Cassini beginnt den Orbit Nummer 137

Am 4. August 2010 begann der 137. Orbit der Raumsonde Cassini um den Planeten Saturn. Neben den Passagen von drei der größeren Saturnmonden steht dabei auch ein Vorbeiflug an Enceladus auf dem Arbeitsprogramm der Sonde, welcher am 14. August 2010 in einer Distanz von 2.551 Kilometern erfolgen wird.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS.

Am 4. August 2010 erreichte die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn erneut die Apoapsis, den Punkt der größten Entfernung zu dem Planeten. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Cassini etwa 2,56 Millionen Kilometer von der obersten Wolkenschicht des Saturn entfernt und begann zugleich ihren 137. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde befindet sich gegenwärtig in einem leicht geneigten Orbit, welcher 4,5 Grad außerhalb der Ringebene verläuft. Der jetzt begonnene 20 Tage dauernden Umlauf wird daher unter anderem dazu genutzt werden, um mit den wissenschaftlichen Instrumenten mehrere nahe Begegnungen mit verschiedenen größeren Monden des Saturn zu beobachten.

Zwei Tage nach dem Passieren der Apoapsis wird das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment an Bord der Raumsonde Cassini die wissenschaftlichen Beobachtungen während dieses auch als “Rev136” bezeichneten Saturn-Umlaufs aufnehmen und mehrere der kleineren inneren Monde des Ringplaneten abbilden. Durch die astrometrischen Beobachtungen der Monde Helene, Telesto, Pandora, Janus und Pallene sollen die bisher verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter verfeinert werden. Diese Einzelbeobachtungen werden durchweg aus größeren Distanzen erfolgen und keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde auflösen.

Am 7. August wird die Raumsonde dann den größten der Saturnmonde, den etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, ins Visier nehmen. Aus einer Entfernung von rund 1,83 Millionen Kilometern wird der Mond dabei als eine sehr schmale Sichel erkennbar sein. Bei dieser Gelegenheit soll erneut die dichte Dunstschicht der oberen Titanatmosphäre untersucht werden, welche die Mondoberfläche verdeckt. Obwohl zu diesem Zeitpunkt aus der Perspektive von Cassini nur ein kleiner Teil von Titan direkt von der Sonne beleuchtet wird, wird man die oberste Schicht der Titanatmosphäre auf den Aufnahmen der ISS-Kamera erkennen, wie sie sich um den gesamten Mond erstreckt. Einen Tag später soll diese Beobachtungssequenz aus einer Distanz von dann nur noch 1,32 Millionen Kilometern wiederholt werden.

Unmittelbar nach dieser zweiten Titan-Observation am 8. August wird eine erneute astrometrische Beobachtungskampagne durchgeführt. Diesmal werden die kleinen Saturnmonde Polydeuces, Methone, Pandora, Anthe und Epimetheus die Ziele der ISS-Kamera darstellen. Der Mond Pandora wird sich dabei im Schatten des Saturn bewegen. Ebenfalls an diesem Tag wird zudem eine Beobachtung des irregulären Saturnmondes Kiviuq erfolgen.

Dieser etwa 14 Kilometer durchmessende Mond umläuft den Saturn innerhalb von 449 Tagen und 17 Stunden auf einer stark elliptischen Umlaufbahn in einer mittleren Entfernung von 11,4 Millionen Kilometern. Seine Dichte fällt mit einem Wert von 2,5 Gramm pro Kubikzentimeter im Vergleich zu den anderen Saturnmonden relativ hoch aus. Dieser Wert deutet darauf hin, dass sich der Mond vermutlich aus Wassereis und einem hohen Anteil an silikatischem Gestein zusammensetzt. Die Albedo von 0,06 zeugt dabei von einer sehr dunklen Oberfläche.

Kiviuq wird sich zum Zeitpunkt der Beobachtung durch die ISS-Kamera rund 9,24 Millionen Kilometer von der Raumsonde entfernt befindet. Die Beobachtung ist Bestandteil einer langfristig angelegten Kampagne, in deren Verlauf der Mond unter verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen abgebildet wird. Das Ziel dieser Beobachtungskampagne besteht darin, weitere Informationen über die Oberflächeneigenschaften des Mondes zu erhalten.

