Vor wenigen Stunden begann der mittlerweile 166. Umlauf der Raumsonde Cassini um den Planeten Saturn. Der Schwerpunkt der während des 17 Tage dauernden Umlaufs vorgesehenen wissenschaftlichen Studien liegt diesmal in der Untersuchung der Saturnatmosphäre und der Monde Enceladus und Dione.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Am heutigen 23. April 2012 hat die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 16:46 MESZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum Saturn, erreichen. 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 166. 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 mehrerer größerer Saturnmonde verläuft.
Wie bereits die vorherigen Umläufe wird auch der jetzt begonnene Orbit, er trägt die Bezeichnung „Rev 165“, 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. Den Höhepunkt des gegenwärtigen Orbits bildet ein gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Enceladus, welcher am 2. Mai in einer Entfernung von 74 Kilometern passiert werden wird.
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 17 Tage dauernden Orbits insgesamt 23 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 ausdehnte (Raumfahrer.net berichtete). Außerdem sind verschiedene Beobachtungen der Saturnmonde Enceladus, Dione und Titan vorgesehen.
Nach einer kurzen Aktivierung der Triebwerke von Cassini am 23. April 2012 – dieses als „Short Engine Burn Nummer 318“ bezeichnete Manöver dient einer notwendigen Kurskorrektur der Raumsonde – wird die ISS-Kamera den wissenschaftlichen Betrieb während des Orbits Nummer 166 am 24. April aufnehmen. Das Ziel der Beobachtungen wird die nördliche Saturnhemisphäre und das immer noch dort befindliche, mittlerweile aber stark abgeschwächte Sturmgebiet sein. Bis zum 30. April sind insgesamt sieben solcher jeweils nur wenige Minuten andauernde Beobachtungssequenzen vorgesehen, mit denen die aktuelle Ausdehnung und Entwicklung des Sturmgebietes dokumentiert werden soll.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Ebenfalls am 24. April soll die ISS-Kamera zudem auf den Mond Erriapus ausgerichtet werden, um diesen aus einer Entfernung von rund 6,31 Millionen Kilometern über einen Zeitraum von 14 Stunden mehrfach abzubilden. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von etwa acht bis zehn Kilometern und seiner im Vergleich zu den anderen Saturnmonden 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. Eine vergleichbare Beobachtungssequenz wird am 1. und am 3. Mai den Mond Ymir zum Ziel haben.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Am 25. April 2012 soll sich Cassini zudem zum wiederholten mal als „Exoplanetenjäger“ betätigen. Zu diesem Zweck wird die ISS-Kamera zusammen mit einem der Spektrometer an Bord der Raumsonde, dem Visual Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), den im Sternbild Füchslein (lateinischer Name Vulpecula) gelegenen Stern HD 189733 ins Visier nehmen. Das Ziel dieser Beobachtungssequenz besteht darin, einen Transit des dort befindlichen Exoplaneten HD 189733b zu beobachten.
Dieser Exoplanet wurde am 11. Oktober 2005 mit Hilfe des Astrometriesatelliten Hipparcos entdeckt. Mittels erdgestützter spektroskopischer Untersuchungen konnten Astronomen Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und Methan in der Atmosphäre des Planeten nachweisen. Durch Beobachtungsdaten, welche durch das Spitzer Space Telescope gewonnen wurden, konnte außerdem eine grobe Karte der dort befindlichen Wolkenformationen erstellt werden. HD 189733b verfügt über eine Masse von etwa 1,14 Jupiter-Massen. Für eine vollständige Umrundung seines Zentralstern benötigt er eine Zeitdauer von lediglich 2,22 Tagen.
Im Rahmen der Beobachtung wollen die an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler versuchen, den Transit des Exoplaneten vor seinem Zentralstern zu beobachten. Der rund 63 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt befindliche Stern HD 189733, welcher über eine visuellen Helligkeit von 7,67 mag verfügt, wird in den Aufnahmen der ISS-Kamera lediglich als ein relativ schwacher Lichtpunkt sichtbar sein. Der Exoplanet kann dagegen nicht direkt beobachtet werden. Allerdings erhoffen sich die Wissenschaftler, im Rahmen der Beobachtungen eine minimale Abschwächung des von HD 189733 ausgehenden Lichts registrieren zu können.
