Quelle: ESA/Science&Exploration/SpaceScience/Cassini-Huygens, 1. Oktober 2025

Im Jahr 2005 fand Cassini den ersten Beweis dafür, dass Enceladus unter seiner eisigen Oberfläche einen verborgenen Ozean hat. Aus Spalten nahe dem Südpol des Mondes schießen Wasserstrahlen hervor, die Eiskörner in den Weltraum schleudern. Einige dieser winzigen Eispartikel, die kleiner als Sandkörner sind, fallen zurück auf die Mondoberfläche, während andere entweichen und einen Ring um Saturn bilden, der der Umlaufbahn von Enceladus folgt.
Der Hauptautor Nozair Khawaja erklärt, was wir bereits wussten: „Cassini hat während seines Fluges durch den E-Ring des Saturn ständig Proben von Enceladus erfasst. Wir hatten bereits viele organische Moleküle in diesen Eiskörnern gefunden, darunter Vorläufer von Aminosäuren.

Die Eiskörner im Ring können Hunderte von Jahren alt sein. Im Laufe der Zeit sind sie möglicherweise „verwittert“ und durch intensive Weltraumstrahlung verändert worden. Die Wissenschaftler wollten frischere Körner untersuchen, die erst vor kurzem ausgestoßen wurden, um ein besseres Bild davon zu bekommen, was genau im Ozean von Enceladus vor sich geht.
Glücklicherweise lagen uns die Daten bereits vor. Im Jahr 2008 flog Cassini direkt durch den Eisspray. Nur wenige Minuten zuvor ausgestoßene, unberührte Körner trafen mit einer Geschwindigkeit von etwa 18 km/s auf das Instrument „Cosmic Dust Analyzer” (CDA) des Raumfahrzeugs. Dies waren nicht nur die frischesten Eiskörner, die Cassini jemals entdeckt hatte, sondern auch die schnellsten.

Die Geschwindigkeit war entscheidend. Nozair erklärt warum:
„Die Eiskörner enthalten nicht nur gefrorenes Wasser, sondern auch andere Moleküle, darunter organische Verbindungen. Bei geringerer Aufprallgeschwindigkeit zerbricht das Eis, und das Signal der Wassermolekülcluster kann das Signal bestimmter organischer Moleküle überdecken. Wenn die Eiskörner jedoch mit hoher Geschwindigkeit auf die CDA treffen, bilden die Wassermoleküle keine Cluster, und wir haben die Möglichkeit, diese zuvor verborgenen Signale zu erkennen.“
Es dauerte Jahre, um das Wissen aus früheren Vorbeiflügen aufzubauen und es dann zur Entschlüsselung dieser Daten anzuwenden. Aber jetzt hat Nozairs Team aufgedeckt, welche Art von Molekülen in den frischen Eiskörnern vorhanden waren.
Sie stellten fest, dass bestimmte organische Moleküle, die bereits im E-Ring gefunden worden waren, auch in den frischen Eiskörnern vorhanden waren. Dies bestätigt, dass sie im Ozean von Enceladus entstehen.
Sie fanden auch völlig neue Moleküle, die zuvor noch nie in Eiskörnern von Enceladus beobachtet worden waren. Für die Chemiker unter den Lesern: Zu den neu entdeckten Molekülfragmenten gehörten aliphatische, (hetero)zyklische Ester/Alkene, Ether/Ethyl und vorläufig auch stickstoff- und sauerstoffhaltige Verbindungen.
Auf der Erde sind dieselben Moleküle an den Ketten chemischer Reaktionen beteiligt, die letztendlich zu den komplexeren Molekülen führen, die für das Leben unerlässlich sind.

„Es gibt viele mögliche Wege von den organischen Molekülen, die wir in den Cassini-Daten gefunden haben, zu potenziell biologisch relevanten Verbindungen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass der Mond bewohnbar ist“, sagt Nozair.
„Die Daten, die wir derzeit untersuchen, enthalten noch viel mehr, daher freuen wir uns darauf, in naher Zukunft mehr herauszufinden.“
Mitautor Frank Postberg fügt hinzu: „Diese Moleküle, die wir in dem frisch ausgestoßenen Material gefunden haben, beweisen, dass die komplexen organischen Moleküle, die Cassini im E-Ring des Saturn entdeckt hat, nicht nur ein Produkt langer Sonneneinstrahlung sind, sondern auch im Ozean von Enceladus vorkommen.“
Nicolas Altobelli, ESA-Projektwissenschaftler für Cassini, fügt hinzu: „Es ist fantastisch zu sehen, dass fast zwei Jahrzehnte nach ihrer Erfassung neue Entdeckungen aus den Cassini-Daten hervorgehen. Das zeigt wirklich die langfristige Wirkung unserer Weltraummissionen. Ich freue mich darauf, die Daten von Cassini mit denen anderer ESA-Missionen zu den Eismonden von Saturn und Jupiter zu vergleichen.“

Rückkehr zu Enceladus
Die Entdeckungen von Cassini sind wertvoll für die Planung einer zukünftigen ESA-Mission, die sich speziell mit Enceladus befassen wird. Die Studien für diese ehrgeizige Mission haben bereits begonnen. Geplant ist, durch die Fontänen zu fliegen und sogar auf dem südpolaren Gelände des Mondes zu landen, um Proben zu sammeln.
Ein Team aus Wissenschaftlern und Ingenieuren befasst sich bereits mit der Auswahl moderner wissenschaftlicher Instrumente, die das Raumschiff mitführen soll. Die neuesten Ergebnisse, die mit Hilfe von CDA erzielt wurden, werden bei dieser Entscheidung helfen.

Enceladus erfüllt alle Voraussetzungen für eine bewohnbare Umgebung, die Leben ermöglichen könnte: das Vorhandensein von flüssigem Wasser, eine Energiequelle, eine bestimmte Zusammensetzung chemischer Elemente und komplexe organische Moleküle. Eine Mission, die direkt von der Mondoberfläche aus Messungen vornimmt und nach Anzeichen von Leben sucht, würde Europa einen Spitzenplatz in der Erforschung des Sonnensystems verschaffen.
„Selbst wenn man kein Leben auf Enceladus finden würde, wäre das eine enorme Entdeckung, denn es würde ernsthafte Fragen aufwerfen, warum in einer solchen Umgebung kein Leben vorhanden ist, obwohl die richtigen Bedingungen dafür gegeben sind“, sagt Nozair.

„Detection of Organic Compounds in Freshly Ejected Ice Grains from Enceladus’s Ocean” von N. Khawaja et al. wurde in Nature Astronomy veröffentlicht. DOI: 10.1038/s41550-025-02655-y
Der Hauptautor Nozair Khawaja führte die Forschung an der Freien Universität Berlin und der Universität Stuttgart, beide in Deutschland, durch. Frank Postberg ist ebenfalls an der Freien Universität Berlin tätig.
Cassini-Huygens war ein Kooperationsprojekt der NASA, der ESA und der italienischen Weltraumagentur. Es bestand aus zwei Elementen: dem Cassini-Orbiter und der Huygens-Sonde.
Der Cosmic Dust Analyzer (CDA) von Cassini wurde von der Universität Stuttgart in Deutschland geleitet.

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• Saturnmond Enceladus

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7. Januar 2025 – Im Jahr 1655 entdeckt der niederländische Astronom Christiaan Huygens mit seinem selbstgebauten Teleskop einen Lichtpunkt, der den Planeten Saturn in 16 Tagen einmal umrundet. Er wird später Titan getauft. Es dauerte mehrere Jahrhunderte, bis klar wurde, was der zweitgrößte Mond des Sonnensystems verbirgt: Erst Raumsonden lieferten Details seiner umwölkten Atmosphäre und sogar erste Fotos seiner rätselhaften Oberfläche. Gerade bereitet die NASA eine neue Forschungsreise zu ihm vor.

Karl erzählt in dieser Folge, warum der Titan so besonders ist. Zwar ist es auf ihm mit durchschnittlich -179 °C bestialisch kalt. Doch gleichzeitig gluckern auf ihm Flüsse aus flüssigem Methan, Ethan und Stickstoff. Sie graben tiefe Täler und speisen gigantische Seen. Aus der Atmosphäre, die deutlich dichter und massiver als die Erdatmosphäre ist, rieseln währenddessen organische Moleküle. Es scheinen die wichtigsten Zutaten beisammen zu sein, um auf Titan eine Form von Leben entstehen zu lassen.

Nach der Marssonde Ingeniuity ist Dragonfly erst der zweite Versuch der NASA, in einer außerirdischen Atmosphäre mit einem Helikopter zu fliegen. Doch anders als die dünne Luft auf dem Mars ist der Titan bestens dafür geeignet: Die Anziehungskraft ist gering, während die Luft auf dem Saturnmond dichter als die der Erde ist und dadurch starken Auftrieb verleiht. Die Forschungssonde kann deshalb eine Radionuklidbatterie und sogar ein Massenspektrometer transportieren, um in einer mehrjährigen Mission dem möglichen fremden Leben auf die Schliche zu kommen.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

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• AstroGeo Podcast
• Saturnmond Titan

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Quelle: Freie Universität Berlin 14. Mai 2024.

14. Mai 2024 – Im Jahr 2018 wurden in Eispartikeln des Saturnmonds Enceladus sehr große organische Moleküle entdeckt. Noch ist unklar, ob sie auf die Existenz von Leben hindeuten oder auf andere Weise entstanden sind. Eine aktuelle Studie könnte helfen, diese Frage zu beantworten. Bedingungen, die zur Entstehung oder Aufrechterhaltung von Leben in extraterrestrischen Ozeanen führen können, könnten demnach molekulare Spuren in Eiskörnern hinterlassen. Die Arbeiten wurden an der Freien Universität Berlin durchgeführt – der leitende Wissenschaftler Dr. Nozair Khawaja ist gerade an die Universität Stuttgart gewechselt.

Die Wiege des Lebens auf der Erde befand sich vermutlich in einem Heißwasser-Schlot auf dem Grund des Ozeans. „In der Forschung sprechen wir auch von einem Hydrothermal-Feld“, erklärt Dr. Nozair Khawaja vom Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart. „Es gibt gute Hinweise darauf, dass in solchen Feldern Bedingungen herrschen, die für die Entstehung oder Aufrechterhaltung einfacher Lebensformen wichtig sind.“

Möglicherweise gibt es derartige Schlote auch auf einem Himmelskörper, der nach kosmischen Maßstäben nicht weit von unserem Heimatplaneten entfernt ist: dem Saturnmond Enceladus. Der Trabant misst ungefähr 500 Kilometer im Durchmesser, seine Oberfläche ist mit einer 30 Kilometer dicken Hülle aus Eis bedeckt. Im Jahr 2005 entdeckten Wissenschaftler*innen über seinem Südpol eine riesige Wolke aus Eispartikeln. Drei Jahre später durchflog die NASA-Raumsonde Cassini diese Wolke. Die Messinstrumente der Sonde offenbarten Erstaunliches: Die Zusammensetzung der Partikel deutete mit großer Sicherheit darauf hin, dass unter Enceladus‘ Eisdecke ein Ozean aus flüssigem Wasser vorhanden sein muss.

Enceladus-Meer enthält organische Moleküle
Khawaja hat die Daten der Cassini-Mission zusammen mit dem Planetologen Professor Frank Postberg von der Freien Universität (FU) Berlin genauer analysiert. „In den Jahren 2018 und 2019 sind wir dabei auf verschiedene organische Moleküle gestoßen, darunter auch solche, die typischerweise Bausteine biologische Verbindungen sind.“ Die Daten wurden mit einem niedrig auflösenden Messinstrument von Cassini aufgezeichnet. Dennoch könnten sie darauf hindeuten, dass der Ozean auf dem Saturnmond Enceladus voll von organischen Molekülen ist. „Und das bedeutet möglicherweise, dass dort chemische Reaktionen ablaufen, die irgendwann zu Leben führen könnten.“

Forscher*innen vermuten auch auf dem Grund des Enceladus-Meeres Hydrothermalfelder. Unklar war bislang, ob die entdeckten organischen Moleküle in diesen Feldern entstanden sind. Khawaja hat nun zusammen mit seinen Mitarbeiter*innen Lucia Hortal und Thomas Sullivan nach einer Möglichkeit gesucht, diese Frage zu beantworten. „Dazu haben wir an der FU Berlin im Labor die Parameter eines möglichen Hydrothermalfelds auf Enceladus simuliert“, sagt Khawaja, der gerade von der Freien Universität Berlin an die Universität Stuttgart gewechselt ist. „Dann haben wir untersucht, welche Auswirkungen diese Bedingungen auf eine einfache Kette von Aminosäuren haben.“ Aminosäuren sind die Grundbausteine von Proteinen und die Basis sämtlichen Lebens, wie wir es kennen.

In der Testapparatur herrschten Temperaturen von 80 bis 150 Grad Celsius und ein Druck von 80 bis 100 bar – etwa hundertmal höher als auf der Erdoberfläche. Unter diesen extremen Verhältnissen veränderten sich die Aminosäureketten mit der Zeit auf charakteristische Weise. Doch lassen sich diese Änderungen mit den Messinstrumenten auf Raumsonden überhaupt nachweisen? Anders gefragt: Hinterlassen sie eine unverwechselbare Signatur, die man in den Daten von Cassini (oder auch künftiger Raummissionen) finden können müsste?

