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Autor: Ralph-Mirko Richter / 19. Mai 2015, 04:19 Uhr

Raumsonde Cassini beginnt den Saturnumlauf Nummer 217

In den Morgenstunden des 19. Mai 2015 beginnt für die Raumsonde Cassini der mittlerweile 217. Umlauf um den Planeten Saturn. Während der kommenden knapp drei Wochen wird sich das Interesse der an dieser Planetenmission beteiligten Forscher unter anderem auf verschiedene Monde des Ringplaneten richten.

Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society
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NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernDas Ringsystem des Saturn setzt sich aus mehr als 100.000 einzelnen Ringen zusammen, welche durch scharf umrissene Lücken voneinander abgegrenzt sind. Das hier gezeigte Bild wurde am 8. Januar 2015 angefertigt. Dabei wies die Flugbahn der Raumsonde noch eine Inklination von 19,1 Grad auf, was einen Blick von 'schräg oben' beziehungsweise 'unten' auf die Ringe erlaubte. Aufgrund der gegenwärtig wieder gegebenen geringen Neigung der Flugbahn der Raumsonde Cassini gegenüber der Ringebene des Saturn von lediglich 0,3 Grad kann zur Zeit speziell das vertikale Strukturprofil der diversen Saturnringe näher untersucht werden.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 19. Mai 2015 erreicht die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 06:31 MESZ 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 2,43 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 217. Umlauf um den Ringplaneten beginnen.

Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von lediglich 0,3 Grad auf. Aufgrund dieser geringen Neigung der Flugbahn der Raumsonde gegenüber der Ringebene kann gegenwärtig unter anderem das vertikale Strukturprofil der verschiedenen Ringe des Saturn eingehender untersucht werden.

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 19 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung "Rev 216" lautet, insgesamt 21 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Zusätzlich stehen auch mehrere Saturnmonde auf dem Beobachtungsprogramm der an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler.

Das erste Beobachtungsziel: Der Saturn

Nur wenige Stunden nach dem Beginn dieses neuen Umlaufs um den Ringplaneten wird die ISS-Kamera auf den Saturn gerichtet sein und in Zusammenarbeit mit einem weiteren Instrument, dem Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), im Bereich des dortigen Südpols nach dort eventuell gerade auftretenden Polarlichtern Ausschau halten. Ähnliche Beobachtungen sind für den 23. und den 30. Mai vorgesehen.

Der Mond Titan aus der Ferne

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernDer Titan ist von einer dichten Atmosphäre umgeben, welche im Bereich des sichtbaren Lichts keinen Blick auf dessen Oberfläche zulässt (Aufnahme links). Durch die Verwendung verschiedener Filtersysteme kann diese Atmosphäre jedoch "durchdrungen" werden. Die hier gezeigte linke Aufnahme gibt den Mond in den Farben wieder, wie sie auch ein im Saturnsystem befindlicher menschlicher Betrachter wahrnehmen würde. Die mittlere Aufnahme wurde im nahen Infrarotbereich bei 938 Nanometern erstellt und ermöglicht einen Blick auf verschiedene Oberflächenstrukturen. Bei der rechten Aufnahme handelt es sich um ein Falschfarbenkomposit. Zwei Infrarotaufnahmen (erstellt bei 938 und 889 Nanometern) wurden hierzu mit einer im sichtbaren Lichtbereich erstellten Aufnahme kombiniert. Alle hier gezeigten Aufnahmen wurden am 16. April 2005 mit der WAC-Kamera aus Entfernungen zwischen 173.000 bis 168.200 Kilometern angefertigt.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Für den 20. Mai ist eine Beobachtungskampagne des größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, vorgesehen. Aus einer Entfernung von etwa 1,66 Millionen Kilometern soll dabei speziell der östliche Bereich der Region Xanadu abgebildet werden. Bei der Xanadu-Region handelt es sich um ein Gebiet, welches sich über eine Länge von rund 3.400 Kilometern entlang des Äquators erstreckt und das in etwa über die Fläche Australiens verfügt. Diese Region ist von mehreren bis zu 2.000 Meter hohen Bergrücken durchzogen.