Am 11. August wird Cassini dann einen nicht zielgerichteten Vorbeiflug an Titan durchführen, wobei die Raumsonde den Mond in einer Entfernung von 417.010 Kilometern passieren wird. Für diesen Vorbeiflug sind zwei getrennte Beobachtungen vorgesehen. Zuerst wird in den frühen Morgenstunden des 12. August eine aus vier Einzelbildern bestehende Mosaikaufnahme angefertigt werden, wobei die Region zwischen den Oberflächenformationen Senkyo und Belet abgebildet werden wird. Diese Bilder werden von ihrer Auflösung her mit die besten sein, welche die Wissenschaftler der Cassini-Mission bisher von diesem Gebiet gewinnen konnten.
Für den folgenden Tag ist dann eine weitere Mosaikaufnahme, ebenfalls aus vier Einzelbildern bestehend, vorgesehen, welche diesmal aus einer Distanz von 700.000 Kilometern angefertigt werden soll. Aufgrund der Rotation des Mondes und der Bewegung der Raumsonde wird Cassini dann die andere Seite des Titan abbilden. Das Mosaik wird auf den Bereich westlich der Senkyo-Region zentriert sein.

Zwischen diesen beiden Beobachtungen werden die an der Mission beteiligten Wissenschaftler aus einer Distanz von etwa 5,63 Millionen Kilometern eine Lichtkurve des etwa 26 Kilometer durchmessenden Mondes Albiorix erstellen. Albiorix umläuft Saturn innerhalb von 783 Tagen und 11 Stunden auf einer ebenfalls stark exzentrischen Bahn in einem mittleren Abstand von 16,4 Millionen Kilometern, wobei diese Umlaufbahn mit fast 34 Grad stark gegen die Ekliptik geneigt ist. Die Dichte des Mondes fällt mit 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter etwas geringer als die von Kiviuq aus. Trotzdem geht man bei beiden Monden von einer in etwa vergleichbaren Zusammensetzung aus.

Mit Hilfe dieser 16 Stunden andauernden Observation erhoffen sich die Wissenschaftler Rückschlüsse auf die Rotationsdauer dieses irregulären Mondes. Zudem will man feststellen, ob es sich bei Albiorix eventuell um ein binäres Objekt handelt. Der Hintergedanke liegt darin begründet, dass es sich bei mehreren Objekten des Asteroidenhauptgürtels und des Kuiper-Gürtels, welche über mit Albiorix vergleichbare Abmessungen verfügen, um Doppelasteroiden handelt. Sollte sich auch Albiorix als ein solcher Doppelasteroid erweisen, so könnte man dies als ein Indiz dafür werten, dass der Mond einstmals von Saturn “eingefangen” wurde.

Am 13. August kommt es schließlich zu einem weiteren nicht zielgerichteten Vorbeiflug an einem der größeren Monde des Saturn. In einer Entfernung von 108.621 Kilometern wird Cassini dabei mit einer Geschwindigkeit von 11,3 Kilometern pro Sekunde an dem 1.122 Kilometer durchmessenden Mond Dione vorbeifliegen, wofür zwei ISS-Observationen vorgesehen sind. Die erste Beobachtung wird aus Entfernungen zwischen 314.500 und 223.800 Kilometern durchgeführt werden. Im Rahmen dieser Beobachtungssequenz soll speziell nach dem möglichen Auftreten von sogenannten “Plumes” Ausschau gehalten werden, wie sie bereits bei dem Mond Enceladus beobachtet werden konnten. Bei diesen Plumes handelt es sich um Geysire, welche durch eine kryovulkanische Aktivität ausgelöst werden. Größere Mengen an Eis und Wasser werden dabei in Form von Fontänen aus dem Mondinneren herausgeschleudert und erstrecken sich anschließend in die Umgebung des Mondes.

Die zweite Beobachtungskampagne erfolgt dann während der größten Annäherung der Raumsonde an Dione. Eine aus vier Einzelbeobachtungen bestehende Abtastung durch das Composite Infrared Spectrometer (CIRS) wird dabei Details einzelner Bereiche der Mondoberfläche sowie die dort herrschenden Temperaturen vermessen.