Hydrothermalfelder hinterlassen Spuren in den Messdaten
Das Messinstrument an Bord der Cassini-Raumsonde, der sogenannte Cosmic Dust Analyzer, analysiert Staub- und Enceladus-Eispartikel im All, die mit Geschwindigkeiten von bis zu 20 Kilometern pro Sekunde unterwegs sind. Der High-Speed-Crash führt dazu, dass das Material verdampft und die Moleküle in ihm zertrümmert werden. Die Bruchstücke verlieren dabei Elektronen und sind dann positiv geladen. Sie lassen sich mit einer negativ geladenen Elektrode anziehen und treffen dort dann umso früher ein, je leichter sie sind. Wenn man die Laufzeit aller Bruchstücke misst, erhält man ein sogenanntes Massenspektrum. Daraus kann man dann Rückschlüsse auf das Ursprungsmolekül ziehen.

Im Labor lässt sich diese Messmethode nur mit großem Aufwand anwenden. „Wir haben stattdessen erstmals für Eispartikel, die hydrothermal verändertes Material enthielten, eine alternative Messmethode namens LILBID genutzt“, erklärt Khawaja. „Sie liefert ganz ähnliche Massenspektren wie das Cassini-Instrument. Damit haben wir unsere Aminosäurekette vor und nach dem Versuch vermessen. Dabei sind wir auf charakteristische Signale gestoßen, die durch die Reaktionen in unserem simulierten Hydrothermalfeld hervorgerufen wurden.“ Die Forschenden werden dieses Experiment nun mit weiteren organischen Molekülen unter erweiterten geophysikalischen Bedingungen im Enceladus-Ozean wiederholen. Ihre Ergebnisse ermöglichen es, die Cassini-Daten (oder auch die Daten künftiger Missionen) auf solche Signaturen zu durchforsten. Falls man sie findet, wäre das ein weiterer Hinweis auf die Existenz eines Hydrothermalfeldes auf Enceladus. Damit stiege auch die Wahrscheinlichkeit, dass auf Enceladus Leben entstehen und überdauern kann.

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• Leben im Sonnensystem

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Quelle: Universität Leipzig 15. Juni 2023.

15. Juni 2023 – Unter den Wissenschaftler:innen ist Prof. Dr. Bernd Abel vom Institut für Technische Chemie der Universität Leipzig. Welche Rolle Chemiker:innen neuerdings bei der Erforschung des Weltalls spielen, erklärt er im Interview.

Professor Abel, Sie sind Teil eines internationalen Forschungsteams, das Messergebnisse der Raumsonde Cassini ausgewertet und in Laborexperimenten simuliert hat. Diese Sonde hat von 2004 bis 2017 den Saturn und seine Monde erforscht. Welche Rolle kam Ihnen dabei als Chemiker zu?

Prof. Dr. Bernd Abel (B. A.): Die meisten Mitglieder des Teams arbeiten bereits seit mehr als zehn Jahren auf diesem speziellen Gebiet sehr erfolgreich zusammen. Während die Entwicklung von Instrumenten eine Domäne der Physik ist, sind lebende Systeme eine Domäne der Biologie. Die Chemie verbindet beides und sie wird auch künftig extrem wichtig sein, um das Konzept der chemischen Evolution von einfachen Molekülen über komplexere chemische Strukturen bis hin zu einfachen lebenden Systemen zu verstehen.

Wir haben in Leipzig Geräte und Methoden entwickelt, die unabdingbar sind für Laborexperimente zur Interpretation von Massenspektren der Cassini-Sonde. Massenspektren bilden ab, welche Substanzen in einer Probe enthalten sind, und waren der Schlüssel für ein Verständnis der Chemie im Ozean unter der Eiskruste des Enceladus und anderer Monde in unserem Sonnensystem.

Wir haben außerdem quantenchemische Methoden für die Nachbildung chemischer Prozesse genutzt, dafür gehören zu meinem Team auch Physiker:innen. Die Chemiker:innen in meinem Team, die sich auf physikalische und technische Chemie spezialisiert haben, sind insbesondere auch für die chemische Modellierung und Modellbildung verantwortlich.

Wir sprechen von Proben, die in über 1,3 Milliarden Kilometer Entfernung „eingesammelt“ wurden. Können Sie kurz erläutern, wie die Messungen vorgenommen wurden und wie Sie die Ergebnisse dann ausgewertet haben?

B. A.: Auf der Oberfläche des Saturnmondes Enceladus herrschen minus 200 Grad Celsius und unter der viele Kilometer dicken Eiskruste liegt ein Ozean aus Wasser, auf dessen Grund es um die 90 Grad Celsius heiß werden kann.

Die Cassini-Sonde untersuchte die Zusammensetzung des Ozeans, indem sie Material im Vorbeiflug analysierte, das von den kryovulkanischen Geysiren am Südpol des Mondes in den Weltraum geschleudert wurde. Mit dem sogenannten Cosmic Dust Analyzer (CDA) an Bord der Sonde wurden unter anderem Massenspektren der untersuchten Eiskörner aufgenommen. Damit war im Prinzip eine chemische Analyse der Bestandteile, also Moleküle, Salze, Elemente, der Eispartikel möglich.

Diese komplexen Massenspektren galt es nun zu analysieren. Die von uns entwickelte Apparatur im Leipziger Labor und unsere Methoden gestatten eine Simulation der Bedingungen im Weltraum. Wir simulierten also den Einschlag von Eispartikeln auf dem Cosmic Dust Analyzer an Bord der Cassini-Sonde, der typische aber komplexe und unbekannte Muster in den Massenspektren erzeugt hatte. Unsere Laborexperimente ermöglichten uns, diese Muster zu verstehen und ließen interessante Rückschlüsse auf die Chemie in der wässrigen Phase unter dem Eispanzer des Enceladus (und anderer Monde im Sonnensystem) zu.

Wie wichtig sind die Ergebnisse für die weitere Erforschung des Weltalls? Werden Chemiker:innen auch künftig an ähnlichen Missionen beteiligt sein?

B. A.: Mit Phosphor wurde zunächst der letzte noch fehlende elementare Baustein auf Enceladus entdeckt, der für Leben und Lebensformen‚ so wie wir es kennen unabdingbar ist. Die Suche nach Leben wird eine besondere Rolle in zukünftigen Missionen der NASA und ESA spielen. Sicherlich wird man zunächst nach komplexeren Molekülen suchen auf dem Weg hin zu lebenden Systemen.

Die Jupiter-Icy-Moons-Explorer-Mission der ESA (JUICE) wird zum Beispiel mit einer Reihe von Fernerkundungs-, geophysikalischen und in-situ-Instrumenten detaillierte Beobachtungen des riesigen Gasplaneten und seiner drei Monde – Ganymed, Callisto und Europa – durchführen. Die Mission wird diese Monde sowohl als planetarische Objekte als auch als mögliche Lebensräume erforschen.

Wie in unserem neuesten Artikel in der Zeitschrift „Nature“ zu lesen ist, kommt der Chemie auf der Suche nach Leben, wie wir es kennen, eine besondere Bedeutung zu. Nur sie ist in der Lage, die große Wissenslücke der chemischen Evolution zwischen einfachen Biomolekülen und ersten komplexen biomolekularen Komplexen bis hin zu ersten einfachen lebenden Organismen zu verstehen.

Hintergrund:
Die Entdeckung von Phosphorsalzen im Ozean unter dem Eismantel des Enceladus wurde gerade in der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht. Unter der Leitung eines Forschungsteams von der Freien Universität Berlin waren weitere Teams von Wissenschaftler:innen aus Leipzig, Stuttgart, Japan und den USA an den Ergebnissen beteiligt. Prof. Dr. Bernd Abel ist Professor für Technische Chemie an der Universität Leipzig und forscht zu Materialien und Methoden für Sensortechnik und Energieanwendungen. In dem Forschungsprojekt zur Cassini-Mission war er insbesondere für die Entwicklung von Apparaturen und Methoden für sogenannte „Labor-Analogexperimente“ verantwortlich, mit denen die komplexen Massenspektren der Cassini-Sonde simuliert und schließlich interpretiert werden können. Außerdem war er unter anderem für die Auswertung der Massenspektren mit Hilfe der im Labor aufgenommenen Daten und quantenchemischer Rechnungen zuständig.

Abel ist auch Mitglied des neuen Sonderforschungsbereichs „Hyperpolarisation in Molekularen Systemen“ (HYP*MOL) an der Universität Leipzig und der TU Chemnitz, der vor Kurzem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft bewilligt wurde.

Originalpublikation:
„Detection of phosphates originating from Enceladus’s ocean“: doi.org/10.1038/s41586-023-05987-9,
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05987-9,
pdf: https://www.nature.com/articles/s41586-023-05987-9.pdf.

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• Chemie im All

Der Beitrag Mit den Mitteln der Chemie auf der Suche nach Leben im Weltall erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Im Jahr 1610 beobachtete Galileo Galilei als erster Mensch die Ringe des Saturn durch ein Teleskop. Er wusste zwar nicht genau, was das für seitliche Ausbuchtungen am runden Planeten sind und notiert sich diese „Ohren“ in seinem Notizbuch. Später erkannten Astronomen die Gestalt der Ringe, aber erst in den 1970er und 1980er Jahren haben Raumsonden vom Ringplaneten atemberaubende Fotos zurück geschickt.

Vor ziemlich genau fünf Jahren ging die letzte Saturnmission erfolgreich zu Ende: Cassini-Huygens versank am 17. September 2017 in der dichten Atmosphäre des Saturn. Der Orbiter Cassini umkreiste mehrere Jahre lang den Planeten und seine Monde und die Landeeinheit Huygens setzte sogar auf dem Saturnmond Titan auf.

Eine Unmenge an Daten hat Cassini zur Erde zurück geschickt. Bis heute läuft die Auswertung und ist für viele Überraschungen gut. In dieser Folge vom AstroGeo-Podcast erzählt Yvonne Maier, wie Forschende nun anhand der Cassini-Daten ausgerechnet haben, wie es dazu gekommen ist, dass die Rotationsachse des Saturns knapp 30 Grad geneigt ist und warum er so ein beeindruckendes Ringsystem hat – und was ein verschwundener Mond damit zu tun haben könnte.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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• AstroGeo Podcast
• Planet Saturn

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Quelle: Universität Bern.

30. August 2021 – Seit Jahrtausenden beobachtet die Menschheit die wechselnden Phasen des Mondes. Dabei handelt es sich um das Sonnenlicht, das vom Mond reflektiert wird, während er uns seine verschiedenen «Gesichter» zeigt. Diese Wechsel werden als «Phasenkurve» bezeichnet. Die Messung der Phasenkurven des Mondes und der Planeten des Sonnensystems ist ein alter Zweig der Astronomie, der mindestens ein Jahrhundert zurückreicht. Die Formen der Phasenkurven liefern unter anderem Informationen über die Oberflächen und Atmosphären dieser Himmelskörper, und in der Neuzeit werden die Phasenkurven von Exoplaneten mit Weltraumteleskopen wie Hubble, Spitzer, TESS und CHEOPS gemessen. Diese Beobachtungen werden jeweils mit den theoretischen Vorhersagen abgeglichen. Für diesen Abgleich braucht man eine Möglichkeit, die Phasenkurven zu berechnen, was bedeutet, dass ein schwieriges mathematisches Problem gelöst werden muss.

Lösungsansätze zur Berechnung von Phasenkurven gibt es bereits seit dem 18. Jahrhundert. Der älteste bekannte Lösungsansatz geht auf den Schweizer Mathematiker, Physiker und Astronomen Johann Heinrich Lambert zurück, der das sogenannte «Lambertsche Reflexionsgesetz» verfasste. Das Problem der Berechnung des von den Planeten des Sonnensystems reflektierten Lichts wurde auch vom amerikanischen Astronomen Henry Norris Russell in einer einflussreichen Arbeit von 1916 aufgeworfen. Ein weiterer bekannter Ansatz aus dem Jahr 1981 stammt vom amerikanischen Mondforscher Bruce Hapke, der auf die klassische Arbeit des indisch-amerikanischen Nobelpreisträgers Subrahmanyan Chandrasekhar aus dem Jahr 1960 aufbaute. Der sowjetische Physiker Viktor Sobolev leistete in seinem einflussreichen Lehrbuch von 1975 ebenfalls wichtige Beiträge zur Untersuchung des reflektierten Lichts von Himmelskörpern.

Inspiriert von der Arbeit dieser Wissenschaftler hat der theoretische Astrophysiker Kevin Heng vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern eine ganze Familie neuer mathematischer Formeln zur Berechnung von Phasenkurven entdeckt. Die Studie, die Kevin Heng in Zusammenarbeit mit Brett Morris vom Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS, den die Universität Bern gemeinsam mit der Universität Genf leitet, und Daniel Kitzmann vom CSH, verfasst hat, wurde soeben in Nature Astronomy veröffentlicht.

Allgemein anwendbare Formeln

«Ich hatte das Glück, dass bereits umfangreiche Arbeiten von diesen großen Wissenschaftlern geleistet worden waren. Hapke hatte einen einfacheren Weg entdeckt, die klassische Lösung von Chandrasekhar aufzuschreiben, und Sobolev hatte erkannt, dass man das Problem in mindestens zwei mathematischen Koordinatensystemen untersuchen kann.»
Auf das Problem aufmerksam wurde Heng ursprünglich durch eine Zusammenfassung von Sara Seager in ihrem Lehrbuch von 2010. Mit Hilfe dieser Erkenntnisse konnte Heng die mathematischen Formeln für die Stärke der Reflexion (auch Albedo genannt) und die Form der Phasenkurve niederschreiben, und zwar komplett auf Papier und ohne einen Computer zu benutzen. «Das Bahnbrechende an diesen Lösungen ist, dass sie für jedes Reflexionsgesetz gelten, also sehr allgemein anwendbar sind. Der entscheidende Moment kam für mich, als ich diese Stift-und-Papier-Berechnungen mit dem verglich, was andere Forschende mit Computerberechnungen erreicht hatten. Ich war verblüfft, wie gut sie übereinstimmten», sagt Heng.

