Raumsonde Cassini beginnt den Saturn-Orbit Nummer 150

Am kommenden Montag beginnt der mittlerweile 150. Orbit der Raumsonde Cassini um den Planeten Saturn. Wie bereits bei den vorherigen Saturnumläufen wird das Augenmerk der Raumsonde während dieses 30 Tage dauernden Umlaufs überwiegend auf den Saturn und seinen Mond Titan gerichtet sein. Den wissenschaftlichen Höhepunkt der kommenden vier Wochen bildet ein weiterer naher Vorbeiflug am Titan.

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

NASA, JPL, Space Science Institute
Diese unbearbeitete Aufnahme des Saturn wurde am 18. Mai 2011 mit der WAC-Kamera der Raumsonde Cassini angefertigt. Zum Aufnahmezeitpunkt betrug die Entfernung zwischen Cassini und dem Planeten etwa 2,97 Millionen Kilometer. Auf der nördlichen Hemisphäre ist das dort befindliche ausgedehnte Sturmgebiet erkennbar.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)

Am 30. Mai 2011 wird die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum Saturn, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich Cassini in einer Entfernung von etwa 4,03 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 150. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde wird sich auch in den kommenden elf Monaten auf einer Orbitbahn bewegen, welche fast genau auf einer Ebene mit der Ringebene des Saturn sowie den Umlaufbahnen mehrerer größerer Saturnmonde verläuft.

Wie bereits die vier vorherigen Umläufe wird auch der am Montag beginnende Orbit, er trägt die Bezeichnung “Rev 149”, von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern überwiegend dazu genutzt werden, den Ringplaneten und den größten seiner 62 bisher bekannten Monde, den etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, mit verschiedenen Instrumenten zu untersuchen und aus unterschiedlichen Entfernungen mit der ISS-Kamera der Raumsonde abzubilden. Die gegenwärtige äquatoriale Umlaufbahn der Raumsonde ermöglicht es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern, speziell die Äquatorregion des Titan eingehend zu untersuchen. Zudem ist dabei ein Blick auf die Wolkenschichten in der Saturnatmosphäre möglich, welcher nicht durch das Ringsystem des Planeten oder einen von den Ringen auf den Saturn geworfenen Schatten eingeschränkt ist.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, eines von insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während der kommenden 30 Tage insgesamt 25 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Mehr als die Hälfte dieser Beobachtungen wird ein gewaltiges Sturmgebiet zum Ziel haben, welches sich seit dem Dezember 2010 über der nördliche Hemisphäre des Saturn ausdehnt (Raumfahrer.net berichtete). Weitere sechs Beobachtungen stehen in einem direkten Zusammenhang mit einem zielgerichteten Vorbeiflug an dem Saturnmond Titan, welcher am 20. Juni erfolgen wird. Der Großteil der restlichen Beobachtungskampagnen hat die Abbildung von verschiedenen Monden des Ringplaneten zum Ziel.

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Dieses Falschfarben-Mosaik des Saturnmondes Iapetus setzt sich aus 60 Einzelaufnahmen zusammen, welche von der Raumsonde Cassini am 10. September 2007 aus einer Entfernung von rund 73.000 Kilometern aufgenommen wurden.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)

Die ISS-Kamera wird ihre Arbeit während des Orbits Nummer 150 am 4. Juni aufnehmen. Dabei soll der zu diesem Zeitpunkt etwa 3,81 Millionen Kilometer von der Raumsonde entfernte Titan abgebildet werden. Diese Aufnahmen des dabei zur Hälfte von der Sonne beleuchteten Mondes dienen der Untersuchung von Wolkenformationen und Oberflächenstrukturen im Bereich einer mit dem Namen Xanadu belegten Oberflächenformation.

