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.

Nach einer Flugdauer von fast sieben Jahren und einer bis dahin zurückgelegten Distanz von nahezu 3,5 Milliarden Kilometern trat die Raumsonde Cassini am 1. Juli 2004 in eine Umlaufbahn um den Saturn ein. In den folgenden zehn Jahren hat die Raumsonde den Planeten mittlerweile 206 mal umkreist und dabei weitere mehr als drei Milliarden Kilometer zurückgelegt. Am morgigen Tag, dem 2. Juli 2014, wird Cassini um 08:52 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 2,92 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren 207. Umlauf um den Ringplaneten.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während dieses 32 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 206“ lautet, insgesamt 54 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 20. Juli vorgesehener 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 eine Stunde nach dem Beginn des neuen Orbits das erste Ziel für die ISS-Kamera darstellen. Aus einer Distanz von 3,89 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 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). Mit der gleichen Zielsetzung ist ebenfalls noch für den 2. Juli eine Beobachtung der Saturnatmosphäre angesetzt. Vergleichbare Saturn-Beobachtungen aus größeren Entfernungen sollen dann bis zum 2. August insgesamt 14 mal wiederholt werden.

Diverse Monde…

Am 6. Juli steht ein Teilbereich des G-Ringes des Saturn auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera. Dieser anscheinend hauptsächlich aus feinen Staubpartikeln bestehende Ring wird aus Material gespeist, welches durch die Einschläge von Mikrometeoriten von der Oberfläche des erst im Jahr 2008 auf Cassini-Aufnahmen entdeckten und lediglich rund 600 Meter durchmessenden Mondes Aegaeon stammt.

Anschließend soll der lediglich etwa 1,8 Kilometer durchmessende Mond Anthe und ein in der unmittelbaren Umgebung verlaufender „Ringbogen“ fotografisch dokumentiert werden. Diese ringähnliche Struktur bildet keinen geschlossenen Ring, sondern erstreckt sich über mehrere tausend Kilometer vor und hinter diesem Mond. Sehr wahrscheinlich wird dieser nur sehr lichtschwache Teil-Ring ebenfalls durch Staubpartikel und Eis gebildet, welches durch die kontinuierlich erfolgenden Einschläge von Mikrometeoriten auf die Oberfläche des Mondes Anthe in das umgebende Weltall befördert wird.

Den 7. und 8. Juli wird die ISS-Kamera damit verbringen, um über einen Zeitraum von 24 Stunden den kleinen, äußeren Saturnmond Kiviuq mehrfach aus einer Distanz von rund 14,9 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.

Für den 13. Juli sind 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. Weitere astrometrische Beobachtungen werden am 25. Juli erfolgen.

Zuvor stehen jedoch am 14. Juli die Monde Tethys und Rhea auf dem Beobachtungsprogramm. Auf den vorgesehenen Aufnahmen wird zu sehen sein, wie verschiedene kleinere Monde vor diesen 1.065 beziehungsweise 1.530 Kilometer durchmessenden Monden vorbeiziehen. Auch aus diesen Aufnahmen lassen sich astrometrische Informationen ableiten.

… und Ringe
Weitere Beobachtungen an diesem Tag werden dagegen das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Aus den gewonnenen Aufnahmen soll unter anderem eine kurze Videosequenz des D-Ringes erstellt werden.

Am 16. Juli wird die ISS-Kamera Teilbereiche des äußeren A-Ringes des Saturn abbilden. Hierbei 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.

Bei weiteren Beobachtungen der Saturnringe wird in den folgenden Stunden neben der ISS-Kamera auch eines der Spektrometer der Raumsonde, das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), eingesetzt. Das VIMS wird am 16., 17. und 25. Juli zudem auch drei Sternbedeckungen dokumentieren. Hierbei werden die Sterne Wega und R Lyrae – beide im Sternbild Leier (lateinischer Name Lyra) gelegen – sowie L2 Puppis (Achterdeck des Schiffs) von Teilen des Ringsystems bedeckt.

Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in den Lichtkurven der Sterne erhoffen sich die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau, die Materialdichte und die Struktur der Ringbereiche, welche die Sterne bei diesen Okkultationen bedecken. Außerdem, so die Wissenschaftler, können hierbei eventuelle Veränderungen in der Ringstruktur registriert werden, welche erst kürzlich durch das Gravitationsfeld des Saturn oder durch ‚Einschläge‘ von Meteoroiden verursacht wurden.

Die am 17. und 18. Juli zu gewinnenden Aufnahmen des B-Ringes und der im äußeren A-Ring gelegenen Encke-Teilung sollen ebenfalls zu kurzen Videosequenzen zusammengefügt werden. Am 18. Juli wird Cassini schließlich um 07:26 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 207, erreichen und den Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 839.900 Kilometern passieren.

Der Titan-Vorbeiflug T-103
Zwei Tage später, am 20. Juli 2014, steht dann der Höhepunkt dieses 207. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 12:41 MESZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,6 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 5.103,2 Kilometern passieren. Die mit diesem 104. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-103“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung 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 im mittleren Infrarotbereich durchzuführenden CIRS-Messungen besteht darin, die zu diesem Zeitpunkt auf der Oberfläche und 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.

Mit zunehmender Annäherung an den Mond wird die ISS-Kamera ein globales Mosaik der zu diesem Zeitpunkt sichtbaren Titanoberfläche anfertigen. Die entsprechenden Aufnahmen sollen dabei eine Auflösung von etwa 1,5 Kilometern pro Pixel erreichen. Des weiteren soll erneut das VIMS eingesetzt werden, um ebenfalls die Atmosphäre und die Oberfläche des Titan zu dokumentieren.