Erfolgreiche Analyse der Phasenkurve von Jupiter

«Aufregend finde ich nicht nur die Entdeckung einer neuen Theorie, sondern auch ihre großen Auswirkungen auf die Interpretation von Daten», sagt Heng. So hat zum Beispiel die Raumsonde Cassini Anfang der 2000er Jahre Phasenkurven des Jupiters gemessen, aber eine tiefgreifende Analyse der Daten wurde bisher nicht durchgeführt – wahrscheinlich, weil die Berechnungen zu rechenintensiv waren. Mit seinem neuen Lösungs-Set war Heng in der Lage, die Cassini-Phasenkurven zu analysieren und daraus zu schließen, dass die Atmosphäre des Jupiters mit Wolken gefüllt ist, die aus großen, unregelmäßigen Partikeln von verschiedenen Größen bestehen. Diese parallele Studie wurde in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlicht, in Zusammenarbeit mit dem Cassini-Datenexperten und Planetenforscher Liming Li von der Universität Houston in Texas, USA.

Neue Möglichkeiten für die Analyse von Daten von Weltraumteleskopen

«Die Möglichkeit, mathematische Lösungen für Phasenkurven von reflektiertem Licht auf Papier zu bringen, bedeutet, dass man damit Daten in Sekundenschnelle analysieren kann», so Heng. Die Formeln eröffnen also neue Wege der Dateninterpretation. Heng arbeitet zusammen mit Pierre Auclair- Desrotour (ehemals CSH, derzeit am Pariser Observatorium) an der weiteren Verallgemeinerung der Formeln. «Pierre Auclair-Desrotour ist ein talentierterer angewandter Mathematiker als ich, und wir werden in naher Zukunft weitere spannende Ergebnisse veröffentlichen», so Heng.

In der Studie in Nature Astronomy demonstrierten Heng und seine Co-Autoren eine neuartige Methode zur Analyse der Phasenkurve des Exoplaneten Kepler-7b vom Kepler-Weltraumteleskop. Brett Morris leitete den Teil der Datenanalyse für die Studie. Heng sagt: «Brett Morris leitet die Datenanalyse für die CHEOPS-Mission in meiner Forschungsgruppe, und sein moderner Data-Science-Ansatz war entscheidend für die erfolgreiche Anwendung der Formeln auf reale Daten». Derzeit arbeiten sie mit Forschenden des amerikanischen Weltraumteleskops TESS zusammen, um die Phasenkurvendaten von TESS zu analysieren. Heng stellt sich vor, das seine Formeln auch zu neuartigen Möglichkeiten der Analyse von Phasenkurvendaten des James Webb Weltraumteleskops JWST, dass 2021 seine Reise ins Weltall antreten soll, führen werden. «Was mich am meisten begeistert, ist, dass diese mathematischen Formeln noch lange nach meinem Tod gültig sein werden und wahrscheinlich ihren Weg in Standard-Lehrbücher finden werden», so Heng abschließend.

Angaben zu den Publikationen

Heng, K., Morris, B.M., & Kitzmann, D., Closed-form ab initio solutions of geometric albedos and reflected light phase curves of exoplanets, Nature Astronomy

Heng, K., & Li, L., Jupiter as an Exoplanet: Insights from Cassini Phase Curves, Astrophysical Journal Letters, Volume 909, Number 2, L20

Erklärvideo mit Kevin Heng

Center for Space and Habitability (CSH)

Die Aufgabe des Center for Space and Habitability (CSH) ist es, den Dialog und die Interaktion zwischen den verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen zu fördern, die sich für die Entstehung, Entdeckung und Charakterisierung anderer Welten innerhalb und außerhalb des Sonnensystems, die Suche nach Leben anderswo im Universum und deren Auswirkungen auf Disziplinen außerhalb der Naturwissenschaften interessieren. Zu den Mitgliedern, Affiliates und Mitarbeitenden gehören Expertinnen und Experten aus der Astronomie, Astrophysik und Astrochemie, Atmosphären-, Klima- und Planetenforschung, Geologie und Geophysik, Biochemie und Philosophie. Das CSH beherbergt die CSH und Bernoulli Fellowships, ein Programm für junge, dynamische und talentierte Forschende aus der ganzen Welt, um unabhängige Forschung zu betreiben. Es führt aktiv eine Reihe von Programmen durch, um die interdisziplinäre Forschung innerhalb der Universität Bern zu stimulieren, einschließlich der Zusammenarbeit und des offenen Dialogs mit Medizin, Philosophie und Theologie. Das CSH hat zudem eine aktive Verbindung mit dem Centre for Exoplanets & Habitability der University of Warwick.

Berner Weltraumforschung: Seit der ersten Mondlandung an der Weltspitze

Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es noch vor der amerikanischen Flagge in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant und ausgewertet wurde, war ein erster großer Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung. Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei: Die Universität Bern nimmt regelmäßig an Weltraummissionen der großen Weltraumorganisationen wie ESA, NASA, ROSCOSMOS oder JAXA teil. Mit CHEOPS teilt sich die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission. Zudem sind die Berner Forschenden an der Weltspitze mit dabei, wenn es etwa um Modelle und Simulationen zur Entstehung und Entwicklung von Planeten geht. Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

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• Exoplaneten

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Quelle: NASA, Nature.

Wissenschaftler haben kleine Signaturen im Gravitationsfeld des Jupiters genutzt, um diese Fragen zu beantworten und unser Verständnis der inneren Dynamik solcher Gasriesenplaneten möglicherweise zu verändern.

Die Sonde Juno der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA hat das Gravitationsfeld des Jupiter präzise gemessen. Die Daten enthüllen Details der Struktur und Dynamik des Planeteninneren. Es wurde erforscht, dass in rund 10.000 Kilometern Tiefe das mit rund zehn Prozent zweithäufigste Gas Helium kondensiert und Tropfen bildet. Wenn das Helium flüssig wird und Tropfen bildet, löst sich das Neon darin. Der gemischte Tropfen sinkt weiterhin ab. In einer Tiefe von mehr als 13.000 Kilometern unter der Wolkendecke geschieht anschließend ein weiterer Wandel. Bei Temperaturen von rund 5.000°C und dem Druck von ein bis zwei Millionen Atmosphären wird der umgebende flüssige Wasserstoff plötzlich zu einem flüssigen Metall. In keinem Labor lassen sich die gewaltigen Kräfte erzeugen, die für die Entstehung des metallisch-flüssigen Wasserstoffs nötig sind.

Welche Eigenschaften dieser exotischer Zustand hat und wie er aussieht, kann nur vermutet werden. Es ist klar, dass das eigentlich nicht-leitende Gas Wasserstoff nun plötzlich zu einer leitfähigen Flüssigkeit wird. Wie bei einem Metall können Elektronen in diesem Gemisch relativ frei fließen und so elektrische Ströme verursachen.

Aber auch die Heliumtropfen können den höllischen Bedingungen im Jupiterinneren nicht lange standhalten. Bei mehr als 10.000°C und dem Druck von mehreren Millionen Atmosphären wird auch das flüssige Helium schließlich zu einem Metall. Einmal zum Metall geworden bildet es mit dem ebenfalls metallisch-flüssigen Wasserstoff ein Gemisch, das mit einer Metalllegierung verglichen werden kann. Die metallische Mischung aus Wasserstoff und Helium tief im Inneren des Jupiter ist zwar reichlich exotisch, gleichzeitig aber liefert sie endlich eine Erklärung für eine lange bekannte weitere Besonderheit von Jupiter, dem Magnetfeld des Gasriesen.

Die Mischung aus metallisch-flüssigem Wasserstoff und Helium nimmt im Planeteninneren wahrscheinlich die Rolle des Dynamos ein, und wirkt wie der Erd-Kern aus festem und flüssigem Eisen. Die in verschiedenen Regionen unterschiedlich schnelle Rotation und die auf- und absteigenden Konvektionsströmungen der leitfähigen Flüssigkeiten erzeugen die gewaltigen Magnetfeldkräfte des Gasplaneten.

Die Konvektionsströme im Inneren des Planeten reichen vermutlich bis an die Oberfläche. Die Forscher konnten mit den verfeinerten Messungen des Jupiter-Gravitationsfeldes durch Raumsonden und verbesserten Methoden zur Modellierung der Planetenstruktur nicht klären, ob die Konvektionsströme im Inneren mit dem gebänderten Aussehen der Oberfläche zusammen hängen.

Es könnte sein, dass die Bänder lediglich ein Oberflächenphänomen sind und dass die Konvektion im Inneren einem völlig anderen Muster folgt als an der Oberfläche. Alternativ könnte das, was an der Oberfläche zu sehen ist, eine Ausdehnung von tief liegenden konvektiven Strömungen sein, die Energie aus dem Inneren transportieren.

Angesichts der Komplexität von Planeten ist die vergleichende Planetenforschung zu einem wesentlichen Aspekt der Untersuchung dieser astrophysikalischen Ojekte geworden. Die Daten über Jupiter könnten mit den Ergebnissen vom Gasriesenplaneten Saturn verglichen werden.

NASAs Cassini-Mission zum Saturn, die 2017 endete, lieferte einen Juno-ähnlichen Datensatz für das Gravitationsfeld des Saturns, der nun analysiert wird. Da Saturn einen geringeren Innendruck als Jupiter hat, sollten sich die atmosphärischen Winde viel tiefer ins Innere von Saturn erstrecken können, bevor die Wasserstoffionisierung und die damit verbundenen Widerstandskräfte die Kontrolle übernehmen. Wenn es gelänge, ein konsistentes physikalisches Bild für die beiden Gasriesen in unserem Sonnensystem zusammenzustellen, würde dies das Verständnis der inneren Dynamik dieser Klasse von astrophysikalischen Objekten erheblich vertiefen.

Veröffentlichung:
A deeper look at Jupiter

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• Juno – Mission beim Jupiter
• Planet Jupiter

Der Beitrag Ein tiefer Blick auf und in Jupiter erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

In den frühen Morgenstunden des 26. Juni 2015 erreichte die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 01:56 MESZ erneut die Apoapsis – den Punkt ihrer größten Entfernung zu dem zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems. Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 2,43 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und begann damit zugleich ihren bereits 219. Umlauf um den Ringplaneten.

Aktuell weist die Flugbahn von Cassini eine Inklination von lediglich 0,4 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. Außerdem passiert die Raumsonde auf dieser in der Äquatorebene des Saturn verlaufenden Flugbahn regelmäßig mehrere der inneren Saturnmonde in verhältnismäßig geringen Entfernungen. Zudem ergibt sich durch diesen Flugverlauf gelegentlich auch die Möglichkeit, mehrere der insgesamt 62 Monde gleichzeitig abzubilden.

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 20 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 218“ lautet, insgesamt 27 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Teil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Zusätzlich stehen zudem auch mehrere Saturnmonde auf dem Beobachtungsprogramm der an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler. Den Höhepunkt des jetzigen Saturnumlaufs stellt dabei ein für den 7. Juli 2015 vorgesehener Vorbeiflug an dem Mond Titan dar.
Zwecks der Vorbereitung auf diesen gesteuerten Vorbeiflug sind für den heutigen Tag sowie für den 3. Juli zwei kurze Aktivierungen der Triebwerke der Raumsonde vorgesehen, mit denen Cassini auf die für die Passage des Titan notwendige Flugbahn dirigiert werden soll.

Das erste Beobachtungsziel: Der Mond Kiviuq
Die erste Beobachtungskampagne der ISS-Kamera während des neuen Saturnumlaufs wird am 29. und 30. Juni einen der kleineren, äußeren Saturnmonde – den Mond Kiviuq – zum Ziel haben. Mit einer scheinbaren Helligkeit von lediglich 22,0 mag handelt es sich bei diesem rund 16 Kilometer durchmessenden und erst im Jahr 2000 entdeckten Mond um ein äußerst lichtschwaches Objekt, welches von der Erde aus nur extrem schwierig zu beobachten ist.

Im Rahmen dieser insgesamt mehr als 30 Stunden andauernden Kampagne soll Kiviuq aus einer Entfernung von etwa 11,4 Millionen Kilometern mehrfach mit der ISS-Kamera abgebildet werden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen wollen die beteiligten Wissenschaftler die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die daraus abzuleitende Rotationsperiode dieses Mondes sowie die Ausrichtung von dessen Rotationsachse noch besser als bisher bekannt bestimmen. Zwei weitere Kiviuq-Beobachtungssequenzen sind für den 1. und den 2. Juli vorgesehen.

Der Mond Titan aus der Ferne
Am 3. Juli wird die ISS-Kamera auf den größten der Saturnmonde, den 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, gerichtet sein und diesen aus einer Entfernung von etwa 2,43 Millionen Kilometern abbilden. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von Wolkenstrukturen und kleineren Sturmgebieten und deren Positionsveränderungen lassen sich zum Beispiel Aussagen über die gegenwärtig in der Titanatmosphäre 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 Titan dokumentieren, welche sich aufgrund der Bewegung des Saturn um die Sonne und der dabei auftretenden Jahreszeiten in einem etwa 30 Jahre dauernden Rhythmus kontinuierlich verändert (Raumfahrer.net berichtete).

Suche nach Polarlichtern auf dem Saturn
Im Anschluss an die Titan-Kampagne wird die ISS-Kamera auf den Saturn gerichtet sein und in Zusammenarbeit mit einem weiteren Instrument, dem Ultraviolet Imaging Spectrograph (kurz „UVIS“), im Bereich des dortigen Südpols nach dort eventuell gerade auftretenden Polarlichtern Ausschau halten. Die Untersuchung solcher durch die Aktivität der Sonne verursachten Leuchterscheinungen innerhalb der Atmosphäre eines von einem Magnetfeld umgebenen Planeten im äußeren Sonnensystem erlaubt Rückschlüsse auf die dort auftretenden Auswirkungen der Sonnenaktivität und ist zugleich von Bedeutung für die zukünftig zu erstellenden Vorhersagen des in der Umgebung unseres Heimatplaneten zu erwartenden Weltraumwetters. Eine ähnliche Beobachtung ist für den 13. Juli vorgesehen.

