Am 6. Oktober 2014 beginnt die Raumsonde Cassini ihren mittlerweile 210. Umlauf um den Planeten Saturn. Den Höhepunkt dieses neuen Orbits bildet ein für den 24. Oktober 2014 vorgesehener naher Vorbeiflug der Raumsonde an dem Saturnmond Titan.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 6. Oktober 2014 wird die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 00:43 MESZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zu dem zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 3,13 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 210. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von 40,3 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 39 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 209“ lautet, insgesamt 45 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Den Höhepunkt der Beobachtungen stellt allerdings ein für den 24. Oktober vorgesehener naher Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Wetterbeobachtungen auf Titan und Saturn
Der Titan wird dann auch lediglich wenige Stunden nach dem Beginn des neuen Orbits das erste Ziel für die ISS-Kamera darstellen. Aus einer Distanz von 3,62 Millionen Kilometern soll dabei die Atmosphäre über der nördlichen und zu diesem Zeitpunkt vom Saturn abgewandten Titan-Hemisphäre abgebildet werden. Durch die Dokumentation von kleineren Sturmgebieten und markanten Wolkenformationen lassen sich zum Beispiel Aussagen über die gegenwärtig in der dichten 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). Weitere Titan-‚Wetter‘-Beobachtungen sollen am 14., 16., 19. und 20. Oktober erfolgen. Mit der gleichen Zielsetzung ist ebenfalls noch für den 7. Oktober eine Beobachtung der Saturnatmosphäre angesetzt. Vergleichbare Saturn-Beobachtungen aus größeren Entfernungen sollen dann zwischen dem 14. und dem 19. Oktober 2014 insgesamt neun mal wiederholt werden.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Diverse Monde, Ringbögen und Ringe
Ebenfalls noch für den 7. Oktober sind zudem noch 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 Daten über deren Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Weitere astrometrische Beobachtungen werden am 14., 19. und 30. Oktober sowie am 4. November erfolgen.
Am 14. Oktober stehen dabei besonders die kleineren Saturnmonde Methone, Pallene, Anthe und Aegaeon sowie die verschiedenen Ringe und ‚Ringbögen‘, welche sich in deren unmittelbaren Umgebung befinden, auf dem Beobachtungsprogramm der an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler. Die als Ringbögen bezeichneten ringähnlichen Strukturen bildet keine geschlossenen Ringe, sondern erstreckten sich über mehrere tausend Kilometer vor und hinter den jeweiligen Monden. Sehr wahrscheinlich werden diese nur sehr lichtschwache Teil-Ringe – genau so wie auch der G-Ring im Bereich des Mondes Aegaeon – durch Staubpartikel und Eis gebildet, welches durch die kontinuierlich erfolgenden Einschläge von Mikrometeoriten auf die Oberfläche der Monde in das umgebende Weltall befördert werden.
Am 19. Oktober soll die ISS-Kamera auf den äußeren A-Ring des Saturn gerichtet werden. Bei dieser Beobachtungskampagne sollen unter anderem zum wiederholten Mal sogenannte ‚Propellerstrukturen‘ dokumentiert werden. Bei diesen lediglich etwa 15 bis 25 Kilometer großen Strukturen handelt es sich um kleine ‚Hohlräume‘ innerhalb des Ringsystems, welche durch die gravitativen Einflüsse von vermutlich lediglich wenige Dutzend 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.
Der Saturn aus der Nähe
Am 21. Oktober 2014 wird Cassini schließlich um 23:22 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 210, erreichen und den Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 626.660 Kilometern passieren. In den Stunden vor und nach dem Passieren der Periapsis wird sich das Interesse der an der Cassini-Mission beteiligten Forscher in erster Linie auf die Saturnatmosphäre fokussieren. Am 20. und 21. Oktober kommt dabei eines der Spektrometer der Raumsonde, das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), zum Einsatz. In Zusammenarbeit mit der ISS-Kamera sollen diverse Scans der zu diesem Zeitpunkt sichtbaren Saturnatmosphäre durchgeführt werden. Unter anderem sollen dabei eventuell über dem Südpol des Ringplaneten aktive Polarlichter dokumentiert werden. Bei weiteren Beobachtungen am 22. Oktober wird zudem das Composite Infrared Spectrometer (CIRS) eingesetzt.
Der Titan-Vorbeiflug T-106
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Zwei Tage später, am 24. Oktober 2014, steht dann der Höhepunkt dieses 210. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 04:41 MESZ 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 1.013 Kilometern passieren. Die mit diesem 107. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-106“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung.
(Bild: NASA, JPL-Caltech)
Das Ziel der dabei im mittleren Infrarotbereich durchzuführenden CIRS-Messungen besteht darin, die zu diesem Zeitpunkt in der Titanatmosphäre vorherrschenden Temperaturen zu ermitteln und – in Kombination mit den zu früheren Zeitpunkten gewonnenen Daten – zu einem Temperaturprofil zusammenzufügen. Durch dieses Profil sollen letztendlich die Temperaturveränderungen dokumentiert werden, welche sich durch den gegenwärtig erfolgenden Wechsel der Jahreszeiten – auf der nördlichen Titanhemisphäre geht der Frühling gerade in den Sommer über – ergeben. Unterstützt werden diese Messungen mit diversen Fotoaufnahmen durch die ISS-Kamera, welche dabei mit verschiedenen Spektralfiltern den Titan abbilden wird. Das VIMS-Spektrometer soll dagegen globale Scans der Titanoberfläche durchführen.
