Am Abend des 25. Januar 2015 beginnt für die Raumsonde Cassini der mittlerweile 213. Umlauf um den Planeten Saturn. Den Höhepunkt dieses neuen Orbits bildet ein für den 12. Februar 2015 vorgesehener naher Vorbeiflug der Raumsonde an dem Saturnmond Titan.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 25 Januar 2015 erreicht die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 19:42 MEZ erneut die Apoapsis – den Punkt ihrer größten Entfernung zu dem zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystem. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 3,4 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 213. Umlauf um den Ringplaneten beginnen. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von 19,1 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 erneut 32 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 212“ lautet, insgesamt 44 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Den Höhepunkt des jetzt beginnenden Saturnumlaufs stellt allerdings ein für den 12. Februar 2015 vorgesehener naher Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Das erste Beobachtungsziel: Der Saturn
Unmittelbar nach den Beginn des neuen Umlaufs wird die Telekamera des ISS-Experiments zusammen mit einem weiteren der Fernerkundungsinstrumente der Raumsonde, dem Composite Infrared Spectrometer (CIRS), den Saturn abbilden. Die im Rahmen dieser Kampagne gewonnenen Beobachtungsdaten dienen in erste Linie der Kalibrierung des CIRS-Instruments.
Von wissenschaftlicher Relevanz sind dagegen die für den 26. Januar vorgesehenen Fotoaufnahmen des Ringplaneten. Hierbei soll die Weitwinkelkamera den Saturn abbilden und dabei nach markanten Wolkenformationen Ausschau halten. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von Wolkenstrukturen und kleineren Sturmgebieten und deren Positionsveränderungen lassen sich zum Beispiel Aussagen über die gegenwärtig in der Saturnatmosphäre vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
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 (Raumfahrer.net berichtete). Bis zum Ende des jetzt beginnenden Saturnumlaufs sind 14 weitere derartige Beobachtungen vorgesehen.
Kleinere Monde
Ebenfalls noch am 26. Januar sind zudem diverse sogenannte ‚astrometrische Beobachtungen‘ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde geplant. 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 Parameter von deren gegenwärtigen Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Weitere astrometrische Beobachtungskampagnen sollen am 4. Februar durchgeführt werden.
In der Nacht zum 27. Januar beginnt dann eine mehrstündige Beobachtungskampagne, welche einen der kleinen, äußeren Saturnmonde – den Mond Siarnaq – zum Ziel hat. Mit einer scheinbaren Helligkeit von 20,1 mag handelt es sich bei diesem rund 40 Kilometer durchmessenden Mond um ein sehr lichtschwaches Objekt, welches von der Erde aus nur extrem schwierig zu beobachten ist.
Im Rahmen dieser knapp 13 Stunden andauernden Kampagne soll Siarnaq aus einer Entfernung von etwa 23,1 Millionen Kilometern mehrfach mit der ISS-Kamera abgebildet werden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen wollen die beteiligten Wissenschaftler die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die sich daraus abzuleitende Rotationsperiode dieses Mondes sowie die Ausrichtung von dessen Rotationsachse noch besser als bisher bestimmen. Die bisherige Messungen von Cassini führten zu dem Resultat, dass Siarnaq für eine vollständige Drehung um seine Rotationsachse einen Zeitraum von etwa zehn Stunden und 12 Minuten benötigt. Eine weitere Siarnaq-Beobachtungskampagne soll bereits am 3. Februar erfolgen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Das Ringsystem des Saturn, Minimonde und der Titan
Am 7. Februar steht der F-Ring des Saturn auf dem Beobachtungsprogramm. Hierbei sollen unter anderem zum wiederholten Mal die dort erkennbaren diversen Verästelungen der gewundenen Einzelringe abgebildet werden. Frühere Aufnahmen des ISS-Kamerasystems von Cassini führten zu dem Schluss, 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 Aufnahmen soll nach einer entsprechenden Bildbearbeitung eine kurze Videosequenz erstellt werden.
Am darauffolgenden Tag soll die ISS-Kamera dagegen zunächst auf den äußeren A-Ring des Saturn gerichtet werden. Im Rahmen dieser Beobachtungskampagne sollen erneut die hier befindlichen ‚Propellerstrukturen‘ dokumentiert werden. Bei diesen lediglich etwa 15 bis 25 Kilometer großen Strukturen handelt es sich um kleine ‚Hohlräume‘ innerhalb des A-Rings, welche durch die gravitativen Einflüsse von vermutlich lediglich wenige hundert Meter bis wenige Kilometer durchmessenden Mini-Monden – so genannten Moonlets – verursacht werden. Durch die anzufertigenden Aufnahmen des A-Ringes sollen die bisher bekannten Bahnparameter dieser Moonlets noch weiter verfeinert werden.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute, Cornell University)
Ebenfalls für den 8. Februar ist zudem eine Beobachtung des Saturnmondes Titan vorgesehen. Aus einer Entfernung von etwa 2,46 Millionen Kilometern soll die Telekamera des ISS-Kameraexperiments hierbei die nördliche Heimsphäre dieses Mondes abbilden. Wie bereits zuvor bei den am 26. Januar erfolgten Saturn-Beobachtungen sollen auch im Rahmen dieser Kampagne diesmal in der Titanatmosphäre befindliche markanten Wolkenformationen dokumentiert werden, aus deren Beobachtung sich Rückschlüsse über die dort gegebenen Windverhältnisse ziehen lassen. Eine vergleichbare Beobachtungssequenz soll am 10. Februar aus einer Distanz von dann 1,77 Millionen Kilometern durchgeführt werden.