NASA, JPL-Caltech, University of Arizona

Bild vergrößernDie im östlichen Bereich von Xanadu gelegenen Struktur Hotei Arcus: Die hier immer wieder zu beobachtenden Helligkeitsveränderungen deuten zusammen mit der Morphologie der Landschaft darauf hin, dass es sich hierbei um einen Eisvulkan handeln könnte.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, University of Arizona)
Der Titan ist von einer dichten Atmosphäre umgeben, welche im Bereich des sichtbaren Lichts keinen direkten Blick auf dessen Oberfläche zulässt. Die ISS-Kamera wird bei diesen Beobachtungen jedoch mehrere Spezialfilter einsetzen, so dass die an der Mission beteiligten Wissenschaftler mit diesen Aufnahmen trotzdem verschiedene Oberflächenstrukturen wie den vermutlichen Eisvulkan Hotei Arcus oder das 392 Kilometer durchmessende Impaktbassin Menrva abbilden können.

Erneut der Saturn

Ebenfalls noch am 20. Mai wird erneut der Saturn in den Mittelpunkt der Beobachtungen rücken. Neben dem ISS-Kameraexperiment wird dabei auch ein weiteres Instrument, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), zum Einsatz kommen und die Atmosphäre des Planeten im Wellenlängenbereich der fernen und der extremen ultravioletten Strahlung abbilden. Eine zweite derartige Beobachtungskampagne wird am 24. Mai erfolgen.

Zuvor wird jedoch am 22. und 23. Mai neben der ISS-Kamera ein drittes Spektrometer, diesmal handelt es sich um das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), eingesetzt und ebenfalls Daten über die Saturnatmosphäre sammeln. Dabei wird am 22. Mai auch zu beobachten sein, wie der Mond Titan vor der Saturnscheibe vorbei zieht. Am 23. Mai sollen zudem ähnliche Transits der inneren Monde Mimas, Enceladus und Epimetheus beobachtet werden.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernDer Saturn verfügt über eine dichte und turbulente Atmosphäre, in der immer wieder aktive Sturmgebiete beobachtet werden können. Dort vorherrschende Winde erreichen nicht selten Geschwindigkeiten von bis zu 1.800 Kilometern pro Stunde. Die hier gezeigte Aufnahme wurde am 4. Februar 2015 mit der WAC-Kamera des ISS-Kameraexperiments aus einer Entfernung von 2,5 Millionen Kilometern angefertigt. Die dabei erreichte Auflösung liegt bei 250 Kilometern pro Pixel.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Für den 25. Mai ist eine weitere, diesmal 16 Stunden andauernde Saturnbeobachtung durch das ISS-Kameraexperiment angesetzt. Diese Aufnahmen dienen zum einen der Dokumentation des aktuellen Wettergeschehens. Durch die regelmäßig erfolgende Abbildung von markanten Wolkenstrukturen und kleineren Sturmgebieten und deren Positionsveränderungen lassen sich zum Beispiel 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 (Raumfahrer.net berichtete).

Außerdem soll mit diesen Beobachtungsdaten der Einfluss untersucht werden, welche die in den oberen Schichten der Saturnatmosphäre auftretenden Dunstschleier auf die in den tiefer gelegenen Schichten befindlichen Wolkenformationen ausüben. Hierzu wird auch eine für den darauffolgenden Tag vorgesehene Kampagne beitragen, in deren Verlauf die ISS-Kamera zusammen mit dem Spektrometer VIMS den Saturn über einen Zeitraum von diesmal 19 Stunden beobachten soll.

Periapsis

Am 28. Mai 2015 wird Cassini schließlich um 16:54 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 217, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 188.590 Kilometern nahe der Umlaufbahn des Mondes Mimas passieren. Diese Gelegenheit soll genutzt werden, um die turbulenten, tiefer gelegenen Schichten der Saturnatmosphäre mit einem weiteren Instrument der Raumsonde, dem Cassini-RADAR im Mikrowellenbereich zu analysieren. Mit den dabei zu gewinnenden Daten sollen ähnliche Messungen ergänzt werden, welche bereits in den Jahren 2005, 2009, 2010 und 2011 erfolgten. Des weiteren wird unmittelbar vor und nach den RADAR-Messungen erneut das VIMS eingesetzt, um ebenfalls die Saturnatmosphäre im Wellenlängenbereich der nahinfraroten Strahlung zu untersuchen.

