Am heutigen Tag beginnt für die Raumsonde Cassini der mittlerweile 205. Umlauf um den Planeten Saturn. In den folgenden 32 Tagen werden sich in erster Linie erneut das Ringsystem und die Atmosphäre des Saturn im Fokus des wissenschaftlichen Interesses befinden. Den Höhepunkt dieses neuen Orbits bildet jedoch ein für den 17. Mai vorgesehener Vorbeiflug der Raumsonde an dem Saturnmond Titan. Im Rahmen des Vorbeifluges soll mit dem RadioSubSystem der Raumsonde die Struktur der Atmosphäre dieses Mondes näher analysiert werden.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am heutigen Tag, dem 27. April 2014, wird die Raumsonde Cassini um 15:47 MESZ auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zu dem zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 3,38 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 205. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini eine Inklination von 40,7 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 jetzt beginnenden, diesmal 32 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 204“ lautet, insgesamt 39 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Den Höhepunkt der Beobachtungen stellt allerdings ein für den 17. Mai 2014 vorgesehener gesteuerter Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Verschiedene Monde aus der Ferne
Der Titan wird auch lediglich fünf Stunden nach dem Beginn des neuen Orbits das erste Ziel für die ISS-Kamera darstellen. Aus einer Distanz von 4,46 Millionen Kilometern soll dabei die Atmosphäre über der nördlichen Titan-Hemisphäre abgebildet werden. Durch die Dokumentation von kleineren Sturmgebieten und markanten Wolkenformationen lassen sich zum Beispiel Aussagen über die dort gegenwärtig vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen. In Kombination mit früheren und zukünftigen Beobachtungen lässt sich dadurch auch die „Großwetterlage“ auf dem Titan dokumentieren, welche sich aufgrund der Bewegung des Saturn um die Sonne in einem etwa 30 Jahre dauernden Rhythmus kontinuierlich verändert (Raumfahrer.net berichtete).
Im Anschluss an diese Kampagne werden diverse sogenannte „astrometrische Beobachtungen“ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde durchgeführt. 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 astrometrische Beobachtungskampagnen sind für den 3. und 7. Mai vorgesehen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Der Saturn und das Ringsystem
Auch der Saturn wird in den folgenden Tagen mehrfach das „Ziel“ der ISS-Kamera sein. Auch hierbei sollen – wie zuvor bereits beim Titan – auffällige Strukturen in der Atmosphäre dokumentiert werden, welche Aufschlüsse über das dortige aktuelle Wettergeschehen liefern werden.
In der Nacht vom 7. auf den 8. Mai steht dann der lediglich etwa 1,8 Kilometer durchmessende Mond Anthe und ein in der unmittelbaren Umgebung verlaufender „Ringbogen“ auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera. Diese ringähnliche Struktur bildet keinen geschlossenen Ring, sondern erstreckt sich über mehrere tausend Kilometer vor und hinter diesem Mond. Sehr wahrscheinlich wird dieser nur sehr lichtschwache Teil-Ring durch Staubpartikel und Eis gespeist, welches durch die kontinuierlich erfolgenden Einschläge von Mikrometeoriten auf die Oberfläche des Mondes Anthe in das umgebende Weltall befördert wird. Weitere Beobachtungen werden sich auf die feinen Ringstrukturen des inneren D-Ringes konzentrieren.
Tethys, Enceladus und Periapsis
Am 11. Mai gilt das Interesse der an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler den beiden Monden Tethys und Enceladus. Neben der ISS-Kamera soll hierbei eines der Spektrometer der Raumsonde, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), dazu eingesetzt werden, um aus größeren Entfernungen von jeweils rund 1,6 Millionen Kilometern Helligkeitsvariationen auf den Oberflächen dieser beiden Monde zu untersuchen.