Ebenfalls noch während der Annäherungsphase kommt ein weiteres Spektrometer, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), zum Einsatz. Dieses Instrument soll dokumentieren, wie der Stern Achernar, der Hauptstern des Sternbildes Eridanus, langsam von der ausgedehnten Atmosphäre des Titan verdeckt wird. Das UVIS wird durch die Beobachtung dieser Okkultation in der Lage sein, ein hochaufgelöstes Profil der Verteilung von Kohlenwasserstoffverbindungen und Staubschichten in der Titanatmosphäre zu erstellen und Informationen über die vorherrschenden Temperaturen und Druckverhältnisse bis hinunter zu einer Höhe von etwa 200 Kilometern über der Oberfläche zu liefern. Die geringe Geschwindigkeit, mit der die Titanatmosphäre von Cassini aus betrachtet vor dem Stern vorbeizieht, wird dabei eine hohe Auflösung und Qualität der zu gewinnenden Daten gewährleisten.

Während der Phase der dichtesten Annäherung sollen diese Messungen wiederholt werden. Allerdings wird es sich bei dem Stern, der dabei von dem Titan bedeckt wird, nicht um einen viele Lichtjahre entfernten ‚Fixstern‘, sondern um das Zentralgestirn unseres Sonnensystems handeln. Noch vor dem Beginn dieser ‚Sonnenbedeckung‘ sollen die Bereiche der Titanatmosphäre, welche dann das Sonnenlicht ‚dimmen‘ werden, zu Vergleichszwecken mit den im fernen und im extremen Ultraviolettbereich arbeitenden Kanälen des UVIS abgetastet werden.

Im Anschluss an diese Messungen werden zwecks des Studiums der Titanatmosphäre weitere Messungen durch das UVIS erfolgen. Außerdem wird die ISS-Kamera bis zum 22. Juli den Titan mehrfach aus unterschiedlichen Entfernungen abbilden und dabei weitere Daten über die Wolkenbewegungen über der nördlichen Hemisphäre sammeln.

Erneut Ringe und Monde
Am 25. Juli wird die ISS-Kamera eine radiale Erfassung der Saturnringe durchführen. Durch die Verwendung verschiedener Filter kann das Ringsystem dabei im Farbe wiedergegeben werden. Im Vergleich zu entsprechenden früheren Aufnahmen werden die Ringe dabei aufgrund der zu diesem Zeitpunkt gegebenen hohen Inklination der Raumsonde von 48 Grad aus einer ‚größeren Höhe‘ erkennbar sein. Trotz der großen Entfernung zu den Ringen werden die Aufnahmen zudem über eine höhere Auflösung verfügen.

Am 26. und 28. Juli steht der kleine, äußere Mond Ijiraq auf dem Beobachtungsprogramm. Außer dessen Durchmesser von etwa 12 Kilometern, den Daten seiner Umlaufbahn und seiner mittleren Dichte von etwa 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter ist über diesen erst im Herbst 2000 entdeckten Mond bisher nur sehr wenig bekannt. Durch die Beobachtungskampagne, welche aus einer Entfernung von etwa 11,2 Millionen Kilometern erfolgen wird, sollen anhand der Variationen in der sich aus diesen Beobachtungen ergebenden Lichtkurven Informationen über die Position von dessen Polen, die Ausrichtung der Rotationsachse und die Dauer der Rotationsperiode gewonnen werden. Ebenfalls noch am 28. Juli und dann nochmals am 2. August wird sich die ISS-Kamera erneut auf den Titan richten und dort befindliche Wolkenformationen dokumentieren.

Am 3. August 2014 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 08:57 MESZ in einer Entfernung von rund 2,9 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 207. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 208 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 21. August 2014 in einer Entfernung von dann lediglich 964 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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Verwandte Internetseiten:

• Cassini-Huygens Sonderseite
• Cassini-Huygens Newsarchiv
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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.

Am heutigen Tag, dem 27. April 2014, wird die Raumsonde Cassini um 15:47 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 3,38 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 205. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini eine Inklination von 40,7 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 jetzt beginnenden, diesmal 32 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 204“ lautet, insgesamt 39 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 17. Mai 2014 vorgesehener gesteuerter Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Verschiedene Monde aus der Ferne
Der Titan wird auch lediglich fünf Stunden nach dem Beginn des neuen Orbits das erste Ziel für die ISS-Kamera darstellen. Aus einer Distanz von 4,46 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 dadurch auch die „Großwetterlage“ auf dem Titan dokumentieren, welche sich aufgrund der Bewegung des Saturn um die Sonne in einem etwa 30 Jahre dauernden Rhythmus kontinuierlich verändert (Raumfahrer.net berichtete).

Im Anschluss an diese Kampagne werden diverse sogenannte „astrometrische Beobachtungen“ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde durchgeführt. 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 Beobachtungskampagnen sind für den 3. und 7. Mai vorgesehen.

Der Saturn und das Ringsystem
Auch der Saturn wird in den folgenden Tagen mehrfach das „Ziel“ der ISS-Kamera sein. Auch hierbei sollen – wie zuvor bereits beim Titan – auffällige Strukturen in der Atmosphäre dokumentiert werden, welche Aufschlüsse über das dortige aktuelle Wettergeschehen liefern werden.