Periapsis
Am 5. Juli 2015 wird Cassini schließlich um 13:14 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 219, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 187.830 Kilometern nahe der Umlaufbahn des Mondes Mimas passieren. Diese Gelegenheit soll genutzt werden, um am 4. und 5. Juli mit einem weiteren Instrument, dem Magnetospheric Imaging Instrument (kurz „MIMI“), das innere Magnetfeld des Saturn zu vermessen.

Der Titan-Vorbeiflug T-112
Am 7. Juli steht dann der Höhepunkt dieses 219. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 10:10 MESZ wird die Raumsonde den Mond Titan im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,6 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 10.953 Kilometern passieren. Die mit diesem mittlerweile 113. Vorbeiflug der Raumsonde am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-112“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung.

Hierbei soll zunächst ein weiteres Spektrometer – das Composite Infrared Spectrometer (kurz „CIRS“) – genutzt werden, um ein grobes Temperaturprofil der Atmosphäre zu erstellen und deren Zusammensetzung zu untersuchen. Zugleich wird die ISS-Kamera Teilbereiche der Titanoberfläche abbilden. Die anzufertigenden Aufnahmen werden verschiedene markante Regionen wie zum Beispiel die Dünenlandschaften von Xanadu sowie die Gebiete Fensal, Aztlan und Quivira und den etwa 80 Kilometer durchmessenden Sinlap-Impaktkrater in der östlichen Fensal-Region zeigen.

Während der Phase der dichtesten Annäherung von Cassini an den Titan wird erneut das CIRS-Spektrometer die wissenschaftlichen Aktivitäten dominieren. Aufgrund der diesmal gegebenen relativ großen Entfernung zum Titan – frühere Vorbeiflüge verliefen mehrfach in Entfernungen von weniger als 1.000 Kilometern – wird es dem Instrument am 7. Juli möglich sein, sowohl die Nordpolregion als auch den Südpol des Titan eingehender zu untersuchen. Auch hierbei konzentriert sich das Interesse der beteiligten Wissenschaftler auf die Erstellung von aktuellen Temperaturkarten und die Untersuchung der Atmosphärenzusammensetzung. Durch diese Daten erhoffen sich die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über eventuelle Unterschiede in der Titanatmosphäre, welche durch die unterschiedlichen Jahreszeiten auf den beiden Hemisphären bedingt sind.

Auch nach der Phase der dichtesten Annäherung wird das CIRS weitere Temperaturdaten, diesmal aber von der ‚Nachtseite‘ des Mondes, sammeln. Unterstützt wird das Instrument dabei von einem weiteren Spektrometer, dem Visual and Infrared Mapping Spectrometer (kurz „VIMS“).

Der Abschluss des Orbits Nummer 218
Nach dem Abschluss des Titan-Vorbeifluges wird die ISS-Kamera in den folgenden Tagen zunächst mehrfach einzelne Ringe des Saturn abbilden. Weitere Beobachtungen haben den Saturn zum Ziel und dienen – wie bereits zuvor beim Titan – auch dort der Dokumentation der aktuellen Wetterlage. Eine weitere Beobachtungskampagne hat den Mond Enceladus zum Ziel, wo die von der Südpolregion dieses Mondes ausgehenden feinen Jets aus Wasserdampf und Eispartikeln dokumentiert werden sollen.

Am 11. und am 16. Juli stehen zudem zwei weitere der kleineren, äußeren Saturnmonde – die nur wenige Kilometer großen Monde Ymir und Bestla – auf dem Beobachtungsprogramm. Auch bei diesen beiden Monden wollen die beteiligten Wissenschaftler durch die zu erstellenden Aufnahmen die Rotationsperioden sowie die Ausrichtung der jeweiligen Rotationsachsen bestimmen.

Ebenfalls am 16. Juli 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 10:20 MESZ in einer Entfernung von rund 2,7 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 219. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 220 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet ein nicht gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Dione, welcher dabei am 27. Juli in einer Entfernung von etwa 60.500 Kilometern passiert werden soll.

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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• CICLOPS (engl.)

Der Beitrag Cassini – Der Saturnumlauf Nummer 219 hat begonnen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am 7. Juni 2015 wird die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 03:49 MESZ erneut die Apoapsis – den Punkt ihrer größten Entfernung zu dem zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems erreichen. 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 bereits 218. Umlauf um den Ringplaneten beginnen.

Aktuell weist die Flugbahn von Cassini 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. Außerdem passiert die Raumsonde auf dieser in der Äquatorebene des Saturn verlaufenden Flugbahn regelmäßig mehrere der inneren Saturnmonde in verhältnismäßig geringen Entfernungen.

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 18,9 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 217“ lautet, insgesamt 24 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Teil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Zusätzlich stehen zudem auch mehrere Saturnmonde auf dem Beobachtungsprogramm der an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler. Den Höhepunkt des in Kürze beginnenden Saturnumlaufs stellt dabei ein für den 16. Juni 2015 vorgesehener dichter Vorbeiflug an dem Mond Dione dar.
Die ersten Beobachtungsziele: Titan und Saturn
Nur wenige Stunden nach dem Beginn dieses neuen Umlaufs um den Ringplaneten wird die ISS-Kamera auf den größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, den 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, gerichtet sein und diesen aus einer Entfernung von etwa 1,88 Millionen Kilometern abbilden. Unmittelbar darauf wird die Kamera direkt auf den Saturn ausgerichtet, um dort nach markanten Wolkenformationen Ausschau zu halten. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von 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). Bis zum 14. Juni sind noch fünf weitere derartige ‚Wetter‘-Beobachtungen vorgesehen.

Der Mond Hyrrokkin
Am 10. Juni wird sich die ISS-Kamera schließlich auf einen der kleineren, äußeren Saturnmonde – den Mond Hyrrokkin – richten. Mit einer scheinbaren Helligkeit von lediglich 23,5 mag handelt es sich bei diesem nur etwa acht Kilometer durchmessenden und erst im Jahr 2006 entdeckten Mond um ein äußerst lichtschwaches Objekt, welches von der Erde aus nur extrem schwierig zu beobachten ist.

Im Rahmen dieser mehrere Stunden andauernden Kampagne soll Hyrrokkin aus einer Entfernung von etwa 14,7 Millionen Kilometern mehrfach mit der ISS-Kamera abgebildet werden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen wollen die beteiligten Wissenschaftler die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die daraus abzuleitende Rotationsperiode dieses Mondes sowie die Ausrichtung von dessen Rotationsachse noch besser als bisher bekannt ermitteln.

Astrometrische Beobachtungen
Für den 12. Juni sind diverse sogenannte ‚astrometrische Beobachtungen‘ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde vorgesehen. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Saturn und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen der jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der anzufertigenden Aufnahmen der Monde besteht darin, die derzeit verfügbaren Parameter von deren gegenwärtigen Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Derartige Messungen sind außerdem dazu dienlich, um den exakten Masseschwerpunkt innerhalb des komplexen Saturnsystems zu ermitteln und fortlaufend zu präzisieren. Eine weitere astrometrische Beobachtungskampagne soll am 14. Juni durchgeführt werden.

Weitere Monde
Ebenfalls noch am 14. Juni wird die ISS-Kamera dokumentieren, wie der Mond Enceladus vor der nördlichen Hemisphäre des Mondes Mimas vorbeizieht und diese dabei verdeckt. Die beiden Monde werden dabei 1,19 Millionen Kilometer beziehungsweise 1,46 Millionen Kilometer von der Raumsonde Cassini entfernt sein.

Für den folgenden Tag ist die Beobachtung eines weiteren äußeren Mondes – diesmal handelt es sich um den etwa 13 Kilometer durchmessenden Mond Tarvos – vorgesehen. Wie bereits einige Tage zuvor bei Hyrrokkin sollen auch hier Daten über die Rotationsperiode dieses Mondes sowie die Ausrichtung von dessen Rotationsachse gesammelt werden. Zum Zeitpunkt der mehrstündigen Beobachtungskampagne wird sich Tarvos in einer Entfernung von etwa 21,5 Millionen Kilometern zu Cassini befinden. Eine zweite Tarvos-Kampagne ist für die frühen Morgenstunden des 16. Juni eingeplant.

Zwischen diesen beiden Beobachtungssequenzen wird die ISS-Kamera jedoch zunächst auf den zweitgrößten Saturnmond – den 1.528 Kilometer durchmessenden Mond Rhea – gerichtet sein und zusammen mit einem weiteren Instrument der Raumsonde, dem Composite Infrared Spectrometer (kurz „CIRS“) aus einer Entfernung von 220.000 Kilometern diverse Aufnahmen von dessen Oberfläche anfertigen.

Periapsis
Am 16. Juni 2015 wird Cassini schließlich um 14:44 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 218, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 188.520 Kilometern nahe der Umlaufbahn des Mondes Mimas passieren. Bereits wenige Stunden zuvor – um 07:25 MESZ – wird die Raumsonde zudem den kleinen, inneren Mond Polydeuces mit einer Geschwindigkeit von 6,6 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von lediglich 34.744 Kilometern ‚überfliegen‘. Diese Gelegenheit soll genutzt werden, um die Oberfläche von Polydeuces mit dem ISS-Kamerasystem abzubilden. Aufgrund seines geringen Durchmessers von lediglich vier Kilometern wird Polydeuces auf diesen Fotos jedoch trotzt der dabei gegebenen relativ geringen Entfernung lediglich eine Fläche mit einen Durchmesser von etwa 14 Pixeln einnehmen.

Während der Phase der dichtesten Annäherung an den Saturn soll das CIRS-Spektrometer zum Einsatz kommen. Mit den dabei zu gewinnenden Beobachtungsdaten soll erneut der Einfluss untersucht werden, welche die in den oberen Schichten der Saturnatmosphäre auftretenden Dunstschleier auf die in den tiefer gelegenen Schichten befindlichen Wolkenformationen ausüben. Diese CIRS-Messungen werden durch zusätzliche Aufnahmen der ISS-Kamera unterstützt.

Der Dione-Vorbeiflug D-4
Ebenfalls am 16. Juni steht zudem der Höhepunkt dieses 218. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 22:12 MESZ wird die Raumsonde den viertgrößten Saturnmond – den Mond Dione – im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 7,3 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 515,9 Kilometern passieren. Der am 21. März 1684 von dem italienischen Astronomen Giovanni Cassini entdeckte Mond Dione verfügt über einen mittleren Durchmesser von rund 1.123 Kilometern. Im Durchschnitt verläuft die Bahn von Dione in einer Entfernung von 377.420 Kilometern zum Saturn. Für einen Umlauf um den Ringplaneten benötigt der Mond etwa 2,7 Tage.

Die mit diesem mittlerweile vierten Vorbeiflug an Dione – das Manöver trägt deshalb die offizielle Bezeichnung „D-4“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung mit dem Einsatz des ISS-Kamerasystems. Die Kameras sollen dabei verschiedene Bereiche der Oberfläche in einer hohen Auflösung abbilden. Diese Aufnahmen sollen den Planetologen dabei behilflich sein, die Entwicklungsgeschichte von Dione noch besser als bisher möglich zu beschreiben und Erkenntnisse über die Prozesse zu gewinnen, welche zu der Bildung der vielfältig gestalteten Oberfläche geführt haben.

Auf Diones Oberfläche sind sowohl Gebirgsketten als auch stark verkraterte Regionen und ausgedehnte, flache Ebenen mit nur wenigen Kratern vertreten. Die verkraterten Regionen weisen zahlreiche Impaktkrater mit Durchmessern von teilweise mehr als 100 Kilometern auf. In den Ebenen erreichen die Krater dagegen nur selten Durchmesser von mehr als 30 Kilometern. Diese unterschiedliche Kraterverteilung weist auf ein unterschiedliches Alter der Oberfläche von Dione hin. Bei einem der am 16. Juni abzubildenden Oberflächenbereiche handelt es sich um eine Region namens „Eurotas Chasmata“ – einem offenbar tektonisch deformierten Gebiet, welches über eine Ausdehnung von fast 1.000 Kilometern verfügt und das erstmals in den Jahren 1980 und 1981 durch die NASA-Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 dokumentiert wurde.

Der wissenschaftliche Schwerpunkt dieses Vorbeifluges wird allerdings durch den Einsatz des Radio Science Subsystems (kurz „RSS“) der Raumsonde Cassini dominiert. Mit einem Wert von 1,47 Gramm pro Kubikzentimeter weist Dione nach Enceladus und Titan die drittgrößte mittlere Dichte aller Saturnmonde auf. Dione besteht zwar größtenteils aus Eis, dürfte allerdings auch über einen signifikanten Anteil an Silikatgesteinen verfügen, welches etwa ein Drittel der Gesamtmasse des Mondes ausmacht.

Durch die RSS-Messungen soll entschlüsselt werden, ob diese Gesteine undifferenziert verteilt sind, oder ob sie sich – wie bei einem terrestrischen Planeten – in einem Gesteinskern konzentrieren. Entsprechende Informationen lassen sich aus der hochgenauen und durch das RSS-Experiment durchzuführenden Vermessung des Schwerkraftfeldes von Dione ableiten.

