Am morgigen Tag beginnt die Raumsonde Cassini ihren mittlerweile 208. Umlauf um den Planeten Saturn. Den Höhepunkt dieses neuen Orbits bildet ein für den 21. August 2014 vorgesehener naher Vorbeiflug der Raumsonde an dem Saturnmond Titan. Hierbei soll unter anderem das RADAR-Instrument der Raumsonde einige der mit Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten Titan-Seen untersuchen.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 3. August 2014 wird die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 08:57 MESZ 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 2,85 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 208. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von 48,0 Grad auf.
Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der 12 wissenschaftlichen Instrumente an Bord von Cassini, sind während dieses 32 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 206“ lautet, insgesamt 48 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 21. August vorgesehener naher Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Zuerst im Fokus der Kamera: Das Wetter auf Saturn und Titan
Die erste Beobachtungssequenz der ISS-Kamera wird nur wenige Stunden nach dem Beginn des neuen Orbits den Saturn zum Ziel haben. Durch die Dokumentation von kleineren Sturmgebieten und markanten Wolkenformationen lassen sich speziell aus größeren Entfernungen Aussagen über die gegenwärtig in der Saturnatmosphäre vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen. In Kombination mit früheren und zukünftigen Beobachtungen dieser langfristig angelegten ‚Sturmbeobachtungskampagne‘ lässt sich durch derartige Aufnahmen die allgemeine ‚Großwetterlage‘ auf dem Saturn dokumentieren, welche sich aufgrund der Bewegung des Planeten um die Sonne und der dabei auftretenden Jahreszeiten in einem etwa 30 Jahre dauernden Rhythmus kontinuierlich verändert. Bis zum 15. August sind weitere zehn dieser jeweils nur wenige Minuten andauernden ‚Wetterbeobachtungen‘ vorgesehen. Mit der gleichen Zielsetzung ist für den 4. August eine Beobachtung des Titan vorgesehen, der sich zu diesem Zeitpunkt in einer Entfernung von etwa 3,81 Millionen Kilometern zu Cassini befinden wird.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Die kleineren Saturnmonde …
Für den 12. August sind diverse „astrometrische Beobachtungen“ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde vorgesehen. 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 Beobachtungen werden am 13. und am 15. August erfolgen.
Zwischen diesen Beobachtungen wird die ISS-Kamera am 13. und 14. August in einem Zeitraum von 13 Stunden mehrfach den kleinen, äußeren Saturnmond Tarvos abbilden, welcher sich dabei in einer Entfernung von rund 30,9 Millionen Kilometern zu Cassini befinden wird. In Kombination mit bereits zu früheren Zeitpunkten gewonnenen Beobachtungsdaten soll hierdurch die Ausrichtung von dessen Rotationsachse ermittelt werden. Außerdem sollen die neu anzufertigenden Aufnahmen, welche aufgrund der dabei gegebenen großen Entfernung allerdings keine Oberflächendetails enthüllen werden, dazu dienen, die Form und Gestalt dieses lediglich rund 15 Kilometer durchmessenden Mondes zu ermitteln.
… der Mond Titan
Ebenfalls noch am 13. August wird sich die Raumsonde dem Mond Titan im Rahmen eines nicht zielgerichteten Vorbeifluges bis auf eine Entfernung von 959.146 Kilometern annähern. Dieser „non-targeted encounter“ soll genutzt werden, um erneut die dichte Atmosphäre dieses Mondes mit der ISS-Kamera abzubilden.
… und das Ringsystem
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute, Queen Mary University London)
Im Anschluss an die Tarvos-Kampagne wird sich die ISS-Kamera dann zunächst auf das Ringsystem des Saturn konzentrieren. Am 14. August sollen dabei Teilbereiche von mehreren dünnen und nur sehr lichtschwachen Ringen abgebildet werden. Speziell handelt es sich dabei um Teile der Ringe „E“ und „G“. Der anscheinend hauptsächlich aus feinen Staubpartikeln bestehende G-Ring wird aus Material gespeist, welches durch die Einschläge von Mikrometeoriten von der Oberfläche des erst im Jahr 2008 auf Cassini-Aufnahmen entdeckten und lediglich rund 600 Meter durchmessenden Mondes Aegaeon stammt.