Diese auf Fotoaufnahmen hell erscheinende Region erstreckt sich über eine Länge von etwa 4.500 Kilometern entlang des Mondäquators. Xanadu, welches flächenmäßig etwa so groß wie Australien ausfällt, wird von bis zu 2.000 Metern hohen Bergrücken durchzogen. Laut den in den vergangenen Jahren durch die Cassini-Mission gewonnene Radardaten setzen sich diese vermutlich aus porösem Wassereis zusammen, welches von dem auf dem Titan niedergehenden Methanregen durch einen Auswaschungsprozess gebildet wurde.
Unmittelbar im Anschluss an die Titan-Beobachtungen stehen verschiedene astrometrische Beobachtungen von mehreren kleineren Saturnmonden auf dem Arbeitsprogramm der Raumsonde. Das wissenschaftliche Ziel der dabei erfolgenden Abbildungen der Monde Helene, Anthe, Janus, Calypso und Prometheus besteht darin, die bisher verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Die entsprechenden Fotosequenzen werden allerdings durchweg aus größeren Distanzen angefertigt, so dass im Rahmen dieser Beobachtungen keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde aufgelöst werden können.

Am 6. Juni beginnt eine ausführlichere Beobachtungskampagne, welche den Mond Iapetus zum Ziel haben wird. Cassini wird diesen Mond am 7. Juni um 12:30 MESZ in einer Entfernung von 862.490 Kilometern passieren. Bis zum 10. Juni sind insgesamt drei Beobachtungssequenzen durch die ISS-Kamera vorgesehen, welche speziell die Südpolregion dieses besonders durch seine bizarre Oberfläche auffälligen Mondes zum Ziel haben werden (Raumfahrer.net berichtete über die hierbei zugrunde liegenden Prozesse).

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Dieses Foto des Saturnmondes Helene wurde am 31. Januar 2011 mit der NAC-Kamera von Cassini aus einer Entfernung von 31.000 Kilometern aufgenommen.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)

Am 11. Juni wird Cassini die Beobachtungen des Mondes Titan fortsetzen – diesmal aus einer Entfernung von rund 2,78 Millionen Kilometern. Parallel zu der erneut erfolgenden Dokumentation des Wolkenzuges in der Titan-Atmosphäre werden die an diesem Tag erfolgenden Aufnahmen auch für weitere astrometrische Beobachtungen genutzt. Im Verlauf der Kampagne werden sich die Monde Helene, Pallene, Atlas, Janus und Telesto im Aufnahmefeld der ISS-Kamera befinden.

Für die folgenden Tage sind zwei weitere Titan-Beobachtungen, erneute astrometrische Beobachtungen verschiedener kleinerer Monde und zwei über jeweils zwei Stunden andauernde Beobachtungen des Saturn vorgesehen. Hierbei soll die Entwicklung des Sturmgebietes über der nördlichen Planetenhemisphäre verfolgt werden. Am 16. Juni wird die ISS-Kamera dokumentieren, wie der mit Kratern übersäte Mond Rhea vor dem Titan vorbeizieht. Rhea wird sich dabei in einer Entfernung von etwa 1,83 Millionen Kilometern befinden, während die Distanz zwischen Titan und Cassini etwa 2,54 Millionen Kilometern betragen wird.

Nach einer kurzen Aktivierung der Triebwerke am 15. Februar, dieses als “short engine burn” bezeichnete Manöver dient einer Kurskorrektur der Sonde, wird Cassini am 19. Juni um 01:46 Uhr MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses 150. Orbits, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Raumsonde 294.710 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn. Etwa vier Stunden zuvor erfolgt ein dichter Vorbeiflug der Raumsonde an dem kleinen Saturnmond Helene. Cassini wird den unregelmäßig geformten Mond am 18. Juni um 21:31 MESZ mit einer Geschwindigkeit von 4,6 Kilometern pro Sekunde passieren und sich diesem dabei bis auf eine Entfernung von 6.968 Kilometern nähern.