Während des Vorbeifluges an dem Mond wird die Raumsonde durch die von Dione ausgehenden gravitativen Einflüsse zwar minimal, aber doch deutlich registrierbar von der vorgesehenen Flugbahn abgelenkt werden. Diese Abweichung macht sich durch eine geringfügig veränderte Laufzeit der Radiosignale, welche Cassini während des Vorbeifluges konstant zur Erde aussenden wird, bemerkbar. Hierzu sendet Cassini im Bereich des S-Bandes eine hochstabile Trägerwelle in Richtung Erde aus, ohne selbst Signale zu empfangen. Hierfür wird der Sender der Kommunikationsanlage der Raumsonde verwendet, welcher die Trägerwelle mit einer Sendeleistung von zehn Watt abstrahlt.

Durch die Auswertung dieser auf dem Doppler-Effekt basierenden Daten lässt sich nicht nur die Masse von Dione und die sich daraus ergebende mittlere Dichte näher bestimmen. Vielmehr können hierdurch auch Aussagen über den inneren Aufbau dieses Mondes getätigt werden. Neben der Beantwortung der Frage, ob Dione über einen regelrechten Kern verfügt, erhoffen sich die beteiligten Wissenschaftler durch das RSS-Experiment weitere Erkenntnisse über einen eventuell existierenden unterirdischen Ozean (Raumfahrer.net berichtete) sowie über Heterogenitäten und Massekonzentrationen in dessen Inneren.

Die über einen Zeitraum von fünf Stunden durchzuführende RSS-Kampagne wird etwa 2,5 Stunden vor der dichtesten Annäherung an Dione beginnen. Während der erfolgenden RSS-Messungen muss die vier Meter durchmessende Hauptantenne der Raumsonde allerdings exakt auf die Erde ausgerichtet sein. Nur so können die von Cassini abgesetzten Radiosignale von den Empfangsstationen des Deep Space Network (DSN) der NASA mit einer ausreichenden Präzision empfangen werden. Da die wissenschaftlichen Instrumente starr auf einer Instrumentenplattform montiert sind, ist es somit während der Hauptphase dieses Vorbeifluges nicht möglich, Fotoaufnahmen von der Dione-Oberfläche durch die ISS-Kamera zu gewinnen.

Erst nach dem Abschluss der RSS-Messungen können somit neben der ISS-Kamera auch verschiedene Spektrometer ihre Beobachtungen von Dione fortsetzen. So soll dann zum Beispiel das CIRS-Instrument die ‚Nachtseite‘ von Dione abtasten und Temperaturmessungen durchführen. Hierdurch erhoffen sich die beteiligten Wissenschaftler Informationen über die Mechanismen des Wärmetransports und der Wärmeabgabe auf der Oberfläche von Dione, woraus sich auch Rückschlüsse über deren mineralogische Zusammensetzung ableiten lassen.

Nicht von den RSS-Messungen betroffen ist dagegen ein weiteres Instrument der Raumsonde – das Ion and Neutral Mass Spectrometer (kurz „INMS“). Dieses Spektrometer wird auch während der Phase der dichtesten Annäherung versuchen, Gasmoleküle zu detektieren, welche von Dione entweichen und die eine äußerst dünne und laut dem bisherigen Erkenntnisstand hauptsächlich aus Sauerstoff bestehenden Atmosphäre um diesen Mond bilden (Raumfahrer.net berichtete).

Der Abschluss des Orbits Nummer 218
Nach dem Abschluss des Dione-Vorbeifluges wird sich ISS-Kamera am 17. Juni erneut auf einen der kleineren, äußeren Saturnmonde – diesmal handelt es sich um den rund 32 Kilometer durchmessenden Mond Albiorix – richten und über mehrere Stunden hinweg zwecks der Bestimmung der Rotationsdauer aus einer Entfernung von etwa 20,5 Millionen Kilometern abbilden. Für den 18. und 19. Juni sind mehrere Beobachtungen des Mondes Titan vorgesehen, welcher sich dabei 1,3 Millionen Kilometer von Cassini entfernt befinden wird.

Ebenfalls am 19. Juni wird die ISS-Kamera zudem wieder auf den Saturn gerichtet sein und in Zusammenarbeit mit einem weiteren Instrument, dem Ultraviolet Imaging Spectrometer (kurz „UVIS“), im Bereich des dortigen Südpols nach dort eventuell gerade auftretenden Polarlichtern Ausschau halten.

Die Untersuchung solcher durch die Aktivität der Sonne verursachten Leuchterscheinungen innerhalb der Atmosphäre eines von einem Magnetfeld umgebenen Planeten im äußeren Sonnensystem erlaubt Rückschlüsse auf die dort auftretenden Auswirkungen der Sonnenaktivität und ist zugleich von Bedeutung für die zukünftig zu erstellenden Vorhersagen des in der Umgebung unseres Heimatplaneten zu erwartenden Weltraumwetters.

Am 26. Juni 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 01:56 MESZ in einer Entfernung von rund 2,4 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 218. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 219 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 7. Juli 2015 in einer Entfernung von diesmal rund 11.000 Kilometern passiert werden soll.

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

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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• Raumsonde Cassini: Der Saturnumlauf 216 beginnt (25. April 2015)
• Raumsonde Cassini beginnt den Saturnumlauf Nummer 215 (28. März 2015)
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• CICLOPS (engl.)

Der Beitrag Raumsonde Cassini beginnt den Saturnumlauf Nummer 217 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am 25. April 2015 erreicht die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 19:46 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 3,16 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 216. 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 21 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 215“ lautet, insgesamt 37 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. Den Höhepunkt des jetzt beginnenden Saturnumlaufs stellt ein für den 8. Mai 2015 vorgesehener naher Vorbeiflug an dem größten dieser derzeit 62 bekannten Monde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Das erste Beobachtungsziel: Der E-Ring
Etwa zwei Stunden nach dem Beginn des neuen Umlaufs wird die ISS-Kamera zunächst Teilbereiche des diffusen E-Rings des Saturn abbilden, welcher sich aus Staubpartikeln und Eis zusammensetzt. Gespeist wird dieser Ring in erster Linie durch 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.

Wetterbeobachtung auf dem Saturn
Die darauf folgende Beobachtungskampagne hat die Atmosphäre des Saturn zum Ziel. Hierbei soll die Weitwinkelkamera des ISS-Instruments den Ringplaneten abbilden und dabei nach markanten Wolkenformationen in dessen Atmosphäre Ausschau halten. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von 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). Bis zum Ende des jetzt beginnenden Saturnumlaufs sind sieben weitere derartige Beobachtungen vorgesehen.

Der Mond Titan und astrometrische Beobachtungen
Ab dem 2. Mai wird die ISS-Kamera dann vermehrt auf den Titan ausgerichtet sein und diesen aus unterschiedlichen Entfernungen abbilden. Auch hierbei gilt das Interesse der an diesen Beobachtungen beteiligten Wissenschaftler zunächst in erster Linie der Dokumentation des dortigen aktuellen Wettergeschehens.

Zwischenzeitlich sind für den 3., den 4. und den 6. Mai zudem diverse sogenannte ‚astrometrische Beobachtungen‘ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde geplant. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Saturn und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen der jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der anzufertigenden Aufnahmen der Monde besteht darin, die derzeit verfügbaren Parameter von deren gegenwärtigen Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Derartige Messungen sind unter anderem dazu dienlich, um den Masseschwerpunkt innerhalb des komplexen Saturnsystems zu ermitteln und fortlaufend zu präzisieren.

Der Titan-Vorbeiflug T-111
Am 8. Mai steht dann der Höhepunkt dieses 216. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 00:50 MESZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,7 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 2.721,5 Kilometern passieren. Die mit diesem mittlerweile 112. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-111“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung. Neben dem ISS-Kamerasystem sollen dabei in erster Linie zwei weitere Instrumente von Cassini – das Composite Infrared Spectrometer (CIRS) und das Visual and Infrared Spectrometer (VIMS) – genutzt werden, um die Oberfläche und die Atmosphäre des Titan zu untersuchen sowie um ein Temperaturprofil der abgebildeten Regionen zu erstellen.

Während der Phase der dichtesten Annäherung an den Titan wird dann auch das VIMS die wissenschaftlichen Beobachtungen dominieren. Das Instrument soll dabei unter anderem verschiedene Oberflächenstrukturen wie die Umgebung der Bereiche Hotei Regio und Xanadu abbilden. In der Region Xanadu konnten während der letzten Jahre diverse ausgedehnte Dünengebiete, Berge, Täler und Flussbetten beobachtet werden, welche wohl zeitweise mit flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllt sind.

Nach dem Passieren des Titan wird das CIRS-Instrument speziell die südliche Hemisphäre dieses Mondes untersuchen und dabei unter anderem die Verteilung der dort befindlichen Dunstschleier und Aerosole ermitteln. Diese Daten sollen dabei helfen, ein besseres Verständnis für die Mechanismen zu erhalten, welche zur Bildung eines gegenwärtig über dem Titan-Südpol gelegenen Sturmgebietes geführt haben. Des weiteren soll ein Temperaturprofil von der Nachtseite des Titan erstellt werden.

Periapsis
Ebenfalls noch am 9. Mai 2015 wird Cassini schließlich um 20:03 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 216, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 187.910 Kilometern nahe der Umlaufbahn des Mondes Mimas passieren.

Die hierbei geplanten Beobachtungen, bei denen auch erneut das CIRS-Instrument zum Einsatz kommen soll, werden sich auf verschiedene der größeren, inneren Monde des Saturn konzentrieren. Die Monde Dione, Tethys und Enceladus werden sich dabei in größeren Entfernungen von 525.000 Kilometern, 325.000 Kilometern und 360.000 Kilometern zu der Raumsonde befinden. Der deutlich kleinere Mond Polydeuces wird dagegen am 10. Mai um 03:12 MESZ in einer Entfernung von lediglich rund 34.000 Kilometern passiert. Trotzdem wird dieser lediglich etwa drei bis vier Kilometer durchmessende Mond auch auf den am höchsten aufgelösten Aufnahmen der ISS-Kamera, welche aus einer Distanz von 45.000 Kilometern angefertigt werden sollen, lediglich einen Durchmesser von etwa elf Pixeln einnehmen.

Die Monde Kiviuq und Paaliaq
Am 10. Mai wird sich die ISS-Kamera zudem auf einen der kleineren, äußeren Saturnmonde – den Mond Kiviuq – richten. Mit einer scheinbaren Helligkeit von lediglich 22,0 mag handelt es sich bei diesem rund 16 Kilometer durchmessenden und erst im Jahr 2000 entdeckten Mond um ein äußerst lichtschwaches Objekt, welches von der Erde aus nur extrem schwierig zu beobachten ist.

Im Rahmen dieser rund zehn Stunden andauernden Kampagne soll Kiviuq aus einer Entfernung von etwa 9,85 Millionen Kilometern mehrfach mit der ISS-Kamera abgebildet werden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen wollen die beteiligten Wissenschaftler die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die daraus abzuleitende Rotationsperiode dieses Mondes sowie die Ausrichtung von dessen Rotationsachse noch besser als bisher bestimmen.

Eine vergleichbare Beobachtungskampagne wird am 18. Mai den ebenfalls im Jahr 2000 entdeckten und etwa 22 Kilometer durchmessenden Mond Paaliaq zum Ziel haben. Die bisherige Messungen von Cassini führten zu dem Resultat, dass Paaliaq für eine vollständige Drehung um seine Rotationsachse einen Zeitraum von etwa 18 Stunden und 49 Minuten benötigt.

Weitere Beobachtungen des Saturn
Zwischen diesen beiden Beobachtungskampagnen werden die ISS-Kamera, das CIRS, das VIMS und ein weiteres Instrument – das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS) – mehrfach auf den Saturn gerichtet sein. Neben allgemeinen Atmosphärenuntersuchungen soll hierbei versucht werden, dort eventuell zu diesem Zeitpunkt in der Südpolregion auftretende Polarlichter abzubilden.

Am 19. Mai 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 06:31 MESZ in einer Entfernung von rund 2,5 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 216. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 217 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Des weiteren werden in Entfernungen von mehreren 10.000 Kilometern verlaufende Vorbeiflüge an den inneren Monden Telesto und Hyperion 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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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.

Am 28. März 2015 erreicht die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 17:41 MEZ 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 3,16 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 215. 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 speziell das vertikale Strukturprofil der verschiedenen Ringe des Saturn näher 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 28 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 214“ lautet, insgesamt 53 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Zusätzlich stehen auch mehrere der insgesamt 62 bisher bekannten Saturnmonde auf dem Beobachtungsprogramm der an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler.
Das erste Beobachtungsziel: Der Mond Iapetus
Das erste Beobachtungsziel der ISS-Kamera wird dann auch gleich der Saturnmond Iapetus sein. Zwischen dem 29. März und dem 1. April soll dabei speziell die nördliche Hemisphäre dieses im Mittel 1.436 Kilometer durchmessenden Saturnmondes aus einer Entfernung von rund 980.000 Kilometern abgebildet werden. Die dabei anzufertigenden Aufnahmen sollen dazu dienen, die Charakterisierung von dessen zweigeteilter Oberfläche und einem der markantesten Merkmale von Iapetus – einem rund 1.300 Kilometer langen, etwa 20 Kilometer breiten und bis zu 13 Kilometer hohen Bergrücken – zu vervollständigen.

Der Mond Paaliaq
Ab dem 2. April wird sich die ISS-Kamera schließlich auf einen der kleineren, äußeren Saturnmonde – den Mond Paaliaq – richten. Mit einer scheinbaren Helligkeit von lediglich 21,3 mag handelt es sich bei diesem rund 22 Kilometer durchmessenden und erst im Jahr 2000 entdeckten Mond um ein äußerst lichtschwaches Objekt, welches von der Erde aus nur extrem schwierig zu beobachten ist.