Weitere Beobachtungen an diesen Tag haben die Monde Methone und Pallene zum Ziel. Hierbei sollen die in derer unmittelbaren Umgebung verlaufenden „Ringbögen“ fotografisch dokumentiert werden. Diese ringähnlichen Strukturen bilden keinen geschlossenen Ring, sondern erstreckt sich lediglich über mehrere tausend Kilometer vor und hinter den beiden Monden. Sehr wahrscheinlich werden diese nur sehr lichtschwache Teil-Ringe durch Staubpartikel und Eis gebildet, welches durch die kontinuierlich erfolgenden Einschläge von Mikrometeoriten auf die Oberflächen der beiden Monde in das umgebende Weltall befördert werden.
Zwei Tage später steht der F-Ring auf dem Beobachtungsprogramm, wobei unter anderem zum wiederholten Mal die dort erkennbaren diversen Verästelungen der gewundenen Einzelringe abgebildet werden sollen. Frühere Aufnahmen des ISS-Kamerasystems von Cassini zeigten, dass in erster Linie gravitative Wechselwirkungen mit dem weiter innen liegenden A-Ring und den beiden den F-Ring begrenzenden Saturnmonden Prometheus und Pandora die Form 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 (Raumfahrer.net berichtete). Aus diesen am 16. August anzufertigenden Aufnahmen soll eine kurze Videosequenz erstellt werden.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Der Saturn
Am 19. August 2014 wird Cassini schließlich um 07:26 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 208, erreichen und den Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 901.430 Kilometern passieren. In den vorherigen Tagen wird sich das Interesse der an der Cassini-Mission beteiligten Forscher in erster Linie auf die Saturnatmosphäre fokussieren.
Am 17. August wird dabei eines der Spektrometer der Raumsonde, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), eingesetzt, um die Atmosphäre des Saturn im fernen und im extremen UV-Bereich zu scannen. Die UVIS-Messungen werden dabei durch Aufnahmen der ISS-Kamera unterstützt. Anschließend wird das Kameraexperiment eingesetzt, um über einen Zeitraum von sechs Stunden den Wolkenzug im Bereich der Äquatorregion des Saturn zu dokumentieren.
Am 18. August wollen die Wissenschaftler versuchen, eventuell im Bereich des Saturn-Südpols auftretende Polarlichter zu beobachten. Neben der ISS-Kamera wird dabei ein weiteres Spektrometer, das Visual and Infrared Spectrometer (VIMS), zum Einsatz kommen. Die Südpolregion wird auch am folgenden Tag das Ziel der Untersuchungen sein, wobei diesmal ein drittes Spektrometer, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), zum Einsatz kommen wird.
Der Titan-Vorbeiflug T-104
Zwei Tage später, am 21. August 2014, steht dann der Höhepunkt dieses 208. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 10:09 MESZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,8 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 964 Kilometern passieren. Die mit diesem 105. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die offizielle Bezeichnung „T-104“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung mit diversen Fotoaufnahmen durch die ISS-Kamera, welche dabei zunächst mit verschiedenen Spektralfiltern die südliche Titanhemisphäre abbilden wird.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Unterstützt wird das Kamerasystem hierbei durch das CIRS-Spektrometer. Das Ziel der im mittleren Infrarotbereich durchzuführenden CIRS-Messungen besteht darin, die zu diesem Zeitpunkt auf der Oberfläche und in der Titanatmosphäre vorherrschenden Temperaturen zu ermitteln und – in Kombination mit den zu früheren Zeitpunkten gewonnenen Daten – zu einem Temperaturprofil zusammenzufügen. Durch dieses Profil sollen letztendlich die Temperaturveränderungen dokumentiert werden, welche sich durch den gegenwärtig erfolgenden Wechsel der Jahreszeiten – auf der nördlichen Titanhemisphäre geht der Frühling gerade in den Sommer über – ergeben.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, ASI)
Mit zunehmender Annäherung an den Mond wird die ISS-Kamera ein globales Mosaik der zu diesem Zeitpunkt sichtbaren Titanoberfläche anfertigen. Die hierfür geplanten acht Einzelaufnahmen sollen eine Auflösung von etwa 1,5 Kilometern pro Pixel erreichen. Während der Phase der dichtesten Annäherung an den Titan werden dann zwei weitere Instrumente, das Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) und das RADAR-Instrument, ‚übernehmen‘.