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Die Titanatmosphäre am 3. Mai 2006 (Abbildung A) und am 2. April 2010 (Abbildung B). Die Abbildungen C und D zeigen die in diesem Zeitraum verringerte Höhe der Dunstschichten in der Atmosphäre des Mondes.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)

Im Verlauf dieses nicht zielgerichteten Vorbeifluges sollen die Kameras von Cassini die Oberfläche des Mondes ausführlich abbilden. Die Aufnahmen sollen anschließend für die Vervollständigung einer globalen Karte dieses Mondes verwendet werden. Zusätzlich wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler die Verteilung der Impaktkrater auf der Mondoberfläche studieren. Außerdem sollen die Bilder einen globalen Überblick über die Verteilung von Schluchten liefern, welche während der vorherigen Vorbeiflüge auf der Mondoberfläche zu sehen waren.

Am 20. Juni wird die Raumsonde schließlich um 20:32 MESZ den Mond Titan mit einer Geschwindigkeit von 5,9 Kilometern pro Sekunde in einer Höhe von lediglich 1.358 Kilometern überfliegen. Bei diesem als “T-77” bezeichneten Manöver handelt es sich um den mittlerweile 78. zielgerichteten Vorbeiflug an diesem Mond seit dem Beginn der Orbit-Mission von Cassini am 1. Juli 2004. In der Anflugphase wird das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS) den Mond untersuchen und dabei eine Reihe von spektralen Messungen der Titanatmosphäre durchführen. Zeitgleich wird die ISS-Kamera den Mond abbilden. Das Ziel dieser Aufnahmen ist die Untersuchung der Verteilung der Dunstschichten in der oberen Atmosphäre des Titan.

In den letzten Monaten konnte eine durch den gerade erfolgenden Wechsel der Jahreszeiten bedingte Umverteilung dieser Dunstschichten beobachtet werden. Eine zuvor über dem Nordpol des Mondes registrierte Dunsthaube löst sich gegenwärtig auf – dafür bildet sich eine neue Haube über dem Südpol. Zudem zeigen die über einen Zeitraum von mehreren Jahren gesammelten Daten, dass sich die Höhe der Dunstschicht von etwa 500 Kilometern im Jahr 2006 auf jetzt nur noch etwa 380 Kilometer verringert hat. Die gewonnenen Daten werden das Verständnis über die Entwicklung des globalen Wetters auf dem Titan verbessern.

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Dieses Radar-Bild der Titanoberfläche wurde am 7. September 2006 angefertigt und zeigt den von einer Decke aus Ejektamaterial umgebenen und 29 Kilometer durchmessenden Impaktkrater Ksa. Im Inneren des Kraters befindet sich ein Zentralberg. Der abgebildete Bereich verfügt über eine Ausdehnung von rund 150 x 190 Kilometern. Die kleinsten erkennbaren Oberflächenstrukturen verfügen über eine Größe von etwa 500 Metern.
(Bild: NASA, JPL)

In den zwei Stunden vor und nach der dichtesten Annäherung an den Mond soll dann das RADAR-Instrument auf Titan ausgerichtet werden. Dies wird für die RADAR-Wissenschaftler die einzige Beobachtungsmöglichkeit während der insgesamt sechs im Jahr 2011 erfolgenden Titan-Vorbeiflüge sein. Zuerst wird das Team eine Scatterometrie-Beobachtung der Äquatorregion des Mondes durchführen. Ab einer Entfernung von rund 26.000 Kilometern werden die Wissenschaftler das Instrument dazu benutzen um verschiedene Bereiche der Mondoberfläche im Synthetic Aperture Radar-Modus abzubilden.

Durch eine Kombination mit den RADAR-Daten von dem Titan-Vorbeiflug T-17 – dieser erfolgte bereits am 7. September 2006 – wird die Erstellung von Stereobildern der aufgenommenen Oberflächenbereiche möglich sein. Die bisherigen Untersuchungen haben gezeigt, dass sich auf der Oberfläche von Titan anscheinend nur relativ wenige Impaktkrater befinden – ein Anzeichen dafür, dass die Oberfläche des Mondes über ein in geologische Zeiträumen betrachtet relativ junges Alter verfügt. Durch die Stereobilder des Kraters Ksa erhoffen sich die Wissenschaftler weitere Informationen über die Struktur der oberen Kruste von Titan zum Zeitpunkt der Entstehung dieser Krater.

