreren Saturnmonden ohne weitere Kurskorrekturen zu nähern.
Wie bereits die vorherigen Umläufe wird auch der jetzt begonnene Orbit, er trägt die Bezeichnung „Rev 163“, von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern in erster Linie dazu genutzt werden, um den Ringplaneten und dessen größere, innere Monde mit verschiedenen Instrumenten zu untersuchen und aus unterschiedlichen Entfernungen mit der ISS-Kamera der Raumsonde abzubilden.
Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem von insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des 18 Tage dauernden Orbits insgesamt 38 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Ein großer Teil dieser Beobachtungen wird dabei erneut das gewaltige Sturmgebiet zum Ziel haben, welches sich seit dem Dezember 2010 über der nördliche Hemisphäre des Saturn ausdehnt (Raumfahrer.net berichtete), mittlerweile aber immer mehr an Stärke verliert. Außerdem sind verschiedene Beobachtungen der Monde Enceladus, Janus und Dione vorgesehen.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Die ISS-Kamera nahm ihren wissenschaftlichen Betrieb während des jetzigen Orbits bereits am heutigen Tag auf. Das Ziel der heutigen Beobachtung war die nördliche Saturnhemisphäre und das dort befindliche Sturmgebiet. Bis zum 3. April sind insgesamt 16 solcher jeweils nur wenige Minuten andauernde Beobachtungssequenzen vorgesehen, mit denen die aktuelle Ausdehnung und Entwicklung des Sturmgebietes dokumentiert werden soll.
Ebenfalls am heutigen Tag wurden zudem mehrere der kleineren inneren Saturnmonde im Rahmen sogenannter astrometrischer Beobachtungen abgebildet. 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 angefertigten Aufnahmen der Monde Calypso, Helene, Methone, Anthe, Epimetheus und Pandora besteht darin, die derzeit verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Die entsprechenden Fotosequenzen wurden allerdings durchweg aus größeren Distanzen angefertigt, so dass im Rahmen dieser Beobachtungen keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde aufgelöst werden konnten. Weitere astrometrische Beobachtungskampagnen sind für den 23. und 24. März sowie für den 3. April vorgesehen.
Am 20. März wird der größte Begleiter des Saturn, der 5.150 Kilometer durchmessende Mond Titan, in den Fokus der ISS-Kamera rücken. Das Ziel der Beobachtung, welche aus einer Entfernung von etwa 1,32 Millionen Kilometern erfolgen wird, besteht in der Dokumentation der oberen Atmosphärenschichten des Titan und der eventuell zu diesem Zeitpunkt dort befindlichen Wolkenstrukturen.
(Bild: Wikipedia)
Am 21. März wird Cassini die Suche nach weiteren bisher noch nicht entdeckten Saturnmonden fortsetzen. Zu diesem Zweck soll die ISS-Kamera an diesem Tag die Region um den Lagrange-Punkt L4 des Mondes Titan abbilden.
An den fünf Lagrangepunkten heben sich die Gravitationskräfte benachbarter Himmelskörper und die Zentrifugalkraft der Bewegung gegenseitig auf. Dadurch entstehen an diesen Punkten Zonen mit einem niedrigen Gravitationspotenzial. Drei der Lagrange-Punkte, nämlich L1, L2 und L3, sind dabei relativ instabil, so dass bereits geringe gravitative Wechselwirkungen zu einem Entweichen von eventuell dort befindlichen Objekten führen können. Die Punkte L4 und L5, welche sich 60 Grad vor beziehungsweise hinter dem Himmelskörper befinden, sind dagegen stabil, so dass sich dort kleinere Objekte sammeln und anschließend über einen nahezu unbegrenzt langen Zeitraum aufhalten können.
Im Mondsystem des Saturn befindet sich so zum Beispiel der kleine Mond Telesto in der L4-Region des größeren Mondes Tethys, während der Mond Calypso sich in der Region von dessen L5-Punkt befindet. Der L5-Punkt von Dione wird dagegen von dem Mond Polydeuces eingenommen. Die geplante Beobachtung des Lagrange-Punktes L4 bei Titan dient der Suche nach einem oder mehreren eventuell dort befindlichen und bisher noch unentdeckten weiteren Begleiter des Ringplaneten. Am 26. März soll mit der gleichen Zielsetzung auch der Lagrange-Punkt L5 des Titan abgebildet werden.
Am 27. März wird Cassini um 23:32 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während des 164. Orbits, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde 135.950 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. Bereits wenige Stunden zuvor erfolgt ein dichter Vorbeiflug an dem Saturnmond Enceladus, welcher um 20:30 MESZ in einer Entfernung von lediglich 74 Kilometern mit einer Geschwindigkeit von 7,5 Kilometern pro Sekunde passiert werden wird.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute, DLR)
Während der Annäherungsphase soll die ISS-Kamera aktiviert werden, um die südliche Hemisphäre des Mondes aus Entfernungen von 335.000 Kilometern bis hin zu 113.500 Kilometern abzubilden. Die Kamera soll hierbei speziell dazu eingesetzt werden, um die von der Südpolregion ausgehenden Fontänen aus Gas und feinen Wassereiskristallen abzubilden. Neben der Suche nach weiteren Plumes soll dabei eine eventuell veränderte Aktivität der bisher bekannten Auswurfzonen untersucht werden.
