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Autor: Ralph-Mirko Richter / 02. November 2010, 21:44 Uhr

Cassinis Saturn-Orbit Nummer 141

Bereits am 28. Oktober 2010 begann der mittlerweile 141. Orbit der Raumsonde Cassini um den Planeten Saturn. Unter anderem wird die Raumsonde im Rahmen dieses 24 Tage dauernden Umlaufs drei Vorbeiflüge an verschiedenen Saturnmonden, unter anderem auch am Titan, durchführen.

Quelle: CICLOPS, JPL, Planetary Society, Wikipedia
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NASA, JPL

Bild vergrößernCassinis Flugplanung umfasst in den kommenden Jahren mehrere nahe Vorbeiflüge an verschiedenen Monden des Saturn. Das Hauptaugenmerk der beteiligten Wissenschaftler richtet sich dabei auf den größten Saturnmond, den Titan.
(Bild: NASA, JPL)
Am 28. Oktober 2010 erreichte die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn erneut die Apoapsis, den Punkt der größten Entfernung zum Saturn. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Cassini etwa 2,9 Millionen Kilometer von der obersten Wolkenschicht des Saturn entfernt und begann zugleich ihren 141. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde befindet sich gegenwärtig in einem leicht geneigten Orbit, welcher etwa drei Grad gegen die Ringebene des Saturn verschoben ist.

Dieser 24 Tage dauernde Umlauf soll unter anderem dazu genutzt werden, zwei der Monde des Saturn im Rahmen von nicht zielgerichteten Vorbeiflügen zu untersuchen. Bei diesen sogenannten "non-targeted flybys" handelt es sich um Begegnungen mit größeren Saturnmonden, welche in Entfernungen von mehr als 100.000 Kilometern stattfinden, ohne dass hierfür eine Bahnkorrektur der Raumsonde durchgeführt werden muss. Des Weiteren steht ein zielgerichteter Vorbeiflug am Saturnmond Titan auf dem Arbeitsprogramm der Raumsonde.

Das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment an Bord von Cassini nahm die wissenschaftlichen Beobachtungen während dieses auch als "Rev140" bezeichneten Saturn-Umlaufs bereits einen Tag nach dem Beginn des Orbits am 29. Oktober auf und führte an diesem Tag verschiedene astrometrische Beobachtungen von mehreren kleineren Saturnmonden durch. Das wissenschaftliche Ziel der dabei erfolgten Abbildungen der Monde Pandora, Helene, Polydeuces, Methone, Telesto und Anthe besteht darin, die bisher verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Diese Einzelbeobachtungen erfolgten allerdings durchweg aus größeren Distanzen, so dass keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde aufgelöst werden konnten.

Ebenfalls am 29. Oktober erfolgte eine über einen Zeitraum von 16 Stunden anhaltende Beobachtung des lediglich rund sieben Kilometer durchmessende irregulären Saturnmondes Kari. Die Beobachtung dieses Mondes ist Bestandteil einer langfristig angelegten Kampagne, in deren Verlauf mehrere der kleinen, äußeren Saturnmonde unter verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen abgebildet werden. Kari befand sich zum Zeitpunkt der Beobachtung durch die ISS-Kamera rund 10,2 Millionen Kilometer von der Raumsonde entfernt. Trotz der großen Distanz zwischen dem Mond und Cassini kann die Raumsonde bei derartigen Beobachtungen weitere wertvolle Daten über die Ausdehnung, die sich daraus ergebende Gestalt sowie die Dauer der Rotationsperioden der Monde sammeln, welche sich aus den Variationen in den beobachteten Lichtkurven ergeben. Zusätzlich werden bei diesen Beobachtungen auch Informationen über die Ausrichtung der Rotationsachsen und die Rotationsrichtung gewonnen.

NASA, JPL, Space Science Institute

Bild vergrößernDiese Aufnahmen von Blitzen in der Saturnatmosphäre fertigte die NAC-Kamera der Raumsonde Cassini am 30. November 2009 aus einer Entfernung von etwa 2,6 Millionen Kilometern an.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Gegenwärtig sind die verschiedenen wissenschaftlichen Instrumente der Raumsonde jedoch in erster Linie wieder auf den Saturn und dessen Ringsystem ausgerichtet. Am 5. November wird man dabei erstmals seit dem Beginn der Cassini-Mission eingehender einen Staubring untersuchen, welcher sich im Bereich der Umlaufbahn von Phoebe, dem äußersten Saturnmond, befindet. Die ISS-Kamera wird dabei auf den Schatten fokussiert werden, welchen Phoebe auf den Ring werfen wird. Am darauffolgenden Tag wird die Kamera den D-Ring, den innersten der Hauptringe des Saturn, abbilden. Am 7. und 8. November wollen die Wissenschaftler der Cassini-Mission dann mit Hilfe des Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) und der ISS-Kamera nach Blitzen auf der Nachtseite des Saturn suchen.

Am 9. November wird die Raumsonde schließlich um 19:16 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während ihres 141. Orbits, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich Cassini etwa 187.000 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. Die vorherige Annäherungsphase an Saturn wird man dazu nutzen, um ein aus 15 Einzelaufnahmen bestehendes Mosaik des zu diesem Zeitpunkt nur als schmale Sichel zu erkennenden Planeten anzufertigen. Mit Hilfe dieser Aufnahmen will man die obersten Schichten der Planetenatmosphäre näher untersuchen. Durch den Einsatz verschiedener Filter, so die Erwartungen der Wissenschaftler, können eventuell einzelne Wolkenbänder oder Dunstschichten abgebildet werden.