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Der helle Bereich in der Bildmitte zeigt die Adiri-Region am Äquator des Titan. Die Aufnahme wurde am 14. Juni 2006 mit der WAC-Kamera von Cassini aus einer Entfernung von rund 157.000 Kilometern mit einem Infrarot-Spektralfilter angefertigt. Die Bildauflösung beträgt etwa 9 Kilometer pro Pixel.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)

Im Anschluss an die Radar-Beobachtungen werden zwei weitere Spektrometer, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS) und das Visual Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), auf Titan ausgerichtet. Zusammen mit der ISS-Kamera sollen dabei eventuell vorhandene Wolken in der Mondatmosphäre untersucht werden. Zusätzlich dienen diese Beobachtungen der Dokumentation von Oberflächenveränderungen im Bereich der Adiri-Region.

Zwischen dem 22. und dem 25 Juni werden die ISS-Kamera und das VIMS vier weitere Beobachtungskampagnen mit einer Dauer von jeweils 21 Stunden durchführen, welche erneut den Titan zum Ziel haben. Dabei sollen in stündlichen Abständen Bilder angefertigt werden, mit denen die Entwicklung von Wolken in der Atmosphäre des Mondes dokumentiert werden soll.

Zusätzlich wollen die beteiligten Wissenschaftler dabei auch ein besonderes Augenmerk auf die Oberfläche des Mondes richten. Besonders intensiv soll dazu ein Bereich unmittelbar südlich der Region Bellet, hierbei handelt es sich um ein ausgedehnten Dünenfeld in der Äquatorregion des Titan, beobachtet werden. Dort konnte im September 2010 ein massives Sturmgebiet mit einer Ausdehnung von mehreren hundert Kilometern registriert werden. Von Cassini angefertigte Aufnahmen zeigten deutlich erkennbare Veränderungen auf der Oberfläche des Mondes, welche auf einer Fläche von etwa 500.000 Quadratkilometern erfolgten.

Unmittelbar nach dem Vorbeizug des Sturmes erschien die Mondoberfläche in diesem Bereich deutlich dunkler gefärbt als zuvor. Diese Veränderungen werden als ein Beleg für einen erfolgten Methanregen interpretiert, welcher zu der Verdunkelung führte. Die an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler haben die Helligkeit der Titan-Oberfläche seit dem Jahr 2004 überwacht und schließen andere mögliche Ursachen für diese Veränderungen aus. In den Cassini-Bildern dehnen sich einige der dunklen Bereiche aus und bilden sich dann innerhalb weniger Wochen wieder zurück.

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Diese Aufnahmen, erstellt zwischen dem 22. Oktober 2007 und dem 15. Januar 2011, zeigen die Veränderungen auf der Oberfläche des Mondes Titan. Unmittelbar nach dem Durchzug des Sturmgebietes färben sich einige Oberflächenbereiche dunkel. Diese Verfärbungen bilden sich dann wieder zurück.
(Bild: NASA, JPL, Space Science Institute)

Am 29. Juni wird Cassini schließlich in einer Entfernung von rund 2,8 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und den 150. Orbit um den Ringplaneten beenden. Während des damit beginnenden Orbits Nummer 151 wird sich das Hauptaugenmerk der Raumsonde in erster Linie direkt auf den Saturn richten. Mehrere der dabei vorgesehenen Observationen werden speziell das ausgedehnte Sturmgebiet über der nördlichen Hemisphäre des Mondes zum Ziel haben.

Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der amerikanischen Weltraumbehörde NASA, der Europäischen Weltraumagentur ESA und der italienischen Weltraumagentur ASI. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/ Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology (Caltech), leitet die Mission für das Direktorat für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC.

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