Am 28. Mai 2012 beginnt der mittlerweile 168. Umlauf der Raumsonde Cassini um den Planeten Saturn. Dabei wird sich die Raumsonde dem Mond Titan am 7. Juni bis auf eine Entfernung von 959 Kilometern nähern und mit verschiedenen Instrumenten untersuchen.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Am 28. Mai 2012 wird die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 07:16 MESZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich Cassini in einer Entfernung von rund 2,2 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 168. Umlauf um den Ringplaneten beginnen. Den Höhepunkt dieses Orbits, er trägt die Bezeichnung „Rev 167“, bildet ein gesteuerter Vorbeiflug an dem Saturnmond Titan, welcher am 7. Juni in einer Entfernung von 959 Kilometern passiert werden wird.
Die für die Steuerung der Raumsonde verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) wollen diese nahe Mondpassage dazu nutzen, um die Inklination der Raumsonde zu verändern und Cassini in eine Umlaufbahn um den Saturn manövrieren, welche über eine deutlich größere Neigung gegenüber der Äquatorebene des Planeten verfügt. Die aktuelle Bahnneigung von rund 16 Grad wird dabei auf einen Wert von 21,1 Grad erhöht werden. Bis Mitte 2013 soll die Neigung der Umlaufbahn im Rahmen verschiedener weiterer Titan-Passagen in mehreren Schritten sogar auf fast 62 Grad erhöht werden. Dieser Flugverlauf ermöglicht den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern in den kommenden Monaten eine detaillierte Untersuchung der Polarregionen des Saturn. Zusätzlich wird auch das Ringsystem des Saturn von den abbildenden wissenschaftlichen Instrumenten der Raumsonde zukünftig in seiner „Gesamtheit“ besser erfasst werden können als bisher.
Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des 19 Tage dauernden Orbits insgesamt 51 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Die ISS-Kamera wird den wissenschaftlichen Betrieb während des Orbits Nummer 168 am 29. Mai aufnehmen. Das Ziel der Beobachtung wird die nördliche Saturnhemisphäre und das immer noch dort befindliche, mittlerweile aber stark abgeschwächte Sturmgebiet sein. Bis zum 17. Juni sind insgesamt 24 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 29. Mai sollen zudem mehrere der kleineren inneren Saturnmonde im Rahmen sogenannter astrometrischer Beobachtungen abgebildet werden. 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 Epimetheus, Telesto, Atlas, Calypso, Polydeuces und Daphnis besteht darin, die derzeit verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Die entsprechenden Fotosequenzen werden allerdings durchweg aus größeren Distanzen angefertigt, so dass im Rahmen dieser Beobachtungen keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde aufgelöst werden können. Eine weitere astrometrische Beobachtungskampagne wird am 2. Juni die Monde Helene, Pallene, Janus, Pan und Polydeuces zum Ziel haben.
Im Anschluss an die Kampagne vom 29. Mai wird sich die ISS-Kamera auf den kleinen, äußeren Saturnmond Ymir ausrichten und diesen aus einer Entfernung von rund 15 Millionen Kilometern über einen Zeitraum von 10 Stunden und 30 Minuten mehrfach abbilden. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von etwa 18 Kilometern und seiner 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 einem Abgleich mit vorherigen Beobachtungen sollen dessen Helligkeitsvariationen und die sich daraus ergebende Rotationsperiode näher bestimmt werden. Diese Beobachtungssequenz 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.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
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.
Bis zum 2. Juni wird auch der größte der Saturnmonde, der 5.150 Kilometer durchmessende Mond Titan, mehrfach in den Fokus der ISS-Kamera geraten. Die Wissenschaftler wollen die aus mehreren Millionen Kilometern Distanz anzufertigenden Aufnahmen dazu nutzen, um auch hier das aktuelle Wettergeschehen zu dokumentieren. Aufgrund der Veränderungen in eventuell zu beobachtenden Wolkenstrukturen lassen sich so zum Beispiel die vorherrschenden Windströmungen und -geschwindigkeiten ermitteln.