NASA, JPL, Space Science Institute

Bild vergrößernDiese Mosaik-Aufnahme des Saturnmondes Dione fertigte die NAC-Kamera an Bord der Raumsonde Cassini am 11. Oktober 2005 an. Aus Entfernungen zwischen 55.280 und 27.180 Kilometern wird dabei eine Auflösung von bis zu 316 Metern pro Pixel erreicht.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Im Anschluss an diese Beobachtungen wird Cassini ihre Aufmerksamkeit dem Mond Dione zuwenden, welcher von der Raumsonde in einer Entfernung von 98.927 Kilometern passiert werden wird. Zuerst wird dabei ein weiteres Spektrometer, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), zum Einsatz kommen. Dieses wird Dione abbilden, während sich der Mond im Saturnschatten bewegt. Anschließend wird die ISS-Kamera ein aus vier Einzelaufnahmen bestehendes Mosaik der Mondoberfläche anfertigen. Die anschließende Beobachtung einer Sternokkultation, der Stern Alpha Ceti wird dabei durch den Saturn bedeckt, dient erneut der Untersuchung der Atmosphäre des Ringplaneten.

Nur wenige Stunden später wird die Raumsonde einen weiteren Saturnmond, diesmal handelt es sich um Enceladus, passieren. Aus einer Entfernung von 43.927 Kilometern sollen dabei die ISS-Kamera und das CIRS auf den Mond gerichtet werden. Von besonderem Interesse für die Wissenschaftler sind bei dieser Beobachtung die sich unter verschiedenen Polarisationswinkeln ergebenden Helligkeitsveränderungen auf der Mondoberfläche.

Am 11. November erfolgt schließlich ein gerichteter Vorbeiflug am größten Saturnmond, den etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan. Die Raumsonde wird den Mond dabei um 14:37 MEZ mit einer Geschwindigkeit von 5,6 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 7.921 Kilometern passieren. Während der Annäherungsphase dieses als "T-73" bezeichneten FlyBys wird Titan von Cassini aus gesehen als eine dünne Sichel erscheinen. Das Team des CIRS-Spektrometers wird diese Konstellation nutzen, um die Zusammensetzung der Mondatmosphäre und die Aerosole in deren Dunstschicht eingehender zu untersuchen. Während der dichtesten Annäherung wird man sich dabei auf die nördliche Mondhemisphäre konzentrieren. Nach der Annäherung wird dann das VIMS-Spektrometer sowohl die Oberfläche als auch Wolkenstrukturen in der Atmosphäre kartografieren. Weitere Beobachtungen in den folgenden Tagen werden dazu dienen, um die Zugrichtungen und Geschwindigkeiten dieser Wolkenstrukturen zu verfolgen. Aus der Analyse dieser Daten erhofft man sich Rückschlüsse auf das Wettergeschehen innerhalb der Atmosphäre des Titan.

Gegen Ende des Orbits Nummer 141 sind dann in erster Linie erneute astrometrische Beobachtungen vorgesehen. Dabei werden am 14. und 18. November im Rahmen zweier Beobachtungskampagnen die Monde Helene, Calypso, Pallene, Epimetheus, Prometheus, Anthe, Janus, Pandora, Telesto, Methone und Pandora in den Fokus der ISS-Kamera gelangen. Am 14. November wird man zudem die Region um den Lagrange-Punkt L4 des Mondes Rhea abbilden.

NASA

Bild vergrößernAn den Lagrange-Punkten L1 bis L5 heben sich die Gravitationskräfte benachbarter Himmelskörper und die Zentrifugalkraft der Bewegung gegenseitig auf. Nur die Punkte L4 und L5 sind dabei stabil genug, um kleinere Objekte dauerhaft zu binden.
(Bild: Wikipedia)
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 unstabil, so dass bereits leichte 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 über einen unbegrenzt langen Zeitraum aufhalten können.

Im Mondsystem von Saturn befindet sich so zum Beispiel der kleine Mond Telesto in der L4-Region des größeren Mondes Tethys. Der L5-Punkt von Dione wird dagegen von dem Mond Polydeuces eingenommen. Die geplante Beobachtung des L4-Punktes von Rhea dient der Suche nach einem eventuell dort befindlichen und bisher noch unentdeckten weiteren Begleiter des Ringplaneten.

Am 20. November wird Cassini schließlich erneut die Apoapsis erreichen und damit den 141. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Der dann beginnende Orbit Nummer 142 beinhaltet unter anderem vier ungerichtete Vorbeiflüge an den Monden Hyperion, Titan, Atlas und Janus, welche zwischen dem 28. und 30. November erfolgen werden. Ebenfalls am 30. November kommt es zu einem gezielten Vorbeiflug an dem Saturnmond Enceladus. Cassini wird diesen äußerst interessanten und geologisch aktiven Mond dabei mit einer Geschwindigkeit von 6,3 Kilometern pro Sekunde überfliegen. Die Entfernung zur Oberfläche wird während der geringsten Annäherung lediglich etwa 50 Kilometer betragen.

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