In der Nacht vom 7. auf den 8. Mai steht dann der lediglich etwa 1,8 Kilometer durchmessende Mond Anthe und ein in der unmittelbaren Umgebung verlaufender „Ringbogen“ auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera. Diese ringähnliche Struktur bildet keinen geschlossenen Ring, sondern erstreckt sich über mehrere tausend Kilometer vor und hinter diesem Mond. Sehr wahrscheinlich wird dieser nur sehr lichtschwache Teil-Ring durch Staubpartikel und Eis gespeist, welches durch die kontinuierlich erfolgenden Einschläge von Mikrometeoriten auf die Oberfläche des Mondes Anthe in das umgebende Weltall befördert wird. Weitere Beobachtungen werden sich auf die feinen Ringstrukturen des inneren D-Ringes konzentrieren.

Tethys, Enceladus und Periapsis
Am 11. Mai gilt das Interesse der an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler den beiden Monden Tethys und Enceladus. Neben der ISS-Kamera soll hierbei eines der Spektrometer der Raumsonde, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), dazu eingesetzt werden, um aus größeren Entfernungen von jeweils rund 1,6 Millionen Kilometern Helligkeitsvariationen auf den Oberflächen dieser beiden Monde zu untersuchen.
Am 15. Mai wird Cassini um 13:30 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 205 erreichen und den Ringplaneten in einer Entfernung von 686.290 Kilometern passieren. Bei dieser Gelegenheit sollen die ISS-Kamera und das UVIS-Spektrometer eventuell zu diesem Zeitpunkt über der Südpolregion des Saturn auftretende Polarlichter abbilden und untersuchen.

Der Titan-Vorbeiflug T-101
Am 17. Mai 2014 steht dann der Höhepunkt dieses 205. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 18:12 MESZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines gerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,7 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von diesmal 2.994 Kilometern passieren. Die mit diesem 102. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-101“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden zuvor mit Fotoaufnahmen durch die ISS-Kamera, welche dabei mit verschiedenen Spektralfiltern die südliche Titanhemisphäre abbilden wird. Unterstützt wird das Kamerasystem dabei 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.

Ebenfalls noch während der Anflugsphase an den Titan sollen die Instrumente der Raumsonde eine Sternbedeckung dokumentieren. Hierbei wird der im Sternbild „Großer Bär“ gelegenen Stern Eta Ursae Majoris von dem Titan bedeckt. Duch den sich dabei ergebenden Abfall in der Lichtkurve des Sterns erhoffen sich die Wissenschaftler weitere Daten über die Verteilung von Kohlenwasserstoffverbindungen sowie über die Dichte der Staubschichten in den oberen Bereichen der Titanatmosphäre.

Der wissenschaftliche Schwerpunkt dieses Vorbeifluges wird allerdings während der zwei Stunden vor und nach der dichtesten Annäherung durch den Einsatz des „Radio Science Subsystems“ (kurz „RSS“) der Raumsonde Cassini dominiert. Dieses Instrument 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. Je nach Frequenzband werden die ausgestrahlten Radiosignale durch Cassini selbst oder durch die Empfangsanlagen des Deep Space Network (DSN) der NASA empfangen.

Im Bereich des S-Bandes sendet Cassini dazu eine hochstabile Trägerwelle in Richtung des DSN, ohne selbst Signale zu empfangen. Hierfür wird der Sender der Kommunikationsanlage der Raumsonde verwendet, welcher die Trägerwelle mit einer Sendeleistung von zehn Watt abstrahlt. Analog wird auch im X-Band gesendet, wobei auch vom DSN abgestrahlte Signale empfangen und ausgewertet werden können. Für Messungen bei Frequenzen von 32.028 MHz und 34.316 MHz (Ka-Band) verwendet das RSS einen eigenen Transmitter, welcher speziell für die Erfordernisse des Instruments konstruiert wurde. Dieser kann sowohl Signale zum DSN senden als auch empfangen.

Durch die Auswertung der im Rahmen dieser Kampagne ausgestrahlten Radiosignale wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler die Temperatur, die Dichte und die Zusammensetzung der oberen Schichten der Titanatmosphäre ermitteln. Des weiteren soll ein vertikales Profil der Ionendichte in der Ionosphäre des Titan gewonnen werden.

Zusätzlich soll im Rahmen dieses Vorbeifluges zudem ein sogenanntes „bistastisches Messverfahren“ zum Einsatz kommen. Von der Raumsonde auszustrahlende Radiowellen werden dabei von der Oberfläche des Titan reflektiert und anschließend von den Empfangsstationen des DSN auf der Erde empfangen. Das Experiment dient dazu, um Aussagen über die physikalischen Eigenschaften der Titanoberfläche – besteht diese aus feste Material oder ist sie eventuell von einer Flüssigkeit überzogen und wie „eben“ oder „rau“ fällt der untersuchte Oberflächenbereich aus – zu tätigen.

Im Anschluss an die RSS-Kampagne sollen CIRS, UVIS und ISS weitere Daten über die Temperatur, die Struktur und den Aufbau der Titanatmosphäre sammeln. Auch in den folgenden Tagen wird vordergründig der Titan das Untersuchungsziel der verschiedenen abbildenden Instrumente der Raumsonde darstellen.

Am 31. Mai 2014 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 10:37 MESZ in einer Entfernung von rund 3,1 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 205. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 206 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 18. Juni 2014 in einer Entfernung von dann 3.658 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.

Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

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• Raumsonde Cassini beginnt den Saturnumlauf Nummer 201 (17. Dezember 2013)
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Der Beitrag Raumsonde Cassini beginnt den Saturnumlauf Nummer 205 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Der am 21. März 1684 von dem Astronomen Giovanni Cassini entdeckte Saturnmond Dione verfügt über einen mittleren Durchmesser von rund 1.123 Kilometern. Benannt wurde der Mond nach der Titanin Dione, der Mutter der Aphrodite, aus der griechischen Mythologie. Im Durchschnitt verläuft die Bahn von Dione in einer Entfernung von 377.000 Kilometern zum Saturn. Für einen Umlauf um diesen zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems benötigt der Mond etwa 2,7 Tage. Dione verfügt über eine mittlere Dichte von 1,476 Gramm pro Kubikzentimeter und besteht größtenteils aus Wassereis, dürfte allerdings über einen Kern aus Silikatgesteinen verfügen, welcher etwa ein Drittel der Gesamtmasse des Mondes ausmacht.

Auf den Aufnahmen der Raumsonde Cassini, welche den Saturn seit dem Sommer 2004 umkreist, wirkt der Mond Dione auf den ersten Blick zunächst wie eine kalte, unveränderliche Welt. Auf Diones Oberfläche sind sowohl stark verkraterte Regionen als auch 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.
Erst im Jahr 2011 stellte sich heraus, dass Dione von einer extrem dünnen Atmosphäre umgeben ist. Jetzt fanden Wissenschaftler Hinweise darauf, dass sich unter der Oberfläche dieses eisigen Mondes ein Ozean aus flüssigem Wasser befinden könnte, welcher in der Vergangenheit für eine geologische Aktivität auf dessen Oberfläche verantwortlich war. Eventuell, so die Planetenforscher, ist diese geologische Aktivität sogar noch in der Gegenwart vorhanden.

„Es zeichnet sich immer deutlicher ein Bild ab, demzufolge Dione eine Art Fossil der Aktivität des Mondes Enceladus mit seinen Geysiren sein könnte oder sogar eine schwächere Kopie von Enceladus“, so Bonnie Buratti vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, die Leiterin eine Forschungsgruppe des Cassini-Teams, welches sich auf die Untersuchung der Eismonde des Saturn spezialisiert hat. „Es könnte sich sogar herausstellen, dass es da draußen deutlich mehr aktive Welten mit Wasser gibt, als wir bisher für möglich gehalten haben.“
Bisher gehen die Planetologen davon aus, dass sich zum Beispiel unter den Oberflächen der Saturnmonde Titan und Enceladus oder des Jupitermondes Europa größere Reservoirs aus flüssigem Wasser befinden. Speziell der Mond Enceladus geriet in der Vergangenheit immer wieder durch die gigantischen Fontänen aus Wasserdampf und Eispartikeln in die Schlagzeilen, welche – von dessen Südpolregion ausgehend – in das Weltall geschleudert werden. Als wahrscheinlichste Ursache für diesen Kryovulkanismus wird ein unterirdisches Salzwasserreservoir angenommen.

Diese Monde stellten in der Vergangenheit für die Geologen und Astrobiologen immer wieder Ziele dar, wo sie nach den „Bausteinen des Lebens“ Ausschau hielten. Das Vorhandensein eines unterirdischen Ozeans würde das astrobiologische Potential des Mondes Dione ungemein steigern und diese bisher anscheinend so „langweilige“ Eiswelt noch weiter in den Fokus der Planetenforschung rücken.

Woher stammen die Hinweise?
Eines der 12 wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde Cassini, das Dual Technique Magnetometer (kurz „MAG“), konnte in der Vergangenheit mehrfach einen schwachen Partikelstrom nachweisen, der seinen Ursprung anscheinend bei Dione hat. Detailaufnahmen der Mondoberfläche, welche mit dem aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment angefertigt wurden, lieferten zudem Hinweise auf eine flüssige oder feuchte Schicht, welche sich unmittelbar unter der steinharten Eiskruste des Mondes erstreckt. Weitere Aufnahmen zeigten zudem Frakturen auf der Oberfläche, welche eine starke Ähnlichkeit mit der Südpolregion des Enceladus aufweisen.

Zusätzliche Hinweise lieferte die Untersuchung einer etwa 800 Kilometer langen Bergkette namens Janiculum Dorsa, welche sich in der Äquatorregion dieses Mondes zwischen 1.000 und 2.000 Metern über die Oberfläche erhebt. Die Kruste des Mondes Dione scheint sich unter dem Gewicht dieser Gebirgskette um bis zu 500 Meter gesenkt zu haben.

„Die Verformung der Kruste unter Janiculum Dorsa deutet darauf hin, dass die Eiskruste einstmals warm war. Und die beste Möglichkeit, die dafür notwendige Wärme zu erklären ist die Annahme der Existenz eines Ozeans unter der Oberfläche zu dem Zeitpunkt als sich die Bergkette bildete“, so Noah P. Hammond von der Brown University in Providence/USA.

Der Mond Dione umkreist den Saturn auf einer leicht elliptischen Umlaufbahn. Bedingt durch die schwankenden Entfernungen zu dem Saturn wird das Innere von Dione durch die von dem Planeten ausgehenden Gezeitenkräfte regelrecht durchgeknetet, wodurch Wärme entsteht. Wenn sich die äußere Kruste des Mondes dabei unabhängig vom inneren Kern bewegen kann – und dies wäre zum Beispiel dann der Fall, wenn sich zwischen Kruste und Kern ein Wasserreservoir befindet – würde die Gravitationswirkung des Saturn praktisch verstärkt und es könnte bis zu zehn Mal mehr Wärme freigesetzt werden. Alternative Erklärungsansätze wie zum Beispiel ein lokaler „Hotspot“ unter der Kruste oder starke Schwankungen in der Umlaufbahn des Mondes erscheinen den Wissenschaftlern dagegen als eher unwahrscheinlich.