Einen Tag später kommt dann ein weiteres Spektrometer der Raumsonde, das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), zum Einsatz. Das VIMS wird dabei die nördliche Hemisphäre des Saturn abbilden, welche derzeit in einem zunehmenden Maß von dem Schatten ‚abgedunkelt‘ wird, den das Ringsystem des Saturn auf den Planeten ‚wirft‘. Diese Messungen sollen dazu dienen, die dort aktuell gegebenen Temperaturen zu ermitteln.
Zwischenzeitlich wird Cassini zudem am 31. Januar und am 9. Februar zwei Kurskorrekturmanöver durchführen. Diese jeweils nur kurzzeitig erfolgenden Aktivierungen der Triebwerke sind notwendig, damit die Raumsonde auch in den kommenden Wochen den für die erfolgreiche Absolvierung des vorgesehenen wissenschaftlichen Programms notwendigen Kurs innerhalb des Saturnsystems einnimmt.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Periapsis
Am 10. Februar 2015 wird Cassini schließlich um 18:17 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 213, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 355.200 Kilometern passieren.
Nur wenige Stunden zuvor – um 07:46 MEZ des gleichen Tages – wird die Raumsonde den mit einem Durchmesser von 1.528 Kilometern zweitgrößten Mond des Saturn – den Mond Rhea – im Rahmen eines nicht zielgerichteten Vorbeifluges in einer Entfernung von 46.943 Kilometern passieren. Während der Phase der Annäherung an Rhea soll die ISS-Kamera bei zwei Beobachtungssequenzen aus Entfernungen von 78.400 beziehungsweise 53.700 Kilometern diverse Aufnahmen der Rhea-Oberfläche anfertigen. Die am höchsten aufgelösten Bilder werden dabei über eine Auflösung von 305 Metern pro Pixel verfügen.
Am 11. Februar steht der D-Ring – der innerste der Hauptringe des Saturn-Ringsystems – auf dem Beobachtungsprogramm der Raumsonde. Cassini wird während der letzten Monate der Mission im Jahr 2017 die Gelegenheit erhalten, speziell diesen Ring ausführlich und aus kürzester Distanz zu studieren (Raumfahrer.net berichtete). Durch die für den 11. Februar vorgesehenen Untersuchungen soll unter anderem die Partikeldichte im Bereich des inneren D-Rings ermittelt werden – eine Information, welche für den sicheren Betrieb der Raumsonde im Jahr 2017 von essentieller Bedeutung sein wird.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Der Titan-Vorbeiflug T-109
Am 12. Februar steht dann der Höhepunkt dieses 213. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 18:08 MEZ 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 1.200 Kilometern passieren. Die mit diesem mittlerweile 110. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-109“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung. Neben dem ISS-Kamerasystem sollen dabei in erster Linie das VIMS-Instrument und ein weiteres Spektrometer, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), genutzt werden, um die Oberfläche und die Atmosphäre des Titan zu untersuchen.
Während der Phase der dichtesten Annäherung an den Titan wird dann auch das VIMS die wissenschaftlichen Beobachtungen dominieren. Das Instrument soll dabei unter anderem verschiedene Oberflächenstrukturen wie die Umgebung des Sinlap-Impaktkraters in der östlichen Fensal-Region und die im Bereich des Titan-Nordpols gelegenen, mit flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten SeenBolsena Lacus und Punga Mare abbilden.
Das VIMS wird auch in den Stunden nach dem Flyby aktiv sein. Zusammen mit den Instrumenten UVIS und CIRS sollen hierbei speziell Temperaturdaten von der Nachtseite des größten Saturnmondes gesammelt werden. Weitere Datensätze sollen Informationen über die chemische Zusammensetzung der Titanatmosphäre liefern und Reflektionen des Sonnenlichts zeigen, welches sich an den Oberflächen der bisher rund 400 auf dem Titan entdeckten Seen spiegelt.
Der Abschluss des Orbits 213
Nach dem Abschluss der Titan-Kampagne wird Cassini am 15. Februar ein weiteres Kurskorrekturmanöver durchführen. Außerdem wird sich die ISS-Kamera an diesem Tag auf die Cassini-Teilung richten und einen Teilbereich dieser etwa 4.800 Kilometer durchmessenden ‚Lücke‘ zwischen den Hauptringen „A“ und „B“ abbilden.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 18. Februar soll die ISS-Kamera dann zusammen mit dem UVIS-Spektrometer eine Sternbedeckungen dokumentieren. Hierbei wird der im Sternbild Orion gelegene Stern Kappa Orionis von Teilen des Ringsystems des Saturn bedeckt. Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in der Lichtkurve des Sterns erhoffen sich die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau, die Materialdichte und die Struktur der Ringbereiche, welche Kappa Orionis bei dieser Okkultation bedecken. Außerdem, so die Wissenschaftler, können hierbei eventuelle minimale Veränderungen in der Ringstruktur registriert werden, welche erst kürzlich durch das Gravitationsfeld des Saturn oder durch ‚Einschläge‘ von Meteoroiden verursacht wurden.
Am 22. und 23. Februar steht dann schließlich mit dem Mond Loge ein weiterer der kleinen, äußeren Saturnmonde auf dem Beobachtungsprogramm. Aus einer Entfernung von etwa 18,6 Millionen Kilometern soll auch bei diesem lediglich sechs Kilometer durchmessenden Mond im Rahmen einer 36 Stunden andauernden Beobachtungskampagne in Verbindung mit früheren Beobachtungsdaten dessen Rotationsdauer ermittelt werden.
Am 26. Februar 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 18:15 MEZ in einer Entfernung von rund 3,5 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 213. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 214 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 16. März 2015 in einer Entfernung von dann rund 2.300 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 (Raumfahrer.net berichtete).
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