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Autor: Ralph-Mirko Richter / 23. Dezember 2011, 11:17 Uhr

Der Saturnorbit Nummer 160 von Cassini

Heute beginnt der mittlerweile 160. Umlauf der Raumsonde Cassini um den Planeten Saturn. Den Höhepunkt dieses 24 Tage dauernden Umlaufs bildet ein am 2. Januar 2012 erfolgender Vorbeiflug an dem Saturnmond Titan.

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

Bild vergrößernDiese Aufnahme des Saturn wurde am 4. November 2011 aus einer Entfernung von rund 1,2 Millionen Kilometern angefertigt. Unterhalb der als dünne Linie erkennbaren Planetenringe ist relativ deutlich der Mond Enceladus zu erkennen. Links davon befindet sich mit dem Mond Epimetheus ein zweiter innerer Saturnmond im Blickfeld. Beide Monde sind etwa eine Million Kilometer von Cassini entfernt.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am heutigen 23. Dezember 2011 wird die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 20:14 MEZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum Saturn, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich Cassini in einer Entfernung von rund 2,84 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 160. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde wird sich auch in den kommenden fünf Monaten weiterhin auf einer Orbitbahn bewegen, welche fast genau auf einer Ebene mit der Ringebene des Saturn sowie den Umlaufbahnen mehrerer größerer Saturnmonde verläuft.

Diese äquatoriale Flugbahn der Raumsonde ermöglicht es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern unter anderem, die Kanten der Saturnringe abzubilden. Durch die Auswertung dieser Bilder ist es somit zum Beispiel möglich, deren vertikale Ausdehnung zu bestimmen. Zudem ist aus dieser Perspektive ein Blick auf die Wolkenschichten in der Saturnatmosphäre gegeben, welcher nur minimal durch das Ringsystem des Planeten oder einen von den Ringen auf den Saturn geworfenen Schatten beeinträchtigt ist. Außerdem ergibt sich bei dieser Bahn die Möglichkeit, sich im Rahmen eines einzigen Orbits gleich mehreren Saturnmonden zu nähern, deren Bahnen ebenfalls in der Äquatorebene liegen.

Wie bereits die vorherigen Umläufe wird auch der jetzt beginnende Orbit, er trägt die Bezeichnung "Rev 159", von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern in erster Linie dazu genutzt werden, den Ringplaneten und den größten seiner 62 bisher bekannten Monde, den etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, mit verschiedenen Instrumenten zu untersuchen und aus unterschiedlichen Entfernungen mit der ISS-Kamera der Raumsonde abzubilden.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernDiese Fotoserie zeigt die Entwicklung des Sturmgebietes über der nördlichen Saturnhemisphäre zwischen dem 5. Dezember 2010 und dem 12. August 2011. Durch die Verwendung verschiedener Farbfilter wird der Saturn dabei nahezu in Echtfarben dargestellt. In der Aufnahme vom 25. Februar ist zudem der Mond Rhea erkennbar.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem von insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des 24 Tage dauernden Orbits insgesamt 78 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Ein großer Teil dieser Beobachtungen wird dabei erneut das gewaltige Sturmgebiet zum Ziel haben, welches sich seit dem Dezember 2010 über der nördliche Hemisphäre des Saturn ausdehnt (Raumfahrer.net berichtete). Den Höhepunkt des gegenwärtigen Orbits bildet ein am 2. Januar 2012 erfolgender gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan.

Die erste ISS-Kampagne soll bereits sieben Stunden nach dem Beginn des neuen Umlaufs starten und wird die nördliche Saturnhemisphäre und das dortige Sturmgebiet zum Ziel haben. Hierbei sollen durch die Kameraaufnahmen weitere Daten über die gegenwärtige Ausdehnung des während der letzten Monate immer mehr an Stärke verlierenden Sturmgebietes sowie über die dort gegenwärtig vorherrschenden Windgeschwindigkeiten und -richtungen gesammelt werden. Bis zum 1. Januar 2012 sind insgesamt 18 Beobachtungen der nördlichen Saturnhemisphäre vorgesehen. Weitere 31 Beobachtungskampagnen der nördlichen Saturnhemisphäre sind für den Zeitraum zwischen dem 6. und dem 15. Januar vorgesehen.