Offene Fragen
Neben der Frage der Wärmefreisetzung bei Dione müssen allerdings noch weitere offene Fragen beantwortet werden. Die Planetenforscher suchen immer noch nach einer Erklärung dafür, warum der Mond Enceladus eine deutlich höhere Aktivität entwickeln konnte als Dione. Vielleicht, so die Wissenschaftler, fallen die auf Enceladus einwirkenden Gezeitenkräfte stärker aus. Eine weitere Erklärung wäre, dass sich im Gesteinskern von Enceladus ein höherer Anteil an radioaktiven Elementen konzentriert. Der Zerfall dieser Radionuklide würde dann auch zu einer erhöhten Abstrahlung von Wärmeenergie führen.

Auf jeden Fall, so die Wissenschaftler, wäre die Entdeckung eines unterirdischen Wasserreservoirs auf Dione ein Indiz dafür, dass Ozeane unter der Oberfläche von Eismonden und Zwergplaneten im Bereich des äußeren Sonnensystems deutlich häufiger anzutreffen sind als bisher angenommen.

Dies nährt auch die Hoffung, dass schon bald bei weiteren Welten in unseren Sonnensystem vergleichbare Entdeckungen gelingen könnten, denn bereits im Jahr 2015 werden zwei von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonden zwei dieser Objekte erreichen. Im Februar 2015 wird die Raumsonde DAWN in eine Umlaufbahn um den Zwergplaneten Ceres einschwenken und diesen über einen Zeitraum von mindestens fünf Monaten hinweg untersuchen. Im Juli 2015 wird zudem die Raumsonde New Horizons den Zwergplaneten Pluto im Rahmen eines Vorbeifluges im Detail studieren.

Die hier kurz vorgestellten Ergebnisse der Untersuchung der Bergkette Janiculum Dorsa und der Kruste des Mondes Dione wurden in der März-Ausgabe der Fachzeitschrift „Icarus“ von Noah P. Hammond et al. unter dem Titel „Flexure on Dione: Investigating subsurface structure and thermal history“ 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.

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Fachartikel von Noah P. Hammond et al.:

• Flexure on Dione: Investigating subsurface structure and thermal history (Abstract, engl.)

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

Am gestrigen Tag erreichte die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 23.08 Uhr MESZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems. Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 1,3 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und begann damit zugleich ihren mittlerweile 189. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell verfügt Cassini auf ihrer Umlaufbahn um den Saturn über eine Inklination von 61,7 Grad.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des diesmal lediglich neun Tage andauernden Orbits – dieser trägt die Bezeichnung „Rev 188“ – insgesamt 16 Beobachtungskampagnen vorgesehen.

Die erste dieser Kampagnen wird zwei Tage nach dem Beginn des neuen Umlaufs mehrere der kleinen inneren Saturnmonde zum Ziel haben, welche dabei im Rahmen sogenannter astrometrischer Beobachtungen abgebildet werden. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Planeten 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 jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern.

Ebenfalls für den 28. April sind zwei kurze Beobachtungen des Saturn vorgesehen. Mittels der hierbei geplanten Abbildungen der Saturnatmosphäre durch die WAC-Kamera, welche Bestandteil einer langfristig ausgelegten „Sturmbeobachtungskampagne“ sind, sollen erneut aktuelle Daten über das dortige Wettergeschehen gesammelt werden. Durch die Beobachtung von kleineren Sturmgebieten und markanten Wolkenformationen in der Atmosphäre des Ringplaneten lassen sich zum Beispiel Aussagen über die dort gegenwärtig vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen.

Zwischen diesen beiden Saturnbeobachtungen wird sich die ISS-Kamera auf den Saturnmond Dione richten und in Zusammenarbeit mit einem der Spektrometer der Raumsonde, dem Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), beobachten, wie dieser 1.123 Kilometer durchmessende Mond den Hauptstern des Sternbildes Leier, die Wega, bedeckt. Im Rahmen dieser Sternokkultation erhoffen sich die an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über die Ausdehnung, die Dichte und die Zusammensetzung der extrem dünnen, erst im Sommer 2011 entdeckten Atmosphäre dieses Mondes (Raumfahrer.net berichtete).

Nach einer Beobachtung von Bereichen des äußeren A-Ringes des Saturn – hierbei soll erneut nach den dortigen, durch kleine Moonlets verursachten „Propellerstrukturen“ gesucht werden – ist für den 29. April eine Beobachtung der Südpolregion des Saturn geplant. Hierbei soll die ISS-Kamera in Zusammenarbeit mit dem UVIS-Spektrometer speziell nach eventuell dort befindlichen Polarlichtern Ausschau halten. Zusätzlich soll diese Beobachtung genutzt werden, um die Rotationsdauer des Saturn-Magnetfeldes näher zu bestimmen.