NASA, JPL, Space Science Institute, DLR

Bild vergrößernDer Saturnmond Enceladus: In der Großaufnahme ist am unteren Bildrand dessen Südpolregion mit den dort befindlichen vier "Tigerstreifen" erkennbar. Diese geologisch aktive Region stellt den Ausgangspunkt für die Jets aus Wasserdampf und Eispartikeln dar, welche aus den dort befindlichen Kryovulkanen entweichen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute, DLR)
Nur wenige Minuten vor dem Erreichen der Periapsis wird Cassini zudem um 16:09 MESZ den kleinen, lediglich etwa 32,6 × 23,6 × 20,0 Kilometer abmessenden Mond Telesto in einer Entfernung von 44.722,4 Kilometern passieren und mit der ISS-Kamera verschiedene Aufnahmen anfertigen. Dieser Mond weist eine ausgesprochen helle Oberfläche auf, welche über eine Albedo von 0,994 verfügt.

Auf früheren Aufnahmen der Raumsonde Cassini von diesem Mond sind mehrere Impaktkrater erkennbar. Allgemein ist die Oberfläche jedoch sehr eben und weist nur wenige Spuren älterer Krater auf. Dies deutet auf eine dicke Schicht aus Staub und feinkörnigen Eispartikeln hin, welche möglicherweise von einem andauernden Bombardement durch die Partikel des benachbarten E-Ringes des Saturn herrühren. Zudem weist die Oberfläche keine einheitliche Färbung auf. Der Ursprung der Farbunterschiede ist noch nicht verstanden. Möglicherweise stammen sie jedoch von feinen Unterschieden in der chemischen Zusammensetzung der Oberfläche oder von einer unterschiedlichen Größe der Partikel der Regolithschicht.

Zwei der inneren Monde des Saturn

Am 31. Mai stehen dann zwei weitere der inneren Saturnmonde auf dem Beobachtungsprogramm der Raumsonde. Zunächst wird die ISS-Kamera dabei auf den 504 Kilometer durchmessenden Mond Enceladus gerichtet sein und aus einer Entfernung von 1,35 Millionen Kilometern die von der Südpolregion dieses Mondes ausgehenden feinen Jets aus Wasserdampf und Eispartikeln dokumentieren.

Nur wenige Stunden später, um 15:36 MESZ, wird die Raumsonde Cassini die Oberfläche des 360,2 x 266 x 205,4 Kilometer abmessenden Mondes Hyperion mit einer Geschwindigkeit von 4,3 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 34.286,9 Kilometern passieren. Dies ist die dichteste Annäherung der Raumsonde an diesen Mond seit dem 16. September 2011 (Raumfahrer.net berichtete) und zugleich der letzte dichtere Vorbeiflug an Hyperion bis zum Ende der Cassini-Mission im Jahr 2017. Dieser 'Flyby' soll genutzt werden, um mit der ISS-Kamera diverse Aufnahmen von der Oberfläche des Mondes anzufertigen. Die besten Aufnahmen werden dabei eine Auflösung von etwa 205 Metern pro Pixel erreichen. Zudem soll das CIRS die Mondoberfläche abtasten und so Informationen über deren chemische Zusammensetzung und Temperatur liefern.

Hyperion erinnert auf den ersten Blick eher an einen 'gigantischen Schwamm' denn an einen Mond. Der Grund hierfür konnte bisher noch nicht entschlüsselt werden. Sehr wahrscheinlich steht dieses ungewöhnliche Aussehen aber mit der geringen Dichte dieses Mondes in Zusammenhang, welche lediglich 0,544 Gramm pro Kubikzentimeter beträgt. Dieser Wert wurden von der Raumsonde Cassini während eines am 26. September 2005 in einer Entfernung von nur 514 Kilometern erfolgten Vorbeifluges an diesem Mond ermittelt.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernDiese Aufnahme des Saturnmondes Hyperion wurde am 26. September 2005 mit der Telekamera des ISS-Experiments der Raumsonde Cassini angefertigt. Aus einer Entfernung von 62.000 Kilometern wurde dabei noch während der Annäherungsphase an Hyperion eine Auflösung von 362 Metern pro Pixel erreicht.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Da Hyperion anscheinend hauptsächlich aus Wassereis besteht, bedeutet dieser Wert somit, dass der Mond extrem porös ist und sein Inneres zu 42 Prozent aus Hohlräumen bestehen muss. Hyperion ist also eher ein so genannter Rubble Pile und kein 'kompakter Körper'. Beimischungen von Komponenten mit einer höheren Dichte - zum Beispiel signifikante Anteile an Gesteinen - würden den Wert dieser Porosität noch weiter erhöhen.