Für den 24. Dezember stehen sogenannte astrometrische Beobachtungen von mehreren kleineren Saturnmonden auf dem Arbeitsprogramm der ISS-Kamera. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Saturn und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen von deren jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der am 24. Dezember anzufertigenden Aufnahmen der Monde Prometheus, Atlas, Anthe, Methone, Calypso, Polydeuces und Epimetheus bestand darin, die bisher verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Die entsprechenden Fotosequenzen werden allerdings durchweg aus größeren Distanzen angefertigt, so dass im Rahmen dieser Beobachtungen keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde aufgelöst werden können. Am 26. Dezember werden vergleichbare Beobachtungssequenzen die Monde Telesto, Pallene, Janus, Helene, Pandora, Methone und Calypso zum Ziel haben.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernDie ISS-Kamera kann durch die Verwendung unterschiedlicher Filter Aufnahmen in verschiedenen Wellenlängen des Lichts erstellen. So sind auf den Aufnahmen des Mondes Titan auch Oberflächendetails erkennbar, die im sichtbaren Licht durch die Atmosphäre des Mondes verborgen bleiben. Linke Aufnahme: Sichtbares Licht. Mittlere Aufnahme: Nahes Infrarot bei 938 Nanometern. Rechte Aufnahme: Kombination von IR-Aufnahmen und einem Bild im sichtbaren Licht.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 25. Dezember wird der Titan in den Fokus der ISS-Kamera rücken. Dabei wird sich die Kamera aus einer Entfernung von rund 3,94 Millionen Kilometern auf die Fensal-Aztlan-Region richten. Mit diesen Bildern sollen eventuell erkennbare Wolkenstrukturen in der Titan-Atmosphäre näher untersucht werden. Diese Untersuchung der Mondatmosphäre werden am 26. und am 30. Dezember fortgesetzt, wobei sich Cassini dann 3,71 beziehungsweise 1,73 Millionen Kilometer von Titan entfernt befinden wird.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernDiese Aufnahme von Titan fertigte die NAC-Kamera am 14. September 2011 aus einer Entfernung von 1,9 Millionen Kilometern an. Am oberen Bildrand ist das Kraken Mare erkennbar, ein großer See aus flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen nahe des Titan-Nordpols. In der Bildmitte sind die Regionen Fensal, Aztlan, Senkyo und Belet zu sehen. Hierbei handelt es sich um ausgedehnte Dünenfelder auf der Oberfläche von Titan.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 2. Januar erfolgt schließlich der erste von insgesamt neun für das Jahr 2012 vorgesehenen gesteuerten, dichten Vorbeiflügen an diesem größten Saturnmond. Dieser als "T-80" bezeichnete Vorbeiflug, es handelt sich hierbei um den mittlerweile 81. Vorbeiflug der Raumsonde am Titan, wird allerdings in einer für einen gesteuerten Vorbeiflug relativ großen Entfernung stattfinden. Zum Zeitpunkt der größten Annäherung wird sich Cassini um 16:13 MEZ in einer Entfernung von 29.415 Kilometern zur Mondoberfläche befinden. Die Überfluggeschwindigkeit wird 5,5 Kilometer pro Sekunde betragen.

Während der Anflugphase an den Titan wird sich dieser der Raumsonde zuerst lediglich als eine schmale Sichel präsentieren. In dieser Phase des Vorbeifluges soll das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), eines der Spektrometer an Bord der Raumsonde, auf den Mond ausgerichtet sein und diesen aus unterschiedlichen Entfernungen und in verschiedenen Spektralbereichen abbilden. Die entsprechenden Beobachtungen beginnen um 03:21 MEZ. Das Ziel der durchzuführenden CIRS-Messungen besteht darin, die Verteilung von Aerosolen über der nördlichen Hemisphäre zu bestimmen. Zudem sollen bei dieser Gelegenheit Messungen durchgeführt werden, mit denen die zu dieser Zeit vorherrschenden Temperaturen in der Atmosphäre und auf der Mondoberfläche bestimmt werden können.