Am 1. Mai wird Cassini schließlich um 17.59 Uhr MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 189, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde 316.450 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. Um diesen Zeitpunkt herum wird sich das Interesse der an der Mission beteiligten Wissenschaftler in erster Linie auf die Atmosphäre des Ringplaneten konzentrieren. Neben der Beobachtung der obersten Wolkenschichten des Saturn im Bereich des Südpols ist die Beobachtung der zu diesem Zeitpunkt nicht von der Sonne beleuchteten Bereiche des Saturn vorgesehen. Hierbei soll ein weiteres Spektrometer, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), genutzt werden, um im Bereich der südlichen Hemisphäre des Saturn Blitze abzubilden.

Des weiteren ist eine Beobachtung der Nordpolregion vorgesehen, wobei sich die WAC-Kamera zusammen mit einem weiteren Instrument, dem Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), auf das über dem Pol gelegene Nordpol-Hexagon richten wird. Bei dieser auffälligen Wolkenstruktur handelt es sich um ein großes Sturmgebiet, welches einen Durchmesser von fast 25.000 Kilometern aufweist. Der Zyklon rotiert mit einer Geschwindigkeit von 530 Kilometern pro Stunde innerhalb von etwa 10 Stunden und 40 Minuten einmal um sein Zentrum. Damit erreicht er eine mehr als doppelt so hohe Geschwindigkeit wie die auf der Erde auftretenden Zyklone.

Das Zentrum dieses Sturmgebietes ist von einer Wolkenstruktur umgeben, welche die Form eines nahezu regelmäßigen Sechsecks aufweist. Die dort befindlichen Wolken bewegen sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 500 Kilometern pro Stunde. Das anscheinend mehrere 100 Kilometer tiefe Hexagon wurde erstmals in den Jahren 1980 und 1981 von den Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 abgebildet und konnte mittlerweile auch von der Raumsonde Cassini ausführlich untersucht werden. Im sichtbaren Licht erscheinen die Wolken innerhalb der Formation dunkler als außerhalb. Mehrere Wolkenbänder begrenzen das Sechseck.

Nach einer ebenfalls für den 1. Mai vorgesehenen Beobachtung des Mondes Enceladus – dieser wird sich zu diesem Zeitpunkt 546.000 Kilometer von der Raumsonde entfernt befinden – wird sich die ISS-Kamera am 3. Mai erneut auf den Saturn richten und zusammen mit dem VIMS mehrere Mosaikaufnahmen der nördlichen Hemisphäre erstellen. Mit den geplanten Bildern der beiden Instrumente sollen anschließend diverse Wolkenstrukturen untersucht werden. Für die folgenden Tage sind weitere astrometrische Beobachtungen der inneren Saturnmonde, zusätzliche Wetterbeobachtungen auf dem Saturn und eine Abbildung des G-Ringes vorgesehen.

Am 6. Mai 2013 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 12.49 Uhr MESZ in einer Entfernung von rund 1,3 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und damit auch diesen 189. Orbit um den Ringplaneten beenden. Für den dann beginnenden Orbit Nummer 190 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.

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Der Beitrag Raumsonde Cassini: Der Saturnorbit Nummer 189 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am heutigen 23. April 2012 hat die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 16:46 MESZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum Saturn, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Cassini in einer Entfernung von rund 2,37 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und begann damit zugleich ihren mittlerweile 166. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde wird sich bis zum 22. Mai 2012 auch weiterhin 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 vorherigen Umläufe wird auch der jetzt begonnene Orbit, er trägt die Bezeichnung „Rev 165“, von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern in erster Linie dazu genutzt werden, um den Ringplaneten und dessen größere, innere Monde mit verschiedenen Instrumenten zu untersuchen und aus unterschiedlichen Entfernungen mit der ISS-Kamera der Raumsonde abzubilden. Den Höhepunkt des gegenwärtigen Orbits bildet ein gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Enceladus, welcher am 2. Mai in einer Entfernung von 74 Kilometern passiert werden wird.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem von insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des 17 Tage dauernden Orbits insgesamt 23 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Ein großer Teil dieser Beobachtungen wird dabei erneut das gewaltige Sturmgebiet zum Ziel haben, welches sich seit dem Dezember 2010 über der nördliche Hemisphäre des Saturn ausdehnte (Raumfahrer.net berichtete). Außerdem sind verschiedene Beobachtungen der Saturnmonde Enceladus, Dione und Titan vorgesehen.

Nach einer kurzen Aktivierung der Triebwerke von Cassini am 23. April 2012 – dieses als „Short Engine Burn Nummer 318“ bezeichnete Manöver dient einer notwendigen Kurskorrektur der Raumsonde – wird die ISS-Kamera den wissenschaftlichen Betrieb während des Orbits Nummer 166 am 24. April aufnehmen. Das Ziel der Beobachtungen wird die nördliche Saturnhemisphäre und das immer noch dort befindliche, mittlerweile aber stark abgeschwächte Sturmgebiet sein. Bis zum 30. April sind insgesamt sieben solcher jeweils nur wenige Minuten andauernde Beobachtungssequenzen vorgesehen, mit denen die aktuelle Ausdehnung und Entwicklung des Sturmgebietes dokumentiert werden soll.

Ebenfalls am 24. April soll die ISS-Kamera zudem auf den Mond Erriapus ausgerichtet werden, um diesen aus einer Entfernung von rund 6,31 Millionen Kilometern über einen Zeitraum von 14 Stunden mehrfach abzubilden. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von etwa acht bis zehn Kilometern und seiner im Vergleich zu den anderen Saturnmonden relativ hohen mittleren Dichte von 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter, welche auf eine Zusammensetzung aus Wassereis mit einem hohen Anteil an Silikatgestein hindeutet, ist über diesem erst im Jahr 2000 entdeckten Saturnmond bisher nur sehr wenig bekannt.