Im Anschluss an diese Beobachtungssequenz soll ein weiteres wissenschaftliches Instrument von Cassini, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), die zu diesem Zeitpunkt nicht von der Sonne beleuchtete Nachtseite des Mondes im mittleren und fernen Infrarotbereich abbilden und Temperaturvariationen auf der Mondoberfläche analysieren. Während der zwei Stunden um die dichteste Annäherung an Enceladus soll schließlich ein weiteres Spektrometer, das Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS), dazu eingesetzt werden, um die Zusammensetzung der von der Südpolregion ausgehenden Plumes zu untersuchen.
Die Flugbahn der Raumsonde wird während des Vorbeifluges entlang der Region „Baghdad Sulcus“, einem der vier „Tigerstreifen“ im Bereich der Südpolregion – den Austrittsregionen der Enceladus-Geysire – erfolgen. Durch den Flugverlauf wird es dem INMS-Spektrometer möglich sein, die einzelnen im Bereich des Baghdad Sulcus gelegene Auswurfzonen aufzulösen und dabei im Detail zu untersuchen.
Während der Abflugphase der Raumsonde soll schließlich erneut die ISS-Kamera auf den Mond ausgerichtet werden und ein aus mehreren Einzelaufnahmen bestehendes Mosaik der Mondoberfläche aufnehmen.
Noch am gleichen Tag wird sich Cassini um 23:34 MESZ dem kleineren, lediglich rund 179 Kilometer durchmessenden Saturnmond Janus im Rahmen eines nicht zielgerichteten Vorbeifluges bis auf eine Entfernung von 43.851 Kilometern nähern. Für diesen Vorbeiflug sind insgesamt 29 Aufnahmen der NAC-Kamera vorgesehen, welche hierbei verschiedene der zur Verfügung stehenden Filtersysteme einsetzen wird. Am 28. März erfolgt zudem um 07:07 MESZ ein ebenfalls nicht zielgerichteter Vorbeiflug an dem Mond Dione. Aus einer Entfernung von rund 44.000 Kilometern soll die ISS-Kamera auch hier ein aus diversen Einzelaufnahmen bestehendes Oberflächenmosaik erstellen.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Für die folgenden Tage sind zudem verschiedene Beobachtungssequenzen vorgesehen, welche speziell die Monde Titan und Rhea zum Ziel haben sollen. Neben diesen beiden größten Monden des Saturn werden bei diesen Gelegenheiten auch verschiedene weitere Saturnmonde in den Aufnahmebereich der Kamera gelangen.
Am 3. April soll die ISS-Kamera schließlich auf den Mond Thrymr ausgerichtet werden, um diesen aus einer Entfernung von rund 10,3 Millionen Kilometern über einen Zeitraum von neun Stunden mehrfach abzubilden. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von etwa 5,6 Kilometern und seiner im Vergleich zu den anderen kleinen Monden relativ hohen mittleren Dichte von 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter, welche auf eine Zusammensetzung aus Wassereis mit einem hohen Anteil an Silikatgestein hindeutet, ist über diesem erst im Jahr 2000 entdeckten Saturnmond bisher nur sehr wenig bekannt.
Anhand der Variationen in der sich bei der Beobachtung ergebenden Lichtkurve und dem Abgleich mit vorherigen Beobachtungen sollen dessen Helligkeitsvariationen und die sich daraus ergebende Rotationsperiode näher bestimmt werden. Diese Beobachtung ist ein 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 neben den Rotationsgeschwindigkeiten der Monde wertvolle Daten über deren Ausdehnung, die sich daraus ergebende Gestalt und die Neigung der Rotationsachsen gewinnen. Entsprechende Ergebnisse wurden Anfang Oktober 2011 auf dem EPSC-DPS Joint Meeting 2011, einem internationalen Planetologen-Kongress, im französischen Nantes präsentiert.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Für den 5. April ist eine Beobachtung des G-Ringes des Saturn vorgesehen, welcher bei dieser Gelegenheit durch die ISS-Kamera und das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) abgebildet werden soll. Cassini wird nur wenige Stunden später um 21:17 MESZ in einer Entfernung von rund 2,4 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und diesen 164. Orbit um den Ringplaneten beenden. Während des damit beginnenden Orbits Nummer 165 wird am 14. April ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Enceladus erfolgen. Enceladus wird dabei erneut in einer Distanz von lediglich rund 74 Kilometern überfolgen werden. Außerdem erfolgt am 15. April in einer Entfernung von etwas über 9.000 Kilometern ein nicht gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Tethys.
Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der 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.
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