Cassinis Orbit Nummer 136 um den Saturn

Die Raumsonde Cassini beginnt am 15. Juli 2010 ihre 136. Umkreisung des Planeten Saturn. Im Verlauf dieses Orbits stehen diesmal hauptsächlich Fernerkundungen des Ringplaneten und verschiedener Monde auf dem Arbeitsprogramm der Sonde. Nahe Begegnungen mit einzelnen Monden werden dagegen nicht stattfinden.

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

NASA, JPL, University of Arizona
Die Untersuchung der Wolkenstrukturen innerhalb der Atmosphäre des Titan, des größten Mondes des Saturn, wird auch während des 136. Umlaufs von Cassini um den Ringplaneten ein nicht unwesentlicher Bestandteil der wissenschaftlichen Arbeiten der Raumsonde sein.
(Bild: NASA, JPL, University of Arizona)

Am 15. Juli 2010 wird die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn die Apoapsis, den Punkt der größten Entfernung zu dem Planeten, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich Cassini etwa 2,56 Millionen Kilometer von der obersten Wolkenschicht des Saturn entfernt befinden und zugleich ihren 136. Umlauf um den Ringplaneten beginnen. Die Raumsonde befindet sich jetzt wieder näher an der Ringebene des Planeten und wird diesen 20 Tage dauernden Umlauf daher unter anderem dazu nutzen, um mit seinem Kamera-Instrument mehrere nahe Begegnungen von zwei oder mehreren Monden zu beobachten.

Etwa zwei Stunden 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 “Rev135” bezeichneten Saturn-Umlaufs beginnen und in Kombination mit dem Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS) die Atmosphäre des Saturn abbilden. UVIS wird dabei die Planetenscheibe in Ost-West-Richtung abbilden, während NAC und WAC den Saturn mit verschiedenen Filtern fotografieren. Diese Beobachtungen sollen anschließend am 17., 21. und 23. Juli aus Entfernungen von 2,5 Millionen, 1,7 Millionen und 1,1 Millionen Kilometern wiederholt werden. Durch die dabei gewonnenen Daten erhoffen sich die an der Mission beteiligten Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über die Dynamik der Saturnatmosphäre.

Vorher ist allerdings ebenfalls noch am 15. Juli eine Beobachtung des größten Trabanten des Saturns, des etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Mondes Titan, vorgesehen. Aus einer Entfernung von rund 3,75 Millionen Kilometern wird Cassinis ISS-Kamera über den dortigen Oberflächenregionen Aztlan, Quivira und Fensal nach Wolkenformationen Ausschau halten. Eine ähnliche Beobachtungskampagne vor mehreren Wochen zeigte über der südöstlichen Aztlan-Region Wolken, welche sich allerdings einen Tag später bereits wieder aufgelöst hatten. Auch bei diesen Aufnahmen steht ein besseres Verständnis der Atmosphärendynamik im Vordergrund.

NASA, JPL, Space Science Institute
Dieses Foto des Saturnmondes Calypso fertigte die Raumsonde Cassini am 13. Februar 2010 an.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)

Ebenfalls am 15. Juli wird zudem eine Beobachtung des irregulären Saturnmondes Kiviuq erfolgen, welcher sich zu diesem Zeitpunkt rund 9,3 Millionen Kilometer von der Raumsonde entfernt befindet. Dieser etwa 14 Kilometer durchmessende Mond umläuft den Saturn innerhalb von 449 Tagen und 17 Stunden auf einer sehr elliptischen Umlaufbahn in einer mittleren Entfernung von 11,4 Millionen Kilometern. Seine Dichte fällt mit 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 silikatischem Gestein zusammensetzt. Die Albedo von 0,06 zeugt dabei von einer sehr dunklen Oberfläche.

Durch die ISS-Aufnahmen soll eine Lichtkurve dieses Mondes erstellt werden, mit welcher anschließend die Rotationsdauer von Kiviuq bestimmt werden kann. Außerdem will man anhand der Beobachtungsergebnisse ermitteln, ob es sich bei diesem Mond eventuell um ein binäres Objekt, also einen Doppelmond, handelt.

Am nächsten Tag werden dann gleich mehrere der kleineren inneren Monde durch das Kamerasystem abgelichtet werden. Durch die astrometrischen Beobachtungen der Monde Calypso, Atlas, Pandora, Telesto und Polydeuces sollen die bisher verfügbaren Daten über deren Umlaufbahnen noch weiter verfeinert werden. Auch diese Einzelbeobachtungen werden durchweg aus größeren Distanzen erfolgen und keine Details der jeweiligen Mondoberflächen zeigen.

Am 18. Juli wird man zwei Beobachtungskampagnen der Saturnatmosphäre durchführen. Ziel dieser Beobachtungen ist die Ermittlung der dortigen Windgeschwindigkeiten in einem Gebiet zwischen 10 und 20 Grad südlicher Breite. Durch die Bestimmung der variierenden Positionen von einzelnen Wolkenformationen können die an der Mission beteiligten Wissenschaftler während der anschließenden Datenauswertung die Windgeschwindigkeiten auf verschiedenen Breitengraden sowie innerhalb von einzelnen Sturmgebieten berechnen. Am 20. Juli steht dann eine erneute astrometrische Beobachtungskampagne bei mehreren kleinen Monden auf dem Arbeitsprogramm von Cassini. Diesmal sollen die genauen Positionen von Anthe, Helene, Telesto, Epimetheus, Janus und Calypso ermittelt werden.

NASA, JPL, Space Science Institute
Diese Aufnahme des Titan wurde am 5. Mai 2005 aus einer Entfernung von 1,4 Millionen Kilometern durch die Raumsonde Cassini erstellt. Die dichte Atmosphäre des Mondes erscheint in einem orangenen Farbton und ist auch über der nicht vom Sonnenlicht beleuchteten Seite des Mondes erkennbar.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)

Zwei Tage später, am 22. Juli, wird die ISS-Kamera erneut den Mond Titan abbilden, während dieser jetzt allerdings lediglich als eine sehr schmale Sichel erkennbar sein wird. Aus einer Distanz von etwa 1,84 Millionen Kilometern soll bei dieser Gelegenheit die dichte Dunstschicht der Atmosphäre 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 erkennen, wie sie sich um den gesamten Mond erstreckt.

Nach der Erstellung dieser Aufnahmen wird sich Cassini dem Saturn zuwenden und dessen nicht von der Sonne beleuchtete Seite abbilden. In Abständen von jeweils lediglich 24 Sekunden wird die Raumsonde insgesamt über 2.000 NAC-Aufnahmen anfertigen. Die Wissenschaftler hoffen, auf diesen Aufnahmen das Aufleuchten von Blitzen erkennen zu können, welche innerhalb von Sturmgebieten über der südlichen Hemisphäre des Planeten auftreten. Kurz bevor er vom Saturn verdeckt werden wird, wird sich bei dieser Gelegenheit auch der Saturnmond Rhea für einen kurzen Zeitraum durch das Sichtfeld der NAC-Kamera bewegen.

Am 25. Juli wird Cassini um 05:13 Uhr MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde lediglich 147.210 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. In diesem Zeitraum wird das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), unterstützt durch die ISS-Kamera, drei Mosaik-Aufnahmen des Saturn erstellen, welche die gesamte sichtbare Planetenscheibe wiedergeben sollen.

Durch diese Aufnahmen soll erneut die Dynamik der Wolkenstrukturen innerhalb der Planetenatmosphäre studiert werden. Die ersten beiden Mosaik-Aufnahmen werden dazu am 24. Juli angefertigt. Auf dem ersten Mosaik wird Saturn lediglich als eine dünne Sichel erkennbar sein, während das zweite Mosaik die Nachtseite des Gasplaneten zeigen wird. Das VIMS-Spektrometer ist dabei in der Lage, die zu beobachtenden Wolkenstrukturen im Infrarot-Bereich wiederzugeben, auch wenn diese lediglich durch die vom Planeten abgegebene innere Wärme “zum Leuchten” angeregt werden. Die dritte Beobachtung am 25. Juli wird dagegen die von der Sonne beleuchtete Tagseite des Ringplaneten zeigen.

NASA, JPL, Space Science Institute
Dione zieht seine Bahn vor dem weiter entfernten Mond Tethys. Dieses Ereignis wurde von Cassini am 28. November 2009 dokumentiert.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)

In den ersten Stunden des 27. Juli wird Cassini sich dann knapp unterhalb der Ringebene des Saturn befinden. Aus dieser Position heraus kann die Raumsonde mehrere scheinbare nahe Begegnungen von zwei oder mehreren Monden beobachten. Am 26. Juli wird die NAC-Kamera dabei verfolgen können, wie sich der Saturnmond Dione vor die nördliche Hemisphäre von Rhea schiebt. Dione wird während dieses Schauspiels etwa 1,11 Millionen Kilometer von Cassini entfernt sein, während Rhea seine Bahn in etwa 1,59 Millionen Kilometern Entfernung zieht. Da Rhea mit einem Durchmesser von 1.528 Kilometern etwas größer ist als der lediglich etwa 1.120 Kilometer durchmessende Mond Dione, werden beide Saturnmonde auf den geplanten Aufnahmen in etwa die gleiche Größe aufweisen.

Ein vergleichbares Ereignis soll wenig später beobachtet werden. Der Mond Janus wird dabei zuerst knapp oberhalb des Nordpols von Prometheus vorbeiziehen, bevor er anschließend von Epimetheus bedeckt werden wird. Zwischen diesen beiden Beobachtungen ist eine weitere astrometrische Beobachtungskampagne eingeplant, welche diesmal die Monde Pallene, Anthe, Polydeuces, Epimetheus, Atlas, Prometheus und Methone zum Ziel hat. Am 28. und 30. Juli steht eine weitere Beobachtungskampagne von Titan auf dem Beobachtungsprogramm. Titan wird dabei 2,6 beziehungsweise 3,39 Millionen Kilometer von Cassini entfernt sein. Auch bei diesen Beobachtungen steht die Verfolgung des Wettergeschehens im Fokus der Wissenschaftler.

Für den 31. Juli ist dagegen eine Beobachtung des Saturnmondes Iapetus vorgesehen. Mit einem aus fünf Einzelaufnahmen erstellten Mosaik der unmittelbaren Umgebung dieses Mondes soll nach eventuell vorhandenen Staubvorkommen in dessen Hill-Sphäre gesucht werden. Diese Aufnahmen werden aus einer Distanz von 1,97 Millionen Kilometern angefertigt werden. Ebenfalls am 31. Juli wird man eine Lichtkurve des etwa 26 Kilometer durchmessenden Mondes Albiorix erstellen, welche die gleiche Zielsetzung wie die Beobachtung von Kiviuq am 15. Juli hat. 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 dessen Bahn mit fast 34 Grad stark gegen die Ekliptik geneigt ist. Seine Dichte 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.

NASA, JPL, SSI
Diese Aufnahme der Enceladus-Plumes wurde am 27. November 2005 aus einer Entfernung von 147.400 Kilometern angefertigt.
(Bild: NASA, JPL, SSI)

Zum Abschluss des 136. Umlaufs von Cassini um den Saturn sind für den 2. August weitere astrometrische Beobachtungen mehrerer der inneren Monde des Saturn vorgesehen. Ziel dieser Kampagne sind diesmal die Monde Polydeuces, Anthe, Methone, Pandora, Prometheus, Epimetheus und Telesto. Am 4. August 2010 wird die Raumsonde schließlich erneut die Apoapsis erreichen und sich zu diesem Zeitpunkt etwa 2,62 Millionen Kilometer von der obersten Wolkenschicht des Saturn entfernt befinden.

Im Verlauf der dann beginnenden 137. Umkreisung steht Cassini erneut ein prall gefülltes wissenschaftliche Programm bevor. Neben drei Begegnungen mit den Monden Titan (417.000 Kilometer Distanz), Dione (108.000 Kilometer) und Tethys (37.000 Kilometer) wird am 13. August ein gezielter Vorbeiflug an Enceladus erfolgen. Cassini wird sich der Oberfläche dieses Mondes dabei mit einer Geschwindigkeit von 6,9 Kilometern pro Sekunde bis auf eine Entfernung von etwa 2.500 Kilometern annähern. Unter anderem soll dabei das Composite Infrared Spectrometer (CIRS) die Südpolregion mit den dort befindlichen “Tiger-Streifen”, den Quellen der von Enceladus ausgehendes Plumpes, beobachten und bei dieser Gelegenheit die dortigen Temperaturen vermessen.

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