Am 29. August beginnt für die Raumsonde Cassini der mittlerweile 198. Umlauf um den Planeten Saturn. In den folgenden Tagen stehen erneut das Ringsystem und verschiedene Monde des Saturn im Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Den Höhepunkt des 29 Tage andauernden Orbits bildet ein für den 12. September geplanter dichter Vorbeiflug der Raumsonde an dem Mond Titan.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 29. August 2013 wird die Raumsonde Cassini um 16.49 Uhr MESZ auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 2,03 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 198. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini eine Inklination von 53,4 Grad auf.
Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des 29 Tage andauernden Umlaufs – dieser trägt die Bezeichnung „Rev 197“ – insgesamt 38 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Ein Großteil dieser Kampagnen wird erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Den Höhepunkt der Beobachtungen stellt jedoch ein gesteuerter Vorbeiflug am größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan dar.
Die ersten Beobachtungen sollen bereits fünf Stunden nach dem Beginn des neuen Orbits erfolgen, wobei die ISS-Kamera den Saturn abbilden wird. Mittels der dabei geplanten Abbildungen der Saturnatmosphäre durch die WAC-Kamera, welche Bestandteil einer langfristig ausgelegten „Sturmbeobachtungskampagne“ sind, sollen erneut aktuelle Daten über das dortige Wettergeschehen gesammelt werden. Durch die Beobachtung von kleineren Sturmgebieten und markanten Wolkenformationen in den Atmosphären des Saturn lassen sich zum Beispiel Aussagen über die dort gegenwärtig vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen. Bis zum 20. September sind neun weitere solcher Beobachtungen vorgesehen.
Monde und Ringsystem
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Zunächst wird sich das Interesse der an der Mission beteiligten Wissenschaftler jedoch auf verschiedene Saturnmonde konzentrieren. Am 30. August wird sich die ISS-Kamera nach einer kurzen Beobachtung des durchschnittlich 1.436 Kilometer durchmessenden Saturnmondes Iapetus dabei auf den kleinen, äußeren Saturnmond Kiviuq richten. Mittels der aus einer Entfernung von rund 12,4 Millionen Kilometern angefertigten Aufnahmen soll die Ausrichtung von dessen Rotationsachse und die Position des Nordpols bestimmt werden.
Am 4. September wird die Raumsonde den Mond Titan in einer Entfernung von 531.399 Kilometern passieren. Im Rahmen dieses nicht gesteuerten Vorbeifluges soll die ISS-Kamera diverse Aufnahmen von dem Mond anfertigen, mit denen in erster Linie die Titanatmosphäre und eventuell dort vorhandene Wolkenformationen abgebildet werden sollen. Vergleichbare Beobachtungen werden nochmals zwei Tage später erfolgen. Zuvor wird sich die Kamera jedoch am 5. September auf einen weiteren kleinen Mond, den lediglich etwa 15 Kilometer durchmessenden Mond Tarvos, richten. Auch bei diesem soll aus einer Entfernung von diesmal rund 14,4 Millionen Kilometern die Position von dessen Nordpol ermittelt werden.
Am 7. September steht dann der F-Ring des Saturn auf dem Beobachtungsprogramm. Bei dieser Beobachtungssequenz gilt das wissenschaftliche Interesse speziell den diversen Verästelungen der gewundenen Einzelringe sowie deren Interaktion mit den in der Nähe befindlichen Monden. Frühere Beobachtungen zeigten, dass vor allem gravitative Wechselwirkungen mit dem weiter innen liegenden A-Ring und den beiden den F-Ring begrenzenden Saturnmonden Prometheus und Pandora die Struktur 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.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 10. September wird Cassini schließlich um 15.48 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 198 erreichen und den Planeten in einer Entfernung von rund einer Million Kilometern passieren. In dieser Phase des Orbits sollen 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 besteht darin, die derzeit verfügbaren Daten über deren Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Weitere astrometrischer Beobachtungen sind für den 14. und 19. September vorgesehen.
Etwa 90 Minuten nach dem Passieren der Periapsis steht eine Sternokkultation auf dem Beobachtungsprogramm. Neben der ISS-Kamera wird hierbei eines der Spektrometer der Raumsonde, das Visual and Infrared Spectrometer (VIMS), zum Einsatz kommen. Bei dieser Okkultation wird der veränderliche Stern W Hydrae von Teilen des Ringsystems bedeckt. Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in der Lichtkurve von W Hydrae erhoffen sich die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau, die Materialdichte und die Struktur der Ringbereiche, welche den Stern bei dieser Okkultation bedecken.