(Bild: TEP-Network, H. Deeg, Carrido)
Diese Vorgehensweise ist eine der üblichen Methoden, welche Astronomen bei der Suche nach Exoplaneten anwenden. Sie wird als Transitmethode bezeichnet. Sobald ein Exoplanet von der Erde aus gesehen direkt vor seinem Mutterstern vorbeizieht, nimmt die Helligkeit des beobachteten Sterns um einen winzigen Bruchteil ab, da der Planet einen Teil des von seinem Zentralgestirn ausgehenden Lichts abschirmt. Um diesen Helligkeitsabfall zu erfassen – bei einem Transit des Exoplaneten HD 189733b vor seinem Zentralstern beträgt dieser Helligkeitsabfall lediglich etwa drei Prozent – wird die ISS-Kamera während der Beobachtungssequenz alle drei Minuten eine Aufnahme des Sterns anfertigen.
Am 2. Mai wird Cassini um 14:34 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während ihres 166. Orbits, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde 135.460 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute, DLR)
Bereits drei Stunden zuvor erfolgt ein dichter Vorbeiflug an dem Saturnmond Enceladus, welcher um 11:31 MESZ in einer Entfernung von lediglich 74 Kilometern mit einer Geschwindigkeit von 7,5 Kilometern pro Sekunde passiert werden wird. Während der Annäherungsphase soll die ISS-Kamera eingesetzt werden, um die südliche Hemisphäre des Mondes aus Entfernungen von 416.000 Kilometern bis hin zu 106.000 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 Infrarotbereich abbilden und nach Temperaturvariationen auf der Mondoberfläche suchen.
Während der zwei Stunden um die dichteste Annäherung an Enceladus soll schließlich das Radio Science Subsystem (RSS) eingesetzt werden. Während des Vorbeifluges an dem Mond wird Cassini durch von Enceladus ausgehende gravitative Einflüsse minimal von der vorausberechneten Flugbahn abgelenkt werden. Diese Abweichungen machen sich in einem von Cassini ausgestrahlten Radiosignal durch eine Dopplerverschiebung bemerkbar.
Durch die RSS-Messungen sollen Informationen über die innere Struktur des Mondes gewonnen werden. Speziell erhoffen sich die Wissenschaftler durch das RSS-Experiment neue Erkenntnisse über eventuell existierende Heterogenitäten und Massekonzentrationen im Bereich des Südpols von Enceladus. Durch den Nachweis von unterschiedlichen Massekonzentrationen ließe sich eventuell die These eines dort befindlichen unterirdischen Wasserreservoirs erhärten.
Ebenfalls am 2. Mai erfolgt ein dichter Vorbeiflug der Raumsonde an dem Mond Dione. Dieser wird von Cassini um 22:13 in einer Entfernung von 8.057 Kilometern mit einer Geschwindigkeit von 8,5 Kilometern pro Sekunde passiert werden. Während des Vorbeifluges werden hauptsächlich das CIRS-Spektrometer und die ISS-Kamera für die Untersuchung des Mondes eingesetzt. Die ISS-Kamera soll dabei verschiedene Mosaikaufnahmen der Mondoberfläche erstellen, wobei eine Auflösung der Oberfläche von bis zu 53 Metern pro Pixel erreicht werden wird.
Nach einem weiteren Kurskorrekturmanöver am 5. Mai sind für den 6. und 7. Mai verschiedene Beobachtungen des größten der 62 bisher bekannten Saturnmonde, des etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, eingeplant. Dieser soll hierbei aus Entfernungen zwischen 700.000 bis 900.000 Kilometern abgebildet werden. Das Ziel der Beobachtungen besteht in der Dokumentation der oberen Atmosphärenschichten des Titan und der zum Beobachtungszeitpunkt eventuell dort befindlichen Wolkenstrukturen. Eine weitere Titan-Beobachtungskampagne wird am 11. Mai aus einer Entfernung von rund 2,57 Millionen Kilometern erfolgen.
Nur wenige Stunden später wird Cassini um 11:28 MESZ in einer Entfernung von rund 2,4 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und diesen 166. Orbit um den Ringplaneten beenden. Während des damit beginnenden Orbits Nummer 167 wird am 22. Mai ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan erfolgen. Dieser soll dabei in einer Distanz von rund 955 Kilometern passiert und mit verschiedenen Instrumenten untersucht werden.
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.
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