Am 14. August erfolgt schließlich um 00:29 Uhr MESZ ein gezielter Vorbeiflug am Enceladus. Cassini wird dabei die Südpolregion dieses 504 Kilometer durchmessenden Mondes in einer Höhe von 2.551 Kilometern mit einer Geschwindigkeit von 6,9 Kilometern pro Sekunde überfliegen. Die wissenschaftlichen Beobachtungen während dieses auch als “E11” bezeichnete Vorbeifluges werden bereits am Vortag beginnen. Im Zeitraum zwischen 14:50 Uhr und 18:00 Uhr MESZ wird sich die ISS-Kamera auf die Südpolregion des Mondes konzentrieren, um die verschiedenen von der dort befindlichen Tigerstreifen-Region ausgehenden Plumes der Kryovulkane abzubilden. Um die “Lichtverschmutzung” der dabei zu erstellenden Aufnahmen möglichst gering zu halten, wird sich der Mond dabei lediglich am Rand des Aufnahmebereiches der Kamera befinden.

In der zeitlichen Abfolge der wissenschaftlichen Beobachtungen liegt diese Observation zwischen den beiden Beobachtungssequenzen des Dione-Vorbeifluges. Hierbei wird die Auflösung der Enceladus-Bilder bei etwa 1,3 Kilometer pro Pixel liegen. Nach dem Abschluss der Dione-Beobachtungen wird sich Cassini erneut auf die Enceladus-Plumes ausrichten und diese bis kurz vor die größte Annäherung der Raumsonde an den Mond abbilden. Während all dieser Aufnahmen wird sich Enceladus als ein nur teilweise von der Sonne beleuchteter Halbmond zeigen.

In der Phase der größten Annäherung wird dann das CIRS-Spektrometer die ISS-Kamera als eingesetztes Instrument ablösen und im mittleren Infrarot-Bereich mehrere Scans der Südpolregion durchführen, um die dort herrschenden Temperaturen zu ermitteln. Unter anderem wird dabei die Region Damascus Sulcus in hoher Auflösung abgebildet werden. Die Aufnahmen sind so konzipiert, dass die Temperatur innerhalb des Grabens von Damascus Sulcus gemessen wird, während sich diese Region auf der Nachtseite des Mondes befindet. Nach der größten Annäherung an Enceladus werden dann aus verschiedenen Entfernungen bis hin zu 95.000 Kilometern mehrere Mosaik-Aufnahmen erstellt, welche fast die gesamte sichtbare Mondoberfläche wiedergeben sollen.

Nur wenige Stunden nach der dichtesten Annäherung an Enceladus wird Cassini um 03:03 Uhr MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde lediglich 147.600 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. In diesem Zeitraum wird das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS) zusammen mit der ISS-Kamera den Stern Rigel im Sternbild Orion beobachten, welcher während dieser Aufnahmen gerade durch das Ringsystem des Saturn bedeckt werden wird. Durch die dabei erkennbaren Helligkeitsschwankungen in der Lichtkurve des Sterns erhoffen sich die Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau und die Struktur der Hauptringe des Ringsystems. Durch die zeitliche Abfolge der Helligkeitsschwankungen und deren Intensität können Rückschlüsse über die Lichtdurchlässigkeit und somit auch über die Materialdichte der einzelnen Ringstrukturen gewonnen werden.

Unmittelbar nach dem Abschluss der Beobachtungen von Enceladus wird Cassini sich dem Mond Tethys mit einer Geschwindigkeit von 9,2 Kilometern pro Sekunde bis auf eine Entfernung von 36.965 Kilometern nähern und auch diesen Mond mit den Kamerasystemen abbilden. Zwei Mosaik-Aufnahmen, welche zum Zeitpunkt der größten Annäherung erstellt werden, sind auf das Penelope-Impaktbassin und auf den Nordpol des Mondes ausgerichtet. Zwei weitere Bildsequenzen werden anschließend die vom Saturn abgewandte Hemisphäre des Mondes widergeben.

Am 16. August stehen dann erneute astrometrische Beobachtungen der inneren Saturnmonde auf dem wissenschaftlichen Arbeitsprogramm der Sonde. Hierbei sollen diesmal die Monde Pallene, Epimetheus, Helene, Prometheus und Janus abgebildet werden. Am 24. August wird Cassini schließlich erneut die Apoapsis erreichen und den 137. Umlauf um den Saturn beenden. Der folgende Orbit Nummer 138, welcher bis zum 13. September 2010 andauern wird, beinhaltet am 3. September zwei weitere Begegnungen mit den Monden Titan und Dione. Titan wird dabei in einer Distanz von 986.000 Kilometern passiert werden, wogegen die Entfernung zu Dione lediglich etwa 33.100 Kilometer betragen wird.

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