Anhand der Variationen in der sich bei der Beobachtung ergebenden Lichtkurve und dem Abgleich mit vorherigen Beobachtungen sollen dessen Helligkeitsvariationen und die sich daraus ergebende Rotationsperiode näher bestimmt werden. Diese Beobachtung ist ein Bestandteil einer langfristig angelegten Kampagne, in deren Verlauf mehrere der kleinen, äußeren Saturnmonde unter verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen aus mehreren Millionen Kilometern Entfernung abgebildet werden.

Trotz der großen Distanz zwischen den Monden und der Raumsonde kann Cassini bei derartigen Beobachtungen neben den Rotationsgeschwindigkeiten der Monde wertvolle Daten über deren Ausdehnung, die sich daraus ergebende Gestalt und die Neigung der Rotationsachsen gewinnen. Eine vergleichbare Beobachtungssequenz wird am 1. und am 3. Mai den Mond Ymir zum Ziel haben.

Am 25. April 2012 soll sich Cassini zudem zum wiederholten mal als „Exoplanetenjäger“ betätigen. Zu diesem Zweck wird die ISS-Kamera zusammen mit einem der Spektrometer an Bord der Raumsonde, dem Visual Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), den im Sternbild Füchslein (lateinischer Name Vulpecula) gelegenen Stern HD 189733 ins Visier nehmen. Das Ziel dieser Beobachtungssequenz besteht darin, einen Transit des dort befindlichen Exoplaneten HD 189733b zu beobachten.

Dieser Exoplanet wurde am 11. Oktober 2005 mit Hilfe des Astrometriesatelliten Hipparcos entdeckt. Mittels erdgestützter spektroskopischer Untersuchungen konnten Astronomen Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und Methan in der Atmosphäre des Planeten nachweisen. Durch Beobachtungsdaten, welche durch das Spitzer Space Telescope gewonnen wurden, konnte außerdem eine grobe Karte der dort befindlichen Wolkenformationen erstellt werden. HD 189733b verfügt über eine Masse von etwa 1,14 Jupiter-Massen. Für eine vollständige Umrundung seines Zentralstern benötigt er eine Zeitdauer von lediglich 2,22 Tagen.

Im Rahmen der Beobachtung wollen die an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler versuchen, den Transit des Exoplaneten vor seinem Zentralstern zu beobachten. Der rund 63 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt befindliche Stern HD 189733, welcher über eine visuellen Helligkeit von 7,67 mag verfügt, wird in den Aufnahmen der ISS-Kamera lediglich als ein relativ schwacher Lichtpunkt sichtbar sein. Der Exoplanet kann dagegen nicht direkt beobachtet werden. Allerdings erhoffen sich die Wissenschaftler, im Rahmen der Beobachtungen eine minimale Abschwächung des von HD 189733 ausgehenden Lichts registrieren zu können.

Diese Vorgehensweise ist eine der üblichen Methoden, welche Astronomen bei der Suche nach Exoplaneten anwenden. Sie wird als Transitmethode bezeichnet. Sobald ein Exoplanet von der Erde aus gesehen direkt vor seinem Mutterstern vorbeizieht, nimmt die Helligkeit des beobachteten Sterns um einen winzigen Bruchteil ab, da der Planet einen Teil des von seinem Zentralgestirn ausgehenden Lichts abschirmt. Um diesen Helligkeitsabfall zu erfassen – bei einem Transit des Exoplaneten HD 189733b vor seinem Zentralstern beträgt dieser Helligkeitsabfall lediglich etwa drei Prozent – wird die ISS-Kamera während der Beobachtungssequenz alle drei Minuten eine Aufnahme des Sterns anfertigen.

Am 2. Mai wird Cassini um 14:34 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während ihres 166. Orbits, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde 135.460 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden.

Bereits drei Stunden zuvor erfolgt ein dichter Vorbeiflug an dem Saturnmond Enceladus, welcher um 11:31 MESZ in einer Entfernung von lediglich 74 Kilometern mit einer Geschwindigkeit von 7,5 Kilometern pro Sekunde passiert werden wird. Während der Annäherungsphase soll die ISS-Kamera eingesetzt werden, um die südliche Hemisphäre des Mondes aus Entfernungen von 416.000 Kilometern bis hin zu 106.000 Kilometern abzubilden. Die Kamera soll hierbei speziell dazu eingesetzt werden, um die von der Südpolregion ausgehenden Fontänen aus Gas und feinen Wassereiskristallen abzubilden. Neben der Suche nach weiteren Plumes soll dabei eine eventuell veränderte Aktivität der bisher bekannten Auswurfzonen untersucht werden.

Im Anschluss an diese Beobachtungssequenz soll ein weiteres wissenschaftliches Instrument von Cassini, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), die zu diesem Zeitpunkt nicht von der Sonne beleuchtete Nachtseite des Mondes im mittleren Infrarotbereich abbilden und nach Temperaturvariationen auf der Mondoberfläche suchen.
Während der zwei Stunden um die dichteste Annäherung an Enceladus soll schließlich das Radio Science Subsystem (RSS) eingesetzt werden. Während des Vorbeifluges an dem Mond wird Cassini durch von Enceladus ausgehende gravitative Einflüsse minimal von der vorausberechneten Flugbahn abgelenkt werden. Diese Abweichungen machen sich in einem von Cassini ausgestrahlten Radiosignal durch eine Dopplerverschiebung bemerkbar.