Während der dichtesten Annäherung wird ein anderes Spektrometer, das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), "übernehmen" und zusammen mit der ISS-Kamera die südliche Hemisphäre des Titan abbilden. Dabei sollen die Instrumente verschiedene zuvor in dieser Region erkennbare Oberflächenstrukturen erneut abbilden, was Rückschlüsse auf dort stattfindende Veränderungsprozesse erlauben wird. Etwa zwei Stunden nach dem Erreichen der dichtesten Annäherung soll schließlich auch das RADAR-Instrument der Raumsonde aktiviert werden. Die dabei vorgesehen Abtastungen der Titan-Oberfläche werden ebenfalls die südliche Hemisphäre zum Ziel haben. Mit diesen Messungen sollen einige der gegenwärtig noch existierenden Lücken in den bisher erstellten Radar-Karten der Titanoberfläche geschlossen werden.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernAuf dieser Farbmosaik-Aufnahme vom 11. September 2011 sind sehr gut die bläulich schimmernden Staubschichten in den obersten Schichten der Titanatmosphäre erkennbar. Durch die Beobachtung von Sternokkultationen können Wissenschaftler deren Zusammensetzung studieren.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Anschließend wird erneut das VIMS-Spektrometer aktiviert. Das Instrument soll bei dieser Gelegenheit beobachten, wie zwei Sterne - es handelt sich um die im Sternbild Löwe befindlichen stellaren Objekte R Leonis und CW Leonis - vom Titan bedeckt werden. Bei diesen Sternokkultationen wird das von den beiden Sternen ausgesandte Licht durch die Atmosphäre des Titan auf eine charakteristische Weise abgeschwächt. Durch die Analyse des Verlaufs dieser Abschwächung erhoffen sich die an der Mission beteiligten Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über die Ausdehnung, die Dichte und die Zusammensetzung der Atmosphäre des Titan.

Zudem wird währendes Vorbeifluges am 2. Januar auch das Radio and Plasma Wave Science Instrument (RPWS) aktiviert sein. Dieses soll während des Flyby-Manövers die Wechselwirkung der Ionosphäre des Titan mit dem umgebenden Weltall und der Magnetosphäre des Saturn näher untersuchen und zudem nach eventuell in der Titanatmosphäre auftretenden Blitzen Ausschau halten. Der Downlink der während des Vorbeifluges durch die diversen Instrumente gesammelten Daten zum Cassini-Kontrollzentrum in Pasadena/Kalifornien soll am 3. Januar um 10:46 MEZ beginnen.

Am 4. Januar wird Cassini um 14:03 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn, während ihres 160. Orbits erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich Cassini 206.330 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. Während der Passage des Saturn sind verschiedene Beobachtungen vorgesehen, mit denen die dynamischen Vorgänge in der Saturnatmosphäre näher untersucht werden sollen. So wird zum Beispiel das CIRS dazu eingesetzt werden, um deren thermale Struktur unmittelbar südlich des Ringschattens zu bestimmen. Eine Okkultation des Trapez-Sternhaufens im Sternbild Orion soll dagegen dazu genutzt werden, um mit dem UVIS-Spektrometer die Schichtstrukturen innerhalb der oberen Atmosphärenschichten zu untersuchen. Außerdem sollen das VIMS und die ISS den Ringplaneten aus unterschiedlichen Blickwinkeln und unter sich dabei verändernden Beleuchtungsverhältnissen durch die erfolgende Sonnenlichteinstrahlung abbilden.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernDie Monde Dione (im Bild oben) und Titan wurden am 6. November 2011 mit der WAC-Kamera aufgenommen. Der im Vergleich zu Dione deutlich größere Titan war etwa 1,1 Millionen Kilometer von Cassini entfernt. Die Distanz zu Dione betrug dagegen lediglich rund 85.000 Kilometer.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Für den 6. Januar ist eine aus einer Entfernung von rund 18 Millionen Kilometern erfolgende und etwa acht Stunden andauernde Beobachtung des kleinen, äußeren Saturnmondes Ymir vorgesehen. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von etwa 18 Kilometern und seiner mittleren Dichte von 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter, welche auf eine Zusammensetzung aus Wassereis mit einem hohen Anteil an Silikatgestein hindeutet, ist über diesem erst im Jahr 2000 entdeckten Saturnmond bisher nur sehr wenig bekannt.