Am 15. Mai wird Cassini um 13:30 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 205 erreichen und den Ringplaneten in einer Entfernung von 686.290 Kilometern passieren. Bei dieser Gelegenheit sollen die ISS-Kamera und das UVIS-Spektrometer eventuell zu diesem Zeitpunkt über der Südpolregion des Saturn auftretende Polarlichter abbilden und untersuchen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech)
Der Titan-Vorbeiflug T-101
Am 17. Mai 2014 steht dann der Höhepunkt dieses 205. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 18:12 MESZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines gerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,7 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von diesmal 2.994 Kilometern passieren. Die mit diesem 102. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-101“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden zuvor mit Fotoaufnahmen durch die ISS-Kamera, welche dabei mit verschiedenen Spektralfiltern die südliche Titanhemisphäre abbilden wird. Unterstützt wird das Kamerasystem dabei durch ein weiteres Instrument – das Composite Infrared Spectrometer (CIRS). Das Ziel der CIRS-Messungen besteht darin, die zu diesem Zeitpunkt in der Stratosphäre der Titanatmosphäre vorherrschenden Temperaturen zu ermitteln.
Ebenfalls noch während der Anflugsphase an den Titan sollen die Instrumente der Raumsonde eine Sternbedeckung dokumentieren. Hierbei wird der im Sternbild „Großer Bär“ gelegenen Stern Eta Ursae Majoris von dem Titan bedeckt. Duch den sich dabei ergebenden Abfall in der Lichtkurve des Sterns erhoffen sich die Wissenschaftler weitere Daten über die Verteilung von Kohlenwasserstoffverbindungen sowie über die Dichte der Staubschichten in den oberen Bereichen der Titanatmosphäre.
Der wissenschaftliche Schwerpunkt dieses Vorbeifluges wird allerdings während der zwei Stunden vor und nach der dichtesten Annäherung durch den Einsatz des „Radio Science Subsystems“ (kurz „RSS“) der Raumsonde Cassini dominiert. Dieses Instrument besteht aus drei Sende-Empfangsanlagen, welche unter anderem die Veränderungen von Radiowellen messen können, sobald diese Signale die Atmosphäre des Titan (beziehungsweise bei alternativen Messkampagnen das Ringsystem des Saturn oder die dichte Saturnatmosphäre) durchdringen. Je nach Frequenzband werden die ausgestrahlten Radiosignale durch Cassini selbst oder durch die Empfangsanlagen des Deep Space Network (DSN) der NASA empfangen.
Im Bereich des S-Bandes sendet Cassini dazu eine hochstabile Trägerwelle in Richtung des DSN, ohne selbst Signale zu empfangen. Hierfür wird der Sender der Kommunikationsanlage der Raumsonde verwendet, welcher die Trägerwelle mit einer Sendeleistung von zehn Watt abstrahlt. Analog wird auch im X-Band gesendet, wobei auch vom DSN abgestrahlte Signale empfangen und ausgewertet werden können. Für Messungen bei Frequenzen von 32.028 MHz und 34.316 MHz (Ka-Band) verwendet das RSS einen eigenen Transmitter, welcher speziell für die Erfordernisse des Instruments konstruiert wurde. Dieser kann sowohl Signale zum DSN senden als auch empfangen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Durch die Auswertung der im Rahmen dieser Kampagne ausgestrahlten Radiosignale wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler die Temperatur, die Dichte und die Zusammensetzung der oberen Schichten der Titanatmosphäre ermitteln. Des weiteren soll ein vertikales Profil der Ionendichte in der Ionosphäre des Titan gewonnen werden.
Zusätzlich soll im Rahmen dieses Vorbeifluges zudem ein sogenanntes „bistastisches Messverfahren“ zum Einsatz kommen. Von der Raumsonde auszustrahlende Radiowellen werden dabei von der Oberfläche des Titan reflektiert und anschließend von den Empfangsstationen des DSN auf der Erde empfangen. Das Experiment dient dazu, um Aussagen über die physikalischen Eigenschaften der Titanoberfläche – besteht diese aus feste Material oder ist sie eventuell von einer Flüssigkeit überzogen und wie „eben“ oder „rau“ fällt der untersuchte Oberflächenbereich aus – zu tätigen.
Im Anschluss an die RSS-Kampagne sollen CIRS, UVIS und ISS weitere Daten über die Temperatur, die Struktur und den Aufbau der Titanatmosphäre sammeln. Auch in den folgenden Tagen wird vordergründig der Titan das Untersuchungsziel der verschiedenen abbildenden Instrumente der Raumsonde darstellen.
Am 31. Mai 2014 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 10:37 MESZ in einer Entfernung von rund 3,1 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 205. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 206 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie der Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 18. Juni 2014 in einer Entfernung von dann 3.658 Kilometern erneut passiert werden soll.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
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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