Am 5. Juni wird Cassini um 06:53 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während des 168. Orbits, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde 126.590 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. Während dieser Phase gilt das spezielle Interesse dem Mond Mimas, welcher bereits wenige Minuten später im Rahmen eines nicht zielgerichteten Vorbeifluges in einer Entfernung von 43.563 Kilometern passiert und durch die ISS-Kamera abgebildet werden wird. Parallel dazu wird das Composite Infrared Spectrometer (CIRS) eingesetzt, um die nördliche Hemisphäre des Mondes zu untersuchen.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Außerdem soll bei dieser Gelegenheit der A-Ring des Saturn näher untersucht werden. Das besondere Interesse gilt hierbei den sogenannten „Propeller-Strukturen“, welche durch gravitative Anomalien innerhalb des Ringsystems erzeugt werden. Verantwortlich hierfür sind sogenannte „Moonlets“ – lediglich mehrere hundert Meter durchmessende Minimonde. Alleine im Bereich des A-Ringes befinden sich mehrere Tausend solcher Propellerstrukturen. Die Beobachtung am 4. und 5. Juni dient der Katalogisierung dieser Strukturen. Durch ihre Untersuchung erhoffen sich die Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über die Prozesse, welche zur Bildung der Saturnringe geführt haben.
Am 7. Juni wird Cassini den Mond Titan um 02:07 MESZ mit einer Geschwindigkeit von 5,9 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 959 Kilometern passieren und mit verschiedenen Instrumenten analysieren. Während der Anflugsphase werden dabei das CIRS-Spektrometer und das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) auf die Nachtseite des Titan ausgerichtet sein und die Oberfläche und die oberen Atmosphärenschichten des Mondes untersuchen. Die ISS-Kamera wird dabei unterstützende Daten im Bereich des sichtbaren Lichts liefern.
Während der Phase der dichtesten Annäherung wird das RADAR-Instrument der Raumsonde aktiviert und die Mondoberfläche abtasten. Durch diese Untersuchung wollen die Wissenschaftler eine bisher bestehende Datenlücke füllen und ihre Kenntnisse über die Topografie der nördlichen Titanhemisphäre vervollständigen. In der Abflugphase werden schließlich das CIRS und das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS) auf Titan gerichtet. Diese Messungen dienen unter anderem der Ermittlung der vorherrschenden Oberflächentemperatur. Begleitend dazu soll die ISS-Kamera den Mond erneut abbilden und Wolkenformationen in dessen Atmosphäre wiedergeben. Die entsprechende ISS-Kampagne wird bis zum 8. Juni andauern.
Während der folgenden Tage sind verschiedenen weitere astrometrische Beobachtungen der inneren, kleineren Saturnmonde sowie meteorologische Beobachtungen des Titan und des Saturn vorgesehen, welche durchweg aus größeren Entfernungen erfolgen werden.
(Bild: Wikipedia)
Am 16. Juni wird Cassini die Suche nach weiteren bisher noch nicht entdeckten Saturnmonden fortsetzen. Zu diesem Zweck soll die ISS- Kamera die Region um den Lagrange-Punkt L5 des Mondes Titan abbilden, welcher sich 60 Grad hinter dem Titan befindet.
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 L5 von Titan dient der Suche nach einem oder mehreren eventuell dort befindlichen und bisher noch unentdeckten weiteren Begleitern des Ringplaneten.
Am 17. Juni 2012 wird Cassini um 03:46 MESZ in einer Entfernung von rund 2,9 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und diesen 168. Orbit um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbits Nummer 169 sind diverse Beobachtungen des Ringsystems des Saturn vorgesehen. Außerdem wird am 28. Juni ein nicht gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Tethys erfolgen, welcher dabei in einer Entfernung von rund 68.500 Kilometern passiert werden wird.
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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