Im Rahmen dieser knapp 40 Stunden andauernden Kampagne soll Paaliaq aus einer Entfernung von etwa 9,63 Millionen Kilometern mehrfach mit der ISS-Kamera abgebildet werden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen wollen die beteiligten Wissenschaftler die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die daraus abzuleitende Rotationsperiode dieses Mondes sowie die Ausrichtung von dessen Rotationsachse noch besser als bisher bestimmen. Die bisherige Messungen von Cassini führten zu dem Resultat, dass Paaliaq für eine vollständige Drehung um seine Rotationsachse einen Zeitraum von etwa 18 Stunden und 49 Minuten benötigt. Weitere Paaliaq-Beobachtungskampagnen sollen am 10., am 12. und am 23. April erfolgen und die zuvor gewonnenen Daten ergänzen. Die aussagekräftigsten Resultate werden dabei für den 12. April erwartet, wenn sich Cassini in einer Entfernung von lediglich etwa 6,78 Millionen Kiometern zu diesem Mond befinden wird.

Der Mond Titan
Die ISS-Beobachtungen des 4. April werden zuerst den Mond Titan zum Ziel haben. Mit einem Durchmesser von 5.150 Kilometern handelt es sich bei diesem bereits im Jahr 1655 durch den niederländischen Astronomen Christiaan Huygens entdeckten Mond um den größten und mit Abstand massereichsten der 62 bisher bekannten Monde des Planeten Saturn und – nach dem Jupitermond Ganymed – zugleich um den zweitgrößten Mond innerhalb unseres Sonnensystems. Der Titan ist zudem als einziger Mond in unserem Sonnensystem von einer dichten Atmosphäre umgeben. Diese Gashülle besteht hauptsächlich aus Stickstoff, welcher dort mit einem Anteil von rund 98,4 Prozent vertreten ist. Neben dem Edelgas Argon und der Kohlenwasserstoffverbindung Methan konnten dort in der Vergangenheit zudem mehr als ein Dutzend weitere organischer Verbindungen wie zum Beispiel Ethan, Propan und Cyanwasserstoff nachgewiesen werden.

Diese den Titan umgebende Lufthülle, deren gesamte Masse etwa 1,19 mal größer ausfällt als die Gesamtmasse der Erdatmosphäre, erreicht eine Höhe von mehreren hundert Kilometern und ist mit Wolken, Dunstschleiern und Aerosolen durchsetzt. Nahe der Oberfläche fällt die Atmosphäre des Titan etwa fünfmal dichter aus als auf unserem Heimatplaneten und erreicht dort einen Atmosphärendruck von 1,5 bar, was einen etwa 50 Prozent höheren Wert als auf der Erde darstellt. Die am 4. April aus einer Entfernung von etwa 1,52 Millionen Kilometern anzufertigenden Aufnahmen dienen dabei in erster Linie der Beobachtung der in der Titanatmosphäre vorhandenen Dunstschichten und Aerosole. Zwischen dem 5. und dem 19. April sind acht weitere Titan-Beobachtungskampagnen vorgesehen.

Allgemeine astrometrische Beobachtungen

Ebenfalls noch für den 4. April sind zudem diverse sogenannte ‚astrometrische Beobachtungen‘ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde geplant. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Saturn und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen der jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der anzufertigenden Aufnahmen der Monde besteht darin, die derzeit verfügbaren Parameter von deren gegenwärtigen Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Derartige Messungen sind unter anderem dazu dienlich, um den Masseschwerpunkt innerhalb des komplexen Saturnsystems zu ermitteln und fortlaufend zu präzisieren. Zwischen dem 5. und dem 19. April sollen drei weitere astrometrische Beobachtungskampagnen durchgeführt werden.

Wetterbeobachtung auf dem Saturn
Eine weitere für den 4. April vorgesehene Beobachtungskampagne hat schließlich direkt den ‚Ringplaneten‘ Saturn zum Ziel. Hierbei soll die Weitwinkelkamera des ISS-Instruments den Saturn abbilden und dabei nach markanten Wolkenformationen in dessen Atmosphäre Ausschau halten. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von 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). Bis zum Ende des jetzt beginnenden Saturnumlaufs sind 18 weitere derartige Beobachtungen vorgesehen.

Der E-Ring des Saturn und Polarlichter
Am 5. April wird die Raumsonde Cassini nach einer zwischenzeitlichen kurzen Beobachtung einer engen Begegnung der Saturnmonde Tethys und Dione im Rahmen einer 24 Stunden andauernden Beobachtung Teilbereiche des diffusen E-Rings des Saturn abbilden, welcher sich in erster Linie aus Staubpartikeln und Eis zusammensetzt. Gespeist wird dieser Ring in erster Linie durch 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 9. April wird sich die ISS-Kamera auf die südliche Hemisphäre des Saturn richten und in Zusammenarbeit mit einem weiteren Instrument, dem Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), dort eventuell zu diesem Zeitpunkt auftretende Polarlichter abbilden.

Periapsis
Am 11. April 2015 wird Cassini schließlich um 19:09 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 215, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 276.500 Kilometern zwischen den Umlaufbahnen der beiden Monde Tethys und Dione passieren, welche sich zu diesem Zeitpunkt auch zufällig in der ‚Reichweite‘ der Raumsonde befinden werden.

Lediglich 49 Minuten nach dem Passieren der Periapsis wird die Raumsonde den 1.062 Kilometer durchmessenden Mond Tethys im Rahmen eines nicht zielgerichteten Vorbeifluges in einer Entfernung von 52.866 Kilometern passieren und dabei dessen von dem Saturn abgewandte Hemisphäre intensiv mit der ISS-Kamera abbilden. Die am höchsten aufgelösten Aufnahmen werden dabei die Umgebung des etwa 208 Kilometer durchmessenden Penelope-Kraters wiedergeben. Im Anschluss an die Tethys-Kampagne soll auch der 1.123 Kilometer durchmessende Mond Dione aus einer Entfernung von rund 110.000 Kilometern fotografisch dokumentiert werden.

Der Abschluss des Orbits Nummer 215
Während der letzten Tage des heute beginnenden Saturnumlaufs Nummer 215 wird sich das Interesse der an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler wieder vermehrt auf den E-Ring richten. Zunächst sollen am 13. und 14. April mehrere Aufnahmen der Südpolregion des Mondes Enceladus erfolgen, welcher – wie bereits weiter oben in diesem Bericht erwähnt – als Hauptmateriallieferant für die dort befindlichen Partikel gilt. Auch dieser Ring soll schließlich am 16. April erneut intensiv fotografisch dokumentiert werden. Aufgrund der aktuell gegebenen geringen Inklination der Flugbahn der Raumsonde von lediglich 0,3 Grad gegenüber der Ringebene kann dabei speziell das vertikale Strukturprofil des E-Ringes näher untersucht werden.
Am 24. April steht ein weiterer der kleineren, äußeren Saturnmonde – der rund sechs Kilometer durchmessende, lediglich 24,1 mag helle und erst im Jahr 2005 entdeckte Mond Bebhionn – auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera. Im Rahmen dieser 24 Stunden andauernden Kampagne soll Bebhionn aus einer Entfernung von etwa 10 Millionen Kilometern mehrfach abgebildet werden, um auch hier anhand der Helligkeitsveränderungen in der sich dabei ergebenden Lichtkurve die Dauer von dessen Rotationsperiode sowie die Ausrichtung der Rotationsachse zu ermitteln. Bisherige Cassini-Beobachtungen deuten bei diesem Mond auf eine Rotationsperiode von etwa 15,8 Stunden hin.

Am 25. April 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 19:46 MESZ in einer Entfernung von rund 3,2 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 215. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 216 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 8. Mai 2015 in einer Entfernung von rund 2.700 Kilometern passiert werden soll.

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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• Hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus? (12. März 2015)
• Raumsonde Cassini: Der Saturnumlauf Nummer 214 (26. Februar 2015)
• Raumsonde Cassini startet den Saturnumlauf Nummer 213 (25. Januar 2015)
• Ein verborgener Ozean auf dem Saturnmond Mimas? (19. Oktober 2014)
• Saturnmond Hyperion ist elektrostatisch aufgeladen (18. Oktober 2014)
• Saturnmond Titan: Temperatursturz über dem Südpol (8. Oktober 2014)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Universität Heidelberg, JPL, University of Colorado at Boulder, Nature.

Bereits seit dem Sommer 2004 befindet sich die Raumsonde Cassini in einer Umlaufbahn um den Saturn und untersucht die Atmosphäre, das Ringsystem und die 62 bisher bekannten Monde dieses zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems mit 12 wissenschaftlichen Instrumenten. Dabei konnte während eines nahen Vorbeifluges an dem Mond Enceladus am 14. Juli 2005 zur Verwunderung der an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler die Existenz einer extrem dünnen Atmosphäre um diesen Himmelskörper nachgewiesen werden. Mit einem mittleren Durchmesser von lediglich 504 Kilometern verfügt der sechstgrößte Mond des Saturn immerhin über eine viel zu geringe Masse, um die detektierten Gaspartikel über einen längeren Zeitraum in seinem Gravitationsfeld zu binden

Die Tatsache, dass die Dichte der beobachteten Atmosphäre mit zunehmender Höhe stark abnimmt, wurde als ein Indiz dafür interpretiert, dass eine Quelle direkt auf der Oberfläche des Eismondes für deren Existenz verantwortlich sein muss. Hierfür, so die Wissenschaftler im Jahr 2005, käme unter anderem ein geothermaler Hotspot in Frage, welcher durch vulkanische Aktivität gespeist wird. Aufgrund von Messdaten, welche mit verschiedenen Magnetometern, Spektrometern und einem Gerät zur Staubanalyse gewonnen werden konnten, wurde dieser Hotspot im Bereich der Südpolregion von Enceladus vermutet.

Am 27. November 2005 gelang den Wissenschaftlern der Cassini-Mission dann schließlich auch tatsächlich dessen direkter Nachweis. Auf den an diesem Tag im Gegenlicht angefertigten Enceladus-Aufnahmen der ISS-Kamera waren eine Vielzahl von feinen Jets erkennbar, welche von der Südpolregion ausgingen und die sich bis zu etwa 490 Kilometern über dessen Oberfläche erstreckten. Als Ausgangspunkt für diese feinen Strahlen aus Staubpartikeln, Wasserdampf und Eis konnten bei späteren dichten Vorbeiflügen an Enceladus vier nahezu parallel verlaufende Einschnitte in der Mondoberfläche ausgemacht werden, welche sich direkt über dem dortigen Südpol befinden (Raumfahrer.net berichtete). Die „Tigerstreifen“, so die Bezeichnung dieser Formationen, erstrecken sich über eine Länge von jeweils 130 Kilometern und erreichen eine Breite von bis zu zwei Kilometern. Diese von der Mondoberfläche ausgehenden Jets gelten als die hauptsächlichen Materiallieferanten für den E-Ring des Saturn.

Ungewissheit bestand jedoch zunächst darüber, woher das in diesen Jets enthaltene Wasser stammt. Manche Wissenschaftler favorisierten hierfür einen Zersetzungsprozess von gefrorenem Eis. Andere Forscher gingen dagegen davon aus, dass sich unter der Oberfläche des Mondes ein Ozean oder zumindestens ein ausgedehnter See aus flüssigem Wasser befinden muss. So zeigte eine im Jahr 2009 publizierte Studie der chemischen Zusammensetzung von Eispartikeln im E-Ring des Saturn, dass sich dort drei verschiedene Sorten von Eispartikeln befinden. Eine dieser Eissorten, vertreten mit einem Masseanteil von rund sechs Prozent, enthält verschiedene Salze, deren Menge und Zusammensetzung auf das Vorhandensein von einem Ozean zwischen der Eiskruste auf der Oberfläche von Enceladus und dessen felsigem Kern hindeutete. Mittlerweile gilt es als gesichert, dass sich unter der Oberfläche des Mondes Enceladus tatsächlich ein ausgedehnter Ozean erstreckt (Raumfahrer.net berichtete).

Ein Ozean unter der Oberfläche von Enceladus
Bei jedem dichten Vorbeiflug an einem der Monde des Saturn wird die Flugbahn der Raumsonde Cassini zwar minimal, aber doch deutlich messbar von der vorgesehenen Flugbahn abgelenkt. Diese Abweichung macht sich durch eine geringfügig veränderte Laufzeit der Radiosignale bemerkbar, welche Cassini während eines solchen Vorbeifluges konstant zur Erde aussendet. Durch die Auswertung dieser auf dem Doppler-Effekt basierenden Daten lässt sich nicht nur die Masse eines Mondes und die sich daraus ergebende mittlere Dichte näher bestimmen. Vielmehr können hierdurch auch Aussagen über den genauen inneren Aufbau des betreffenden Körpers getätigt werden.

Die Auswertung der Daten, welche bei drei dichten Enceladus-Vorbeiflügen bei Überflughöhen von weniger als 100 Kilometern in den Jahren 2010 und 2012 gewonnen wurden, haben erst kürzlich die bereits zuvor vermutete Existenz eines Ozeans unter der Oberfläche von Enceladus bestätigt. Dieser bis zu zehn Kilometer tiefe Ozean ist demzufolge unter einem 30 bis 40 Kilometer dicken Eispanzer verborgen und erstreckt sich vermutlich bis zum 50. Breitengrad unter der südlichen Hemisphäre von Enceladus – so die beteiligten Wissenschaftler in einer entsprechenden Publikation, welche am 4. April 2014 in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht wurde.

Nach den Ergebnissen der Wissenschaftler müssen in der Eiskruste von Enceladus ‚Bruchlinien‘ existieren, in denen flüssiges Wasser aus diesem Ozean bis an die Oberfläche aufsteigen kann. Dieser Ozean ist demzufolge von einer Schicht aus ‚weichem‘ Wassereis überdeckt, welches sich – bedingt durch Konvektionsprozesse – bewegt. Diese Bewegungen haben auch Einflüsse über die darüber liegende Schicht aus tiefgefrorenem Eis, in der sich im Rahmen dieses Prozesses tiefe Risse und Spalten bilden.