Durch die RSS-Messungen sollen Informationen über die innere Struktur des Mondes gewonnen werden. Speziell erhoffen sich die Wissenschaftler durch das RSS-Experiment neue Erkenntnisse über eventuell existierende Heterogenitäten und Massekonzentrationen im Bereich des Südpols von Enceladus. Durch den Nachweis von unterschiedlichen Massekonzentrationen ließe sich eventuell die These eines dort befindlichen unterirdischen Wasserreservoirs erhärten.

Ebenfalls am 2. Mai erfolgt ein dichter Vorbeiflug der Raumsonde an dem Mond Dione. Dieser wird von Cassini um 22:13 in einer Entfernung von 8.057 Kilometern mit einer Geschwindigkeit von 8,5 Kilometern pro Sekunde passiert werden. Während des Vorbeifluges werden hauptsächlich das CIRS-Spektrometer und die ISS-Kamera für die Untersuchung des Mondes eingesetzt. Die ISS-Kamera soll dabei verschiedene Mosaikaufnahmen der Mondoberfläche erstellen, wobei eine Auflösung der Oberfläche von bis zu 53 Metern pro Pixel erreicht werden wird.

Nach einem weiteren Kurskorrekturmanöver am 5. Mai sind für den 6. und 7. Mai verschiedene Beobachtungen des größten der 62 bisher bekannten Saturnmonde, des etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, eingeplant. Dieser soll hierbei aus Entfernungen zwischen 700.000 bis 900.000 Kilometern abgebildet werden. Das Ziel der Beobachtungen besteht in der Dokumentation der oberen Atmosphärenschichten des Titan und der zum Beobachtungszeitpunkt eventuell dort befindlichen Wolkenstrukturen. Eine weitere Titan-Beobachtungskampagne wird am 11. Mai aus einer Entfernung von rund 2,57 Millionen Kilometern erfolgen.

Nur wenige Stunden später wird Cassini um 11:28 MESZ in einer Entfernung von rund 2,4 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und diesen 166. Orbit um den Ringplaneten beenden. Während des damit beginnenden Orbits Nummer 167 wird am 22. Mai ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan erfolgen. Dieser soll dabei in einer Distanz von rund 955 Kilometern passiert und mit verschiedenen Instrumenten untersucht werden.

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.

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

Bereits im Sommer 2011 berichteten Wissenschaftler erstmals, dass der Saturnmond Dione anscheinend von einer extrem dünnen, hauptsächlich aus Sauerstoff bestehenden Atmosphäre umgeben ist. Zu diesem Resultat kamen die Wissenschaftler durch die Auswertung von Daten, welche durch die Raumsonde Cassini bei einem nahen Vorbeiflug an diesem viertgrößten Mond des Saturn am 7. April 2010 gesammelt werden konnten.

Die im Rahmen dieses Vorbeifluges gewonnenen Daten zeigten, dass Dione eine deutlich erkennbare Signatur im Magnetfeld des Saturn hinterlässt. Dieser Störeffekt, so die an der Auswertung beteiligten Wissenschaftler, ist nur dadurch erklärbar, dass der Mond von einer dünnen Exosphäre umgeben ist. Auch konnte eines der an Bord der Raumsonde befindlichen Spektrometer, das Cassini Plasma Spectrometer (CAPS), bei diesem Vorbeiflug ionisierte Sauerstoffmoleküle in der unmittelbaren Umgebung des Mondes nachweisen.

Allerdings war es mit den gesammelten Daten zunächst nicht möglich, nähere Aussagen über die Dichte und die genaue Zusammensetzung der Exosphäre zu tätigen. Um dies zu ändern wurde ein weiterer naher Vorbeiflug von Cassini an Dione für ergänzende Messungen genutzt. Bei diesem am 12. Dezember 2011 erfolgten Vorbeiflug passierte die Raumsonde Dione in einer Entfernung von lediglich 99 Kilometern und untersuchte den Mond dabei unter anderem auch mit seinem Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS).

Die Auswertung der durch die beiden Instrumente gesammelten Daten ergab jetzt, dass die Exosphäre von Dione über eine extrem geringe Dichte verfügt. Pro Kubikmeter sind lediglich rund 90.000 Sauerstoffionen vertreten. Damit fällt die Dichte der Exosphäre von Rhea etwa fünf Billionen mal geringer aus als die Dichte der irdischen Atmosphäre. Auf der Oberfläche von Dione herrscht eine „Atmosphärendichte“, welche mit der Dichte der Erdatmosphäre in einer Höhe von rund 480 Kilometern vergleichbar ist. Gleichzeitig fällt die Molekülmenge in der Exosphäre von Dione damit allerdings auch etwa 100 höher aus als die entsprechenden Molekülkonzentrationen bei dem Erdmond oder bei dem innersten Planeten unseres Sonnensystems, dem Merkur.

„Wir wissen jetzt, dass Dione zusätzlich zu den Ringen des Saturn und dem [ebenfalls über eine Exosphäre verfügenden] Mond Rhea eine der Quellen für die in der Umgebung des Saturn nachgewiesenen Sauerstoffmoleküle ist“, so Robert Tokar vom Los Alamos National Laboratory in den USA, einer der an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler und Erstautor der Studie, welche in der Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“ veröffentlicht wurde.
Der um Dione detektierte Sauerstoff, so die bisherige Erklärung, wird durch eine stetig erfolgende chemische Zersetