In wenigen Stunden beginnt für die Raumsonde Cassini der bereits 206. Umlauf um den Planeten Saturn. Den Höhepunkt dieses neuen Orbits bildet ein für den 18. Juni vorgesehener Vorbeiflug der Raumsonde an dem Saturnmond Titan. Außerdem soll in den kommenden 32 Tagen unter anderem der Phoebe-Ring des Saturn einer Fern-Erkundung unterzogen werden.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am heutigen Tag, dem 31. Mai 2014, wird die Raumsonde Cassini um 10:37 MESZ auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn 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 3,01 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 206. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von 44,3 Grad auf.
Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des in Kürze beginnenden, diesmal 32 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung “Rev 205” lautet, insgesamt 37 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 18. Juni 2014 vorgesehener Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Titan und Erriapus aus der Ferne
Der Titan wird dann auch lediglich eine Stunde nach dem Beginn des neuen Orbits das erste Ziel für die ISS-Kamera darstellen. Aus einer Distanz von 3,92 Millionen Kilometern soll dabei die Atmosphäre über der nördlichen Titan-Hemisphäre abgebildet werden. Durch die Dokumentation von kleineren Sturmgebieten und markanten Wolkenformationen lassen sich zum Beispiel Aussagen über die dort gegenwärtig vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen. In Kombination mit früheren und zukünftigen Beobachtungen 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). Bis zum 8. Juni sind weitere sechs Titan-Beobachtungen eingeplant, wobei sich die Raumsonde diesem Mond bis auf eine Entfernung von 1,58 Millionen Kilometern nähern wird.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Am 12. und am 14. Juni 2014 steht der Mond Erriapus – einer der kleinen, äußeren Saturnmonde – auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera. Mit einer scheinbaren Helligkeit von lediglich 23,0 mag handelt es sich bei Erriapus um ein äußerst lichtschwaches Objekt, welches von der Erde aus nur extrem schwierig zu beobachten ist. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von rund acht Kilometern und seiner mittleren Dichte von etwa 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter ist über diesen erst im Jahr 2000 entdeckten Mond deshalb bisher nur sehr wenig bekannt. Die mittlere Dichte deutet allerdings darauf hin, dass sich dieser Mond vermutlich in erster Linie aus einer Mischung aus Wassereis und Gestein zusammensetzt.
Erriapus verfügt zudem über eine relativ dunkle Oberfläche, welche bei einem Albedo-Wert von 0,06 lediglich etwa sechs Prozent des einfallenden Sonnenlichtes wieder ins Weltall reflektiert. Während der entsprechenden Beobachtungskampagne soll die ISS-Kamera den Mond Erriapus aus einer Distanz von rund 13,1 Millionen Kilometern mehrfach abbilden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen sollen die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die sich daraus ergebende Rotationsperiode dieses Mondes näher bestimmt werden.
Periapsis
Am 16. Juni wird Cassini um 13:30 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 206, erreichen und den Ringplaneten in einer Entfernung von 752.340 Kilometern passieren. Bei dieser Gelegenheit sollen die ISS-Kamera und eines der Spektrometer der Raumsonde, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), dazu eingesetzt werden, um eventuell zu diesem Zeitpunkt über der Südpolregion des Saturn auftretende Polarlichter abzubilden und zu untersuchen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech)
Der Titan-Vorbeiflug T-102
Am 18. Juni 2014 steht dann der Höhepunkt dieses 206. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 15:28 MESZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines herbeigesteuerten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,6 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von diesmal 3.658,6 Kilometern passieren. Aufgrund des vergleichbaren Flugverlaufes der Raumsonde relativ zum Titan weisen viele der dabei durchzuführenden Messungen starke Ähnlichkeiten mit dem vorherigen Titan-Vorbeiflug von Cassini auf, welcher erst am 17. Mai 2014 erfolgte.
Wie schon im Mai 2014 beginnen auch die mit diesem 103. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung “T-102” – assoziierten Beobachtungen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung an diesen Mond mit diversen Fotoaufnahmen durch die ISS-Kamera, welche dabei zunächst mit verschiedenen Spektralfiltern die südliche Titanhemisphäre abbilden wird. Unterstützt wird das Kamerasystem hierbei durch ein weiteres Instrument – das Composite Infrared Spectrometer (CIRS). Das Ziel der CIRS-Messungen besteht darin, die zu diesem Zeitpunkt in der Stratosphäre der Titanatmosphäre vorherrschenden Temperaturen zu ermitteln und – in Kombination mit zu früheren Zeitpunkten gewonnenen Daten – zu einem Temperaturprofil zusammenzufügen.
In den zwei Stunden vor und nach der dichtesten Annäherung wird dann auch erneut das “Radio Science Subsystem” (kurz “RSS”) von Cassini die wissenschaftlichen Arbeiten der Raumsonde dominieren und dabei neben einer Radio-Okkultations-Messung diverse bistatische Messungen durchführen.
Das RSS von Cassini besteht aus drei Sende-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.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Durch die Auswertung der im Rahmen der Okkultationskampagne von Cassini ausgestrahlten Radiosignale, welche dabei die Atmosphäre des Titan durchdringen, wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler die Temperatur, die Dichte und die Zusammensetzung der oberen Schichten der Titanatmosphäre ermitteln. Des weiteren soll hierbei erneut ein vertikales Profil der Ionendichte in der Ionosphäre des Titan gewonnen werden. Außerdem werden Daten über die in der Troposphäre des Mondes vorherrschenden Winde erwartet.
Bei den bistatischen Messungen werden dagegen 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 Experiment dient dazu, um Aussagen über verschiedene physikalische Charakteristiken der Titanoberfläche – besteht diese aus festem Material oder ist sie eventuell von einer Flüssigkeit überzogen und wie “eben” oder “rau” fällt der zu untersuchende Oberflächenbereich aus – zu tätigen.
Im Anschluss an die RSS-Kampagne werden das CIRS und das ISS-Kameraexperiment weitere Daten über die Temperatur, die Struktur und den Aufbau der Titanatmosphäre sammeln beziehungsweise weitere Aufnahmen von verschiedenen Oberflächenformationen auf dem Titan anfertigen. Nach dem Abschluss der Titan-Kampagne wird die ISS-Kamera am 20. Juni schließlich auf den Saturn gerichtet sein und diesen mit der WAC-Optik abbilden. Diese beiden Beobachtungen sind Bestandteil einer langfristig ausgelegten “Sturmbeobachtungskampagne” und dienen – wie auch die bereits Anfang des Monats beim Titan durchzuführenden Beobachtungen – der Dokumentation des dort gegenwärtig ablaufenden Wettergeschehens. Bis zum 30. Juni sind acht weitere Saturn-Sturmbeobachtungskampagnen vorgesehen.
Der Phoebe-Ring
Ebenfalls noch am 20. Juni wird das ISS-Kamerateam schließlich versuchen, den am weitesten vom Saturn entfernt gelegenen, extrem lichtschwachen und erst im Jahr 2009 auf Aufnahmen des Weltraumteleskops Spitzer entdeckten Phoebe-Ring abzubilden. Speziell soll dabei der Schatten dokumentiert werden, den der Saturn zum Zeitpunkt der Aufnahmen auf diesen nur schwer nachzuweisenden Ring wirft. Durch den Vergleich von den im Schatten des Saturn liegenden Bereichen dieses Ringes mit anderen, direkt von der Sonne beschienenen Bereichen soll dann die optische Dichte dieses Ringes ermittelt werden, was weitere Informationen über die in diesem Ring vorherrschende Materialdichte liefern dürfte. Aufgrund der bisher zur Verfügung stehenden Beobachtungsdaten wird diese Partikeldichte derzeit auf lediglich etwa 10 bis 20 Partikel pro Kubikkilometer geschätzt. Die zu gewinnenden Informationen könnten außerdem weitere Einzelheiten zu der Größe der Partikel liefern, aus denen sich der Ring zusammensetzt.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Zwischen dem 21. und dem 24. Juni stehen dann zwei Sternbedeckungen auf dem Beobachtungsprogramm von Cassini, wobei neben der ISS-Kamera auch ein weiteres Spektrometer der Raumsonde, das Visual and Infrared Spectrometer (VIMS), zum Einsatz kommen wird. Bei diesen beiden Okkultationen werden die im Sternbild “Taube” (lateinischer Name Columba) und “Achterdeck des Schiffs” (lateinischer Name Puppis) gelegenen Sterne Gamma Columbae und L2 Puppis von Teilen des Ringsystems des Saturn bedeckt.
Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in den Lichtkurven der beiden Sterne erhoffen sich die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau, die Materialdichte und die Struktur der Ringbereiche, welche diese Sterne bei den jeweiligen Okkultationen bedecken. Außerdem, so die Wissenschaftler, können im Rahmen dieser Beobachtungen eventuelle Veränderungen in der Ringstruktur registriert werden, welche durch das Gravitationsfeld des Saturn oder durch erst kürzlich erfolgte ‘Einschläge’ von Meteoroiden verursacht wurden.
Weitere Ringe, Monde und erneut Titan
Weitere, am 22. Juni durchzuführende Beobachtungen werden Teile des F-Ringes des Saturn zum Ziel haben. Bei dieser Beobachtungssequenz gilt das wissenschaftliche Interesse speziell den diversen Verästelungen der gewundenen Einzelringe sowie deren Interaktion mit den in der Nähe befindlichen Monden. Frühere Beobachtungen führten zu dem Schluss, dass vor allem gravitative Wechselwirkungen mit dem weiter innen liegenden A-Ring und den beiden den F-Ring begrenzenden Saturnmonden Prometheus und Pandora die Struktur 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.
Am 24. Juni sind dann außerdem noch erneut 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. Zwei weitere astrometrische Beobachtungskampagnen werden am 26. und am 30. Juni erfolgen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Für ihre finale Beobachtungssequenz während des Orbits Nummer 206 wird sich die ISS-Kamera ebenfalls noch am 30. Juni erneut auf den Titan richten. Auch hierbei soll, diesmal aus einer Entfernung von 3,93 Millionen Kilometern, der Titan als Ziel dienen. Und wie bereits vier Wochen zuvor sollen auch diese Aufnahmen dazu dienen, um das aktuelle Wettergeschehen zu dokumentieren.
Am 2. Juli 2014 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 08:52 MESZ in einer Entfernung von rund drei Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 206. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 207 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 20. Juli 2014 in einer Entfernung von dann 5.103 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.
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