Diese Spalten werden von dem Wasser aufgefüllt, welches auf diese Weise bis zur Oberfläche des Mondes vordringen kann. Aufgrund des Vakuums und der niedrigen Temperaturen, welche auf der Oberfläche von Enceladus herrschen, verwandelt sich das Wasser dort in eine Mischung aus Wasserdampf und feinsten Tröpfchen aus Salzwasser, welche letztendlich zu Eiskristallen erstarren und in Form von Jets in das Weltall entweichen. Die Partikel, die es schaffen, das Gravitationsfeld des Enceladus zu verlassen, bilden anschließend mit den beigemengten Staubpartikeln die primäre Quelle für den E-Ring des Saturn.

Hinweise auf eine hydrothermale Aktivität
Speziell diese Staubpartikel waren das Untersuchungsobjekt einer weiteren Studie, welche auf den Messergebnissen des Cosmic Dust Analyzer (kurz „CDA“) – einem der Instrumente von Cassini – basieren. Mit diesem Instrument gelang in der Vergangenheit mehrfach der Nachweis von extrem kleinen Gesteinspartikeln, welche im Bereich des E-Rings in derselben Entfernung wie der Mond Enceladus um den Saturn kreisen und deren Ursprungsregion sich somit auf diesem Mond befinden dürfte. In einem Ausschlussverfahren ermittelten die beteiligten Wissenschaftler, dass es sich bei diesen Partikeln um Siliziumdioxid-Körner handeln muss, welche auf der Erde in Sand und in dem Mineral Quarz vorkommen.

Zugleich lieferte die immer gleiche Größe dieser Staubkörner – der Durchmesser der von dem CDA detektierten Partikel reicht von lediglich vier bis hin zu 16 Nanometern – auch Hinweise auf den Prozess, welcher der Bildung dieser Körner zugrunde liegen könnte. Auf unserem Heimatplaneten bilden sich Siliziumdioxid-Körner dieser Größenordnung in der Regel im Rahmen einer hydrothermale Aktivität unter einer Reihe von bestimmten Bedingungen. Dabei muss leicht alkalisches Wasser mit einem nur mäßigem Salzgehalt, welches zugleich mit Siliziumdioxid übersättigt ist, einem großen Temperaturgefälle ausgesetzt sein.

„Wir haben methodisch nach anderen Erklärungen für die winzigen Siliziumdioxid-Körnchen gesucht, aber jedes neue Ergebnis war ein Hinweis auf einen einzigen, sehr wahrscheinlichen Ursprung“, erklärt Dr. Frank Postberg, einer der an den Untersuchungen beteiligten Wissenschaftler und Zweitautor der damit verbundenen und kürzlich veröffentlichten Publikation.

Die Wissenschaftler kamen zu dem Ergebnis, dass sich die besagten Siliziumdioxid-Partikel sehr wahrscheinlich dann formen, wenn das ‚Meerwasser‘ von Enceladus in den Gesteinskern eindringt und anschließend mit gelösten Mineralen angereichertes heißes Wasser wieder aus dem felsigen Inneren des Mondes nach oben wandert und dort in Kontakt mit kälteren Wasserschichten gelangt. Für diese Wechselwirkungen, in deren Rahmen dann die winzigen Gesteinskörnchen entstehen, werden Temperaturen von mindestens 90 Grad Celsius benötigt. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass diese Bedingungen, welche auf unserem Heimatplaneten auch im Bereich der „Weißen“ beziehungsweise „Schwarzen Raucher“ auftreten und wo heißes Wasser aus dem Inneren auf das relativ kalte Wasser des Ozeanbodens trifft, auch auf dem Meeresboden von Enceladus vorherrschen.

„Es ist sehr aufregend, dass diese winzigen Gesteinskörner, die von Geysiren ins All gespuckt wurden, uns etwas über die Bedingungen auf und unter dem Meeresboden eines eisbedeckten Mondes erzählen können“, so Dr. Hsiang-Wen Hsu, der Erstautor der Studie von der University of Colorado in Boulder/Colorado. Die extrem geringe Größe der Siliziumdioxid-Partikel legt zudem nahe, dass diese relativ schnell von ihrem hydrothermalen Ursprung in Richtung Oberfläche und dort zu den Quellen der Geysire des Mondes ‚wandern‘. Die dabei zu überbrückende Distanz von etwa 50 Kilometern muss innerhalb von einigen Monaten bis einigen Jahren zurückgelegt werden. Andernfalls würden die Partikel deutlich größer werden.

Eine ‚habitable Zone‘ im Untergrund von Enceladus?
Spätestens seit dem erstmaligen Nachweis eines dort stattfindenden Kryovulkanismus hat der Saturnmond Enceladus auch das Interesse der Exobiologen erweckt.

Bisher ist immer noch unklar, wann genau und unter welchen dabei vorherrschenden Umweltbedingungen sich einstmals das Leben auf unserem Heimatplaneten entwickelt hat. Nicht wenige Wissenschaftler halten es jedoch für wahrscheinlich, dass das Leben auf der Erde vor Milliarden von Jahren im Bereich der hier in der Tiefsee befindlichen hydrothermalen Quellen ‚entstand‘ und von dort ausgehend in der Folgezeit den gesamten Planeten ‚eroberte‘. Das mögliche Auftreten einer hydrothermalen Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus erhöht somit möglicherweise auch die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Mond an manchen Stellen geeignete Umweltbedingungen für die Entstehung und Weiterentwicklung von dort lebenden Organismen bieten könnte.

„Diese Erkenntnisse erweitern die Möglichkeit, dass Enceladus, der einen unterirdischen Ozean beherbergt und zudem eine bemerkenswerte geologische Aktivität aufweist, über Umweltbedingungen verfügt, die für die Existenz von lebenden Organismen geeignet sind“, so John Grumsfield von der NASA. „Die Identifizierung von Orten, wo in unserem Sonnensystem Leben existieren könnte, bringt uns näher an die Beantwortung der Frage: Sind wir alleine im Universum.“

Die hier kurz angerissenen Forschungsergebnisse sind das Resultat einer umfangreichen vierjährigen Analyse von Daten der Raumsonde Cassini sowie von Computersimulationen und Laborexperimenten. Die aus diesen Arbeiten resultierende Studie wurde am 11. März 2015 von Dr. Hsiang-Wen Hsu et al. unter dem Titel „Ongoing hydrothermal activities within Enceladus“ in der Fachzeitschrift „Nature“ publiziert.

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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Fachartikel von Hsiang-Wen Hsu et al.:

• Ongoing hydrothermal activities within Enceladus (Abstract, engl.)

Fachartikel von Alexis Bouquet et al.:

• Possible evidence for a methane source in Enceladus‘ ocean (Abstract, engl.)

Der Beitrag Hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am 26. Februar 2015 erreicht die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 18:15 MEZ 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 3,44 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 214. Umlauf um den Ringplaneten beginnen. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von 8,5 Grad auf.

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 30 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 213“ lautet, insgesamt 31 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Den Höhepunkt des jetzt beginnenden Saturnumlaufs stellt allerdings ein für den 16. März 2015 vorgesehener naher Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Das erste Beobachtungsziel: Der Saturn
Unmittelbar nach den Beginn des neuen Umlaufs wird die Telekamera des ISS-Kameraexperiments zusammen mit einem der Fernerkundungsinstrumente der Raumsonde, dem Composite Infrared Spectrometer (kurz „CIRS“), den Saturn abbilden. Die im Rahmen dieser Kampagne gewonnenen Beobachtungsdaten dienen – wie bereits bei einer vergleichbaren Beobachtungskampagne im vorherigen Saturnumlauf – in erste Linie der Kalibrierung des CIRS-Spektrometers.

Direkt im Anschluss an diese Aufnahmen wird auch die Weitwinkelkamera des Kameraexperiments den Saturn abbilden und dabei nach markanten Wolkenformationen Ausschau halten. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von 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). Bis zum Ende des jetzt beginnenden Saturnumlaufs sind insgesamt noch sechs weitere derartige Beobachtungen vorgesehen.

Das Ringsystem des Saturn
Am 9. und 10. März steht dann erneut der F-Ring des Saturn auf dem Beobachtungsprogramm der Raumsonde. Hierbei sollen unter anderem zum wiederholten Mal die dort erkennbaren diversen Verästelungen der gewundenen Einzelringe abgebildet werden. Frühere Aufnahmen des ISS-Kamerasystems von Cassini führten zu dem Schluss, dass in erster Linie gravitative Wechselwirkungen mit dem weiter innen liegenden A-Ring und den beiden den F-Ring begrenzenden Saturnmonden Prometheus und Pandora die Form des F-Ringes gestalten.

Speziell die gravitativen Einflüsse dieser beiden als „Schäfermonde“ fungierenden Monde sind für die Ausbildung der beobachteten Wellenstrukturen des F-Ringes verantwortlich (Raumfahrer.net berichtete). Aus den jetzt geplanten Aufnahmen sollen nach einer entsprechenden Bildbearbeitung zwei kurze Videosequenzen erstellt werden.

Am 13. März wird sich die ISS-Kamera in Zusammenarbeit mit einem weiteren Instrument, dem Visual and Infrared Mapping Spectrometer (kurz „VIMS“), auf die Hauptringe des Saturn richten und diese abbilden. Dabei steht speziell der äußere Bereich des B-Ringes auf dem Beobachtungsprogramm, welcher dabei über einen Zeitraum von rund sechs Stunden mit der Telekamera abgebildet werden soll. Aus diesen Aufnahmen wollen die beteiligten Wissenschaftler eine kurze Videosequenz erstellen, auf der die im B-Ring angeordneten Speichenformationen erkennbar sein sollen. Diese Strukturen wurden erstmals auf den Aufnahmen der Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 ausgemacht, welche den Saturn bereits Anfang der 1980er Jahre passierten. Diese auf Fotoaufnahme in hellen Farben erkennbaren Speichen sind im Durchschnitt lediglich etwa 100 Kilometer breit und erstrecken sich radial über eine Strecke von bis zu 20.000 Kilometer in das Ringsystem hinein.

Bei diesen ‚Speichen‘ handelt es sich um lediglich vorübergehend auftretende Erscheinungen, welche sich üblicherweise innerhalb von wenigen Stunden ausbilden und dann wieder auflösen. Die Planetenforscher gehen davon aus, dass diese Speichenstrukturen durch elektrisch aufgeladene Staubpartikel verursacht werden, welcher durch elektrischen Abstoßungskräfte vorübergehend aus dem B-Ring herausgedrückt werden. Es wird vermutet, dass die Speichen ein saisonales Phänome darstellen, welche sich nur zu bestimmten Zeiten während eines knapp 30 Jahre andauernden Saturnjahres bilden. Mit dem weiteren Fortschreiten der Jahreszeiten auf dem Saturn und dem Einsetzen des Sommers auf der nördlichen Planetenhemisphäre, so die Prognose der Wissenschaftler, sollten sie dann nicht mehr auftreten.

Periapsis
Am 14. März 2015 wird Cassini schließlich um 16:49 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 214, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 313.780 Kilometern passieren.

Am darauffolgenden Tag soll die ISS-Kamera zusammen mit dem VIMS-Spektrometer eine Sternbedeckungen dokumentieren. Hierbei wird der im Sternbild Schlangenträger gelegene Stern X Ophiuchi von Teilen des Ringsystems des Saturn bedeckt. Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in der Lichtkurve des Sterns erhoffen sich die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau, die Materialdichte und die Struktur der Ringbereiche, welche X Ophiuchi bei dieser Okkultation bedecken. Außerdem, so die Wissenschaftler, können hierbei eventuelle minimale Veränderungen in der Ringstruktur registriert werden, welche erst kürzlich durch das Gravitationsfeld des Saturn oder durch ‚Einschläge‘ von Meteoroiden verursacht wurden.

Anschließend stehen erneut der F-Ring und danach der D-Ring – der innerste der Hauptringe des Saturn-Ringsystems – auf dem Beobachtungsprogramm der Raumsonde. Cassini wird während der letzten Monate der Mission im Jahr 2017 die Gelegenheit erhalten, speziell den D-Ring ausführlich und aus kürzester Distanz zu studieren (Raumfahrer.net berichtete). Durch diese für den 15. März vorgesehenen Untersuchungen soll unter anderem die Partikeldichte im Bereich des inneren D-Rings ermittelt werden – eine Information, welche für den sicheren Betrieb der Raumsonde im Jahr 2017 von essentieller Bedeutung sein wird.

Der Titan-Vorbeiflug T-110

Am 16. März steht dann der Höhepunkt dieses 214. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 15:30 MEZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,7 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 2.274,5 Kilometern passieren. Die mit diesem mittlerweile 111. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-110“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung. Neben dem ISS-Kamerasystem sollen dabei in erster Linie die Instrumente CIRS und VIMS genutzt werden, um die Oberfläche und die Atmosphäre des Titan zu untersuchen sowie um ein Temperaturprofil zu erstellen.

Während der Phase der dichtesten Annäherung an den Titan wird dann auch das VIMS die wissenschaftlichen Beobachtungen dominieren. Das Instrument soll dabei unter anderem verschiedene Oberflächenstrukturen wie die Umgebung des Sinlap-Impaktkraters in der östlichen Fensal-Region und die im Bereich des Titan-Nordpols gelegenen, mit flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten SeenKraken Mare, Punga Mare und Ligeia Mare abbilden.