Außerdem wird sich die ISS-Kamera am 10. September auf einen Teilbereich des äußeren A-Ringes richten, wobei unter anderem zum wiederholten Mal sogenannte „Propellerstrukturen“ dokumentiert werden sollen. Bei diesen lediglich etwa 15 bis 25 Kilometer großen Strukturen handelt es sich um kleine „Hohlräume“ und Massekonzentrationen innerhalb des Ringsystems, welche durch die gravitativen Einflüsse von vermutlich lediglich wenige Kilometer durchmessenden Mini-Monden – so genannten Moonlets – verursacht werden (Raumfahrer.net berichtete). Durch die anzufertigenden Aufnahmen sollen die bisher bekannten Bahnparameter dieser Moonlets noch weiter verfeinert werden.
Vorbeiflug am Titan
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Zwei Tage nach dem Passieren der Periapsis wird die Raumsonde Cassini schließlich am 12. September um 9.44 MESZ den Saturnmond Titan zum 95. mal im Rahmen eines zielgesteuerten Vorbeifluges passieren. Im Rahmen dieses als „T-94“ bezeichneten Vorbeifluges wird die Raumsonde die Oberfläche des Titan mit einer Geschwindigkeit von 5,8 Kilometern pro Sekunde in einer Höhe von 1.400 Kilometern überfliegen.
Während der Annäherungsphase an den Titan soll ein weiteres Instrument, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), dazu genutzt werden, um diverse Scans auf der Nachtseite des Titan durchzuführen. Das Ziel der Messungen besteht darin, die zu diesem Zeitpunkt in der Stratosphäre der Titanatmosphäre vorherrschenden Temperaturen zu ermitteln. Zusätzlich sollen hierbei durch Abtastungen, welche im mittleren und fernen Infrarotbereich erfolgen, die Verteilung von Aerosolen und verschiedener chemischer Verbindungen in den oberen Schichten der Titanatmosphäre bestimmt werden.
Im Anschluss an diese Messungen wird die ISS-Kamera Teilbereiche der Nordpolregion des Titan und von dessen nördlichen Hemisphäre abbilden und ein aus 13 Einzelaufnahmen bestehendes Mosaik erstellen. Diese Aufnahmen sollen diverse Details über die dort befindlichen Seen aus Kohlenwasserstoffverbindungen enthüllen und eine immer noch existierende größere Datenlücke in den bisherigen Titanaufnahmen der ISS-Kamera schließen.
Während der Phase der dichtesten Annäherung an den Titan wird schließlich das VIMS-Instrument für etwa zwei Stunden die wissenschaftlichen Arbeiten der Raumsonde dominieren und dabei diverse Abbildungen der Oberfläche dieses Mondes erstellen. Neben verschiedenen Kohlenwasserstoffseen, unter anderen werden Ligeia Mare, Punga Mare und Mackay Lacus abgebildet, werden dabei auch mehrere ausgedehnte Dünenfelder in den Aufnahmebereich des VIMS-Spektrometers geraten. Durch den Abgleich mit früheren Beobachtungsdaten sollen eventuell erfolgte Veränderungen auf der Titanoberfläche untersucht werden. Nach dem Passieren des Titan wird dann die ISS-Kamera weitere Aufnahmen anfertigen, mit denen in erster Linie eventuell zu diesem Zeitpunkt vorhandene Wolkenstrukturen in dessen Atmosphäre abgebildet werden sollen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech)
Für die folgenden Tage sind weitere Beobachtungen des F-Ringes und des Titan vorgesehen. Zusätzlich soll die ISS-Kamera am 26. September versuchen, den erst im Jahr 2009 entdeckten Phoebe-Ring abzubilden, welcher sich in einer Entfernung von rund 12 Millionen Kilometern zum Saturn erstreckt. Hierbei soll speziell nach dem Schatten Ausschau gehalten werden, den der Saturn an diesen Tag auf diesen Ring wirft.
Am 27. September 2013 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 17.02 MESZ in einer Entfernung von rund 2,7 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 198. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 199 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 14. Oktober 2013 in einer Entfernung von dann lediglich 961 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. 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.
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