In den Stunden vor und nach der dichtesten Annäherung wird dann das „Radio Science Subsystem“ (kurz „RSS“) von Cassini die wissenschaftlichen Arbeiten der Raumsonde dominieren und dabei diverse bistatische Messungen durchführen. Das RSS von Cassini besteht aus drei Sende- und Empfangsanlagen, welche unter anderem die Veränderungen von Radiowellen messen können, sobald diese Signale die Atmosphäre des Titan (beziehungsweise bei alternativen Messkampagnen das Ringsystem des Saturn oder die dichte Saturnatmosphäre) durchdringen. Abhängig von dem hierbei verwendeten Frequenzband werden die ausgestrahlten Radiosignale durch Cassini selbst oder durch die Empfangsanlagen des Deep Space Network (DSN) der NASA empfangen.
Eine alternative Anwendungsmöglichkeit stellt das bistatische Messverfahren dar. Hierbei werden die von der Raumsonde auszustrahlenden Radiowellen zunächst von der Oberfläche des Titan reflektiert und anschließend von den Empfangsstationen des DSN auf der Erde empfangen. Dieses Messverfahren dient dazu, um Aussagen über verschiedene physikalische Charakteristiken der Titanoberfläche – besteht diese aus festem Material oder ist sie eventuell von einer Flüssigkeit überzogen, wie „eben“ oder „rau“ fällt der zu untersuchende Oberflächenbereich aus, welche Permittivität herrscht dort vor – zu tätigen.
Auch nach dem Passieren des Titan wird dieser Saturnmond noch für mehrere Tage im Fokus der abbildenden Instrumente stehen. Noch bis zum 27. Oktober sollen etwa diverse Fotoaufnahmen angefertigt werden, welche sich dabei auf dessen Nordpolregion konzentrieren und der Suche nach markanten Wolkenformationen dienen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Weitere Ringe und Monde
Anschließend steht zunächst der F-Ring auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera, wobei unter anderem zum wiederholten Mal die dort erkennbaren diversen Verästelungen der gewundenen Einzelringe abgebildet werden sollen. Frühere Aufnahmen des ISS-Kamerasystems von Cassini zeigten, 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. Aus diesen am 27. Oktober anzufertigenden Aufnahmen soll eine kurze Videosequenz erstellt werden.
Den 2. und 3. November wird die ISS-Kamera damit verbringen, um über einen Zeitraum von rund 24 Stunden den kleinen, äußeren Saturnmond Kiviuq mehrfach aus einer Distanz von rund 14,1 Millionen Kilometern abzubilden. In Kombination mit den bereits zu früheren Zeitpunkten gewonnenen Beobachtungsdaten soll hierdurch die Ausrichtung von dessen Rotationsachse ermittelt werden. Außerdem sollen die neu anzufertigenden Aufnahmen, welche allerdings keine Oberflächendetails enthüllen werden, dazu dienen, die Form und Gestalt dieses lediglich rund 16 Kilometer durchmessenden Mondes zu bestimmen. Des weiteren soll mit den geplanten Aufnahmen auch die Farbe von dessen Oberfläche bestimmt werden, was wiederum Rückschlüsse über deren chemische und mineralogische Zusammensetzung ermöglicht.
Am 8. und 11. November wird die ISS-Kamera schließlich erneut auf den Titan gerichtet und dabei die dortigen Wetterbeobachtungen fortsetzen. Auch hierbei soll über der nördlichen Hemisphäre nach markanten Wolkenformationen Ausschau gehalten werden. Bei der Beobachtungskampagne am 11. November wird sich Cassini in einer Entfernung von etwa 3,53 Millionen Kilometern zum Titan befinden.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 15. November 2014 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 00:04 MEZ in einer Entfernung von rund vier Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 210. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 211 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie der Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 10. Dezember 2014 in einer Entfernung von dann rund 980 Kilometern erneut passiert werden soll.
Zuvor wird Cassini jedoch vom 16. bis zum 20. November den wissenschaftlichen Betrieb kurzzeitig einstellen. Der Grund hierfür ist die demnächst anstehende ‚Sonnenkonjunktion‘. Hierbei handelt es sich um eine spezielle Himmelskonstellation, bei der sich der Saturn von der Erde aus gesehen in einem Abstand von nur wenigen Grad zu der Sonne befindet. Aufgrund dieser Planetenkonstellation ist die Datenübertragung zwischen der Erde und der in einer Umlaufbahn um den Saturn operierenden Raumsonde stark beeinträchtigt, da die von der Sonne ausgehende Strahlung die Funksignale, welche zwischen der Erde und der Raumsonde hin und her gesandt werden, zu sehr stört. Augrund der dadurch bedingten Begrenzung der Datenübertragungsraten wird Cassini in diesem Zeitraum keine wissenschaftlichen Untersuchungen des Saturn oder von dessen Monden durchführen.
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.
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