Das VIMS wird auch in den Stunden nach dem Flyby aktiv sein. Zusammen mit dem CIRS-Spektrometer sollen hierbei speziell Temperaturdaten von der Nachtseite des größten Saturnmondes gesammelt werden. Weitere Datensätze sollen Informationen über die chemische Zusammensetzung der Titanatmosphäre liefern und Reflektionen des Sonnenlichts zeigen, welches sich an den Oberflächen der bisher rund 400 auf dem Titan entdeckten Seen spiegelt.

Neben den wissenschaftlichen Untersuchungen ist dieser Titan-Vorbeiflug auch deshalb von Bedeutung, weil dabei die Flugbahn der Raumsonde dahingehend geändert werden soll, dass die Inklination der Flugbahn innerhalb des Saturnsystems auf einem Wert von nur noch 0,3 Grad verringert wird. Durch diese ’neue‘ Flugbahn wird sich den Wissenschaftlern in den kommenden Monaten die Gelegenheit bieten, speziell die Ringe des Saturn wieder in ihrer Kantenstellung zu beobachten.

Der Abschluss des Orbits Nummer 214
Nach dem Abschluss der Titan-Kampagne wird die Raumsonde Cassini am 20. und am 22. März zunächst Teilbereiche des diffusen E-Rings des Saturn abbilden, welcher sich in erster Linie aus Staubpartikeln zusammensetzt. Durch die bei diesen Beobachtungen gegebenen Beleuchtungsverhältnisse lassen sich speziell diese Staubteilchen besonders gut untersuchen.

Am 25. März wird die ISS-Kamera zudem die Monde Titan, Rhea und Mimas abbilden, welche sich dabei zusammen im Aufnahmebereich der Telekamera befinden werden.

Am 26. März beginnt schließlich eine über zwei Tage andauernde Beobachtungskampagne des im Mittel 1.436 Kilometer durchmessenden Saturnmondes Iapetus, welcher sich dabei etwa etwas mehr als eine Million Kilometer von der Raumsonde entfernt befinden wird. Die Aufnahmen werden speziell die nördliche Hemisphäre des mit einer zweigeteilten Oberfläche versehenen Mondes Iapetus wiedergeben, wo sich zwei größere Impaktbecken – Tungis und Roland – befinden. Auch eines der markantesten Merkmale von Iapetus – ein rund 1.300 Kilometer langer, etwa 20 Kilometer breiter und bis zu 13 Kilometer hoher Bergrücken – sollte auf den Aufnahmen erkennbar sein.

Am 28. März 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 17:41 MEZ in einer Entfernung von rund 3,2 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 214. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 215 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen.

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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• Raumsonde Cassini startet den Saturnumlauf Nummer 213 (25. Januar 2015)
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Der Beitrag Raumsonde Cassini – Der Saturnumlauf Nummer 214 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am 25 Januar 2015 erreicht die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 19:42 MEZ 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 3,4 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 213. Umlauf um den Ringplaneten beginnen. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von 19,1 Grad auf.

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 erneut 32 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 212“ lautet, insgesamt 44 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Den Höhepunkt des jetzt beginnenden Saturnumlaufs stellt allerdings ein für den 12. Februar 2015 vorgesehener naher Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Das erste Beobachtungsziel: Der Saturn
Unmittelbar nach den Beginn des neuen Umlaufs wird die Telekamera des ISS-Experiments zusammen mit einem weiteren der Fernerkundungsinstrumente der Raumsonde, dem Composite Infrared Spectrometer (CIRS), den Saturn abbilden. Die im Rahmen dieser Kampagne gewonnenen Beobachtungsdaten dienen in erste Linie der Kalibrierung des CIRS-Instruments.

Von wissenschaftlicher Relevanz sind dagegen die für den 26. Januar vorgesehenen Fotoaufnahmen des Ringplaneten. Hierbei soll die Weitwinkelkamera den Saturn abbilden und dabei nach markanten Wolkenformationen Ausschau halten. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von 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). Bis zum Ende des jetzt beginnenden Saturnumlaufs sind 14 weitere derartige Beobachtungen vorgesehen.

Kleinere Monde
Ebenfalls noch am 26. Januar sind zudem diverse sogenannte ‚astrometrische Beobachtungen‘ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde geplant. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Saturn und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen der jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der anzufertigenden Aufnahmen der Monde besteht darin, die derzeit verfügbaren Parameter von deren gegenwärtigen Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Weitere astrometrische Beobachtungskampagnen sollen am 4. Februar durchgeführt werden.

In der Nacht zum 27. Januar beginnt dann eine mehrstündige Beobachtungskampagne, welche einen der kleinen, äußeren Saturnmonde – den Mond Siarnaq – zum Ziel hat. Mit einer scheinbaren Helligkeit von 20,1 mag handelt es sich bei diesem rund 40 Kilometer durchmessenden Mond um ein sehr lichtschwaches Objekt, welches von der Erde aus nur extrem schwierig zu beobachten ist.

Im Rahmen dieser knapp 13 Stunden andauernden Kampagne soll Siarnaq aus einer Entfernung von etwa 23,1 Millionen Kilometern mehrfach mit der ISS-Kamera abgebildet werden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen wollen die beteiligten Wissenschaftler die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die sich daraus abzuleitende Rotationsperiode dieses Mondes sowie die Ausrichtung von dessen Rotationsachse noch besser als bisher bestimmen. Die bisherige Messungen von Cassini führten zu dem Resultat, dass Siarnaq für eine vollständige Drehung um seine Rotationsachse einen Zeitraum von etwa zehn Stunden und 12 Minuten benötigt. Eine weitere Siarnaq-Beobachtungskampagne soll bereits am 3. Februar erfolgen.

Das Ringsystem des Saturn, Minimonde und der Titan
Am 7. Februar steht der F-Ring des Saturn auf dem Beobachtungsprogramm. Hierbei sollen unter anderem zum wiederholten Mal die dort erkennbaren diversen Verästelungen der gewundenen Einzelringe abgebildet werden. Frühere Aufnahmen des ISS-Kamerasystems von Cassini führten zu dem Schluss, dass in erster Linie gravitative Wechselwirkungen mit dem weiter innen liegenden A-Ring und den beiden den F-Ring begrenzenden Saturnmonden Prometheus und Pandora die Form des F-Ringes gestalten.

Speziell die gravitativen Einflüsse dieser beiden als „Schäfermonde“ fungierenden Monde sind für die Ausbildung der beobachteten Wellenstrukturen des F-Ringes verantwortlich (Raumfahrer.net berichtete). Aus diesen Aufnahmen soll nach einer entsprechenden Bildbearbeitung eine kurze Videosequenz erstellt werden.

Am darauffolgenden Tag soll die ISS-Kamera dagegen zunächst auf den äußeren A-Ring des Saturn gerichtet werden. Im Rahmen dieser Beobachtungskampagne sollen erneut die hier befindlichen ‚Propellerstrukturen‘ dokumentiert werden. Bei diesen lediglich etwa 15 bis 25 Kilometer großen Strukturen handelt es sich um kleine ‚Hohlräume‘ innerhalb des A-Rings, welche durch die gravitativen Einflüsse von vermutlich lediglich wenige hundert Meter bis wenige Kilometer durchmessenden Mini-Monden – so genannten Moonlets – verursacht werden. Durch die anzufertigenden Aufnahmen des A-Ringes sollen die bisher bekannten Bahnparameter dieser Moonlets noch weiter verfeinert werden.

Ebenfalls für den 8. Februar ist zudem eine Beobachtung des Saturnmondes Titan vorgesehen. Aus einer Entfernung von etwa 2,46 Millionen Kilometern soll die Telekamera des ISS-Kameraexperiments hierbei die nördliche Heimsphäre dieses Mondes abbilden. Wie bereits zuvor bei den am 26. Januar erfolgten Saturn-Beobachtungen sollen auch im Rahmen dieser Kampagne diesmal in der Titanatmosphäre befindliche markanten Wolkenformationen dokumentiert werden, aus deren Beobachtung sich Rückschlüsse über die dort gegebenen Windverhältnisse ziehen lassen. Eine vergleichbare Beobachtungssequenz soll am 10. Februar aus einer Distanz von dann 1,77 Millionen Kilometern durchgeführt werden.

Einen Tag später kommt dann ein weiteres Spektrometer der Raumsonde, das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), zum Einsatz. Das VIMS wird dabei die nördliche Hemisphäre des Saturn abbilden, welche derzeit in einem zunehmenden Maß von dem Schatten ‚abgedunkelt‘ wird, den das Ringsystem des Saturn auf den Planeten ‚wirft‘. Diese Messungen sollen dazu dienen, die dort aktuell gegebenen Temperaturen zu ermitteln.

Zwischenzeitlich wird Cassini zudem am 31. Januar und am 9. Februar zwei Kurskorrekturmanöver durchführen. Diese jeweils nur kurzzeitig erfolgenden Aktivierungen der Triebwerke sind notwendig, damit die Raumsonde auch in den kommenden Wochen den für die erfolgreiche Absolvierung des vorgesehenen wissenschaftlichen Programms notwendigen Kurs innerhalb des Saturnsystems einnimmt.

Periapsis
Am 10. Februar 2015 wird Cassini schließlich um 18:17 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 213, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 355.200 Kilometern passieren.

Nur wenige Stunden zuvor – um 07:46 MEZ des gleichen Tages – wird die Raumsonde den mit einem Durchmesser von 1.528 Kilometern zweitgrößten Mond des Saturn – den Mond Rhea – im Rahmen eines nicht zielgerichteten Vorbeifluges in einer Entfernung von 46.943 Kilometern passieren. Während der Phase der Annäherung an Rhea soll die ISS-Kamera bei zwei Beobachtungssequenzen aus Entfernungen von 78.400 beziehungsweise 53.700 Kilometern diverse Aufnahmen der Rhea-Oberfläche anfertigen. Die am höchsten aufgelösten Bilder werden dabei über eine Auflösung von 305 Metern pro Pixel verfügen.

Am 11. Februar steht der D-Ring – der innerste der Hauptringe des Saturn-Ringsystems – auf dem Beobachtungsprogramm der Raumsonde. Cassini wird während der letzten Monate der Mission im Jahr 2017 die Gelegenheit erhalten, speziell diesen Ring ausführlich und aus kürzester Distanz zu studieren (Raumfahrer.net berichtete). Durch die für den 11. Februar vorgesehenen Untersuchungen soll unter anderem die Partikeldichte im Bereich des inneren D-Rings ermittelt werden – eine Information, welche für den sicheren Betrieb der Raumsonde im Jahr 2017 von essentieller Bedeutung sein wird.

Der Titan-Vorbeiflug T-109
Am 12. Februar steht dann der Höhepunkt dieses 213. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 18:08 MEZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,8 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 1.200 Kilometern passieren. Die mit diesem mittlerweile 110. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-109“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung. Neben dem ISS-Kamerasystem sollen dabei in erster Linie das VIMS-Instrument und ein weiteres Spektrometer, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), genutzt werden, um die Oberfläche und die Atmosphäre des Titan zu untersuchen.

Während der Phase der dichtesten Annäherung an den Titan wird dann auch das VIMS die wissenschaftlichen Beobachtungen dominieren. Das Instrument soll dabei unter anderem verschiedene Oberflächenstrukturen wie die Umgebung des Sinlap-Impaktkraters in der östlichen Fensal-Region und die im Bereich des Titan-Nordpols gelegenen, mit flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten SeenBolsena Lacus und Punga Mare abbilden.

Das VIMS wird auch in den Stunden nach dem Flyby aktiv sein. Zusammen mit den Instrumenten UVIS und CIRS sollen hierbei speziell Temperaturdaten von der Nachtseite des größten Saturnmondes gesammelt werden. Weitere Datensätze sollen Informationen über die chemische Zusammensetzung der Titanatmosphäre liefern und Reflektionen des Sonnenlichts zeigen, welches sich an den Oberflächen der bisher rund 400 auf dem Titan entdeckten Seen spiegelt.

Der Abschluss des Orbits 213
Nach dem Abschluss der Titan-Kampagne wird Cassini am 15. Februar ein weiteres Kurskorrekturmanöver durchführen. Außerdem wird sich die ISS-Kamera an diesem Tag auf die Cassini-Teilung richten und einen Teilbereich dieser etwa 4.800 Kilometer durchmessenden ‚Lücke‘ zwischen den Hauptringen „A“ und „B“ abbilden.

Am 18. Februar soll die ISS-Kamera dann zusammen mit dem UVIS-Spektrometer eine Sternbedeckungen dokumentieren. Hierbei wird der im Sternbild Orion gelegene Stern Kappa Orionis von Teilen des Ringsystems des Saturn bedeckt. Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in der Lichtkurve des Sterns erhoffen sich die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau, die Materialdichte und die Struktur der Ringbereiche, welche Kappa Orionis bei dieser Okkultation bedecken. Außerdem, so die Wissenschaftler, können hierbei eventuelle minimale Veränderungen in der Ringstruktur registriert werden, welche erst kürzlich durch das Gravitationsfeld des Saturn oder durch ‚Einschläge‘ von Meteoroiden verursacht wurden.

Am 22. und 23. Februar steht dann schließlich mit dem Mond Loge ein weiterer der kleinen, äußeren Saturnmonde auf dem Beobachtungsprogramm. Aus einer Entfernung von etwa 18,6 Millionen Kilometern soll auch bei diesem lediglich sechs Kilometer durchmessenden Mond im Rahmen einer 36 Stunden andauernden Beobachtungskampagne in Verbindung mit früheren Beobachtungsdaten dessen Rotationsdauer ermittelt werden.

Am 26. Februar 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 18:15 MEZ in einer Entfernung von rund 3,5 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 213. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 214 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 16. März 2015 in einer Entfernung von dann rund 2.300 Kilometern erneut passiert werden soll.

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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