Anhand der Variationen in der sich bei der Beobachtung am 6. Januar ergebenden Lichtkurve und dem Abgleich mit vorherigen Beobachtungen sollen dessen Helligkeitsvariationen und die sich daraus ergebende Rotationsperiode näher bestimmt werden. Diese Beobachtung ist ein Bestandteil einer langfristig angelegten Kampagne, in deren Verlauf mehrere der kleinen, äußeren Saturnmonde unter verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen aus mehreren Millionen Kilometern Entfernung abgebildet werden.

Trotz der großen Distanz zwischen den Monden und der Raumsonde kann Cassini bei derartigen Beobachtungen neben den Rotationsgeschwindigkeiten der Monde wertvolle Daten über deren Ausdehnung, die sich daraus ergebende Gestalt und die Neigung der Rotationsachsen gewinnen. Entsprechende Ergebnisse wurden Anfang Oktober 2011 auf dem EPSC-DPS Joint Meeting 2011, einem internationalen Planetologen-Kongress, im französischen Nantes präsentiert.

NASA, JPL, Space Science Institute

Bild vergrößernDer momentane Verlauf der Flugbahn von Cassini ermöglicht es, die Kanten der Saturnringe abzubilden und die vertikale Ausdehnung der Ringe zu ermitteln. Diese Aufnahme des Saturn wurde am 25. Februar 2011 aus einer Entfernung von 2,2 Millionen Kilometern angefertigt. Durch die Verwendung verschiedener Filter wird der Planet dabei in Echtfarben wiedergegeben. Gut erkennbar ist das Sturmgebiet über der nördlichen Planetenhemisphäre.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)
Den Abschluss des in wenigen Stunden beginnenden neuen Saturnorbits werden verschiedenen Beobachtungskampagnen bilden, welche erneut den Titan und die Atmosphäre des Saturn zum Ziel haben werden. Durch die Vermessung der Geschwindigkeiten, mit denen sich die Wolken innerhalb der Atmosphären bewegen, sollen dabei unter anderem die jeweiligen Windgeschwindigkeiten und die vorherrschenden Windrichtungen ermittelt werden. Solche Messungen sind ein wichtiger Beitrag, um die komplexen meteorologischen Prozesse besser zu verstehen, welche sich auf diesen beiden faszinierenden Objekten im äußeren Sonnensystem abspielen.

Nach einer kurzen Aktivierung der Triebwerke der Raumsonde am 15. Januar 2012, dieses Manöver dient einer notwenigen Kurskorrektur, wird Cassini schließlich am 16. Januar um 16:47 MEZ in einer Entfernung von rund 3 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und den 160. Orbit um den Ringplaneten beenden. Während des damit beginnenden Orbits Nummer 161 wird am 30. Januar 2012 ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan erfolgen. Dieser wird dabei in einer Höhe von 31.130 Kilometern überfolgen werden. Außerdem wird sich das Augenmerk von Cassini während des Orbits Nummer 161 erneut auf den Saturn richten, welcher dabei aus unterschiedlichen Entfernungen mit den verschiedenen Instrumenten untersucht werden soll.

Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der 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 für das Direktorat für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC.

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