Trotzdem ist die Oberfläche von Hyperion mit einer Vierzahl an eng beieinander liegenden relativ kleinen, dafür aber offenbar gut erhaltenen Kratern überzogen, welche über Durchmesser von lediglich etwa zwei bis zehn Kilometern verfügen. Derartig kleine Krater sollten eigentlich im Verlauf der Zeit - gemeint sind hierbei Zeiträume von Jahrmillionen und Jahrmilliarden - erodieren und letztendlich 'verschwinden'.

Eine wichtige Rolle bei einer solchen 'atmosphärenfreien' Erosion spielt die 'Verschüttung' dieser Impaktstrukturen unter dem im Rahmen von zu späteren Zeitpunkten erfolgenden Impakten ausgeworfenen Material. Bei dem Einschlag eines kleinen, aber trotzdem ausreichend massereichen Himmelskörpers auf die Oberfläche eines größeren Objektes wird Material in die Höhe geschleudert, welches kurz darauf wieder in der Umgebung des Einschlagsortes niedergeht. Im Rahmen eines solchen Ereignisses werden in der Umgebung gelegene und bereits zuvor vorhandene Impaktkrater mit diesem Ejekta-Material überdeckt.

Erfolgen diese Einschläge jedoch in 'Ziel'-Objekte mit einer geringen Dichte - das getroffene Objekt verfügt zum Beispiel über eine relativ hohe Porosität - so wird bei einem solchen Ereignis deutlich weniger Material in die Umgebung befördert als üblich. Porositätswerte von über 40 Prozent reduzieren dabei die Menge des Auswurfmaterials unter Umständen auf einen Wert von weniger als 25 Prozent.

Im Verlauf der Zeit sind also eine Vielzahl an kleineren Himmelskörpern auf der Oberfläche von Hyperion eingeschlagen und dabei auch relativ weit in diese eingedrungen, ohne dass dabei jedoch die umliegenden Krater durch ausgeworfenes Material 'ausgewischt' wurden. Daraus könnte das in der Gegenwart erkennbare, durch anscheinend 'gestochen scharfe' Kraterränder verursachte schwammartige Aussehen der Oberfläche von Hyperion verursacht werden, welches noch zusätzlich dadurch verstärkt wird, dass die Böden der erkennbaren Krater über eine im Allgemeinen eher dunkle Farbe verfügen.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernDiese Aufnahme des Ringsystems und des 396,6 Kilometer durchmessenden Mondes Mimas wurde am 16. Februar 2015 mit der Telekamera des ISS-Kameraexperiments aus einer Entfernung von 2,5 Millionen Kilometern zu dem Mond angefertigt. Die 'Nachtseite' von Mimas wird dabei von dem Sonnenlicht beleuchtet, welches der Saturn und dessen Ringsystem reflektieren. Die erreichte Auflösung liegt bei 15 Kilometern pro Pixel.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Weitere Beobachtungen des Saturn und des E-Rings

Am 2. und am 4. Juni soll im Rahmen von insgesamt drei weiteren 'Sturmbeobachtungskampagnen' erneut das Wettergeschehen auf dem Saturn dokumentiert werden. Ebenfalls an diesen beiden Tagen wird die ISS-Kamera zudem Teilbereiche des diffusen E-Rings des Saturn abbilden, welcher sich aus Staubpartikeln und Eis zusammensetzt. Gespeist wird dieser Ring in erster Linie durch das Material, welches durch die kryovulkanische Aktivität des Saturnmondes Enceladus in das Weltall befördert wird (Raumfahrer.net berichtete). Durch die bei diesen Beobachtungen gegebenen Beleuchtungsverhältnisse lassen sich speziell die in dem Ring enthaltenen Staubteilchen besonders gut untersuchen.

Am 7. Juni 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 03:49 MESZ in einer Entfernung von rund 2,5 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 217. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 218 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Des weiteren werden am 16. Juni die Monde Polydeuces und Dione von der Raumsonde passiert. Der Vorbeiflug an Dione wird dabei in einer Entfernung von lediglich 515,9 Kilometern erfolgen.

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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