Das INMS soll dabei durch direkte Messungen die chemische Zusammensetzung der obersten Atmosphärenschicht des Titan ermitteln. Außerdem sollen Veränderungen der Titan-Ionosphäre registriert werden, welche sich durch örtliche und tageszeitliche Unterschiede sowie durch eine eventuelle Interaktion der Titanatmosphäre mit der Magnetosphäre des Saturn und durch Strahlungseinflüsse der Sonne ergeben. Neben der Wärmestrahlung der Sonne soll dabei in erster Linie – vergleichbar mit dem Messungen während des Titan-Vorbeifluges „T-100“ vom 7. April 2014 – erneut der Einfluss des Sonnenwindes auf den Titan untersucht werden.
Während der Phase der dichtesten Annäherung an den Titan wird schließlich das RADAR-Instrument von Cassini für mehrere Stunden die Beobachtungsabläufe dominieren. Unter anderem durch Scatterometrie- und Radiometriemessungen soll das RADAR weite Bereiche der in diesem Zeitraum zugänglichen Titanoberfläche abtasten und dadurch weitere Daten über die Gestalt und die Zusammensetzung der Oberfläche sammeln. Durch Beobachtungen im Synthetic Aperture Radar-Modus sollen zudem gezielt mehrere der mit Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten Seen auf der Titanoberfläche abgebildet werden. Hierbei sollen speziell das Kraken Mare und das Ligeia Mare sowie eine ‚Flussmündung‘, welche diese beiden Seen anscheinend verbindet, in hoher Auflösung wiedergegeben werden.
Auch nach der Passage des Titan werden die Instrumente VIMS und CIRS – unterstützt von der ISS-Kamera – weitere Daten sammeln und dabei die Atmosphäre und die Oberfläche des Titan dokumentieren.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Erneut der Saturn…
Nach dem Abschluss des Titan-Vorbeifluges werden sich die verschiedenen Instrumente von Cassini in erster Linie erneut auf den Saturn und dessen Atmosphäre konzentrieren. Am 22. August und am 1. September sollen VIMS und ISS zum Beispiel das Nordpol-Hexagon – ein direkt über dem Nordpol des Saturn gelegenes Wirbelsturmgebiet – dokumentieren. Des weiteren sind erneut diverse Beobachtungskampagnen vorgesehen, in deren Rahmen das UVIS zusammen mit der ISS-Kamera Wolkenbeobachtungen durchführen soll.
… und ein weiterer Mond
Am 30. und 31. August steht dann schließlich ein weiterer der kleinen, äußeren Saturnmonde auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera. Außer den Daten von seiner Umlaufbahn, seiner mittleren Dichte von etwa 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter und seinem Durchmesser von etwa sechs Kilometern ist über den erst im Jahr 2000 entdeckten Saturnmond Thrymr bisher nur sehr wenig bekannt. Durch eine rund 40-stündige Beobachtungskampagne sollen jetzt weitere Daten gesammelt werden. Anhand der Variationen in den sich bei dieser aus einer Entfernung von 17,4 Millionen Kilometern erfolgenden Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen sollen die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die sich daraus ergebende Rotationsperiode sowie die Ausrichtung der Rotationsachse dieses Mondes bestimmt werden.
Am 4. September 2014 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 03:17 MESZ in einer Entfernung von rund 3,1 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 208. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 209 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 22. September 2014 in einer Entfernung von dann 1.400 Kilometern erneut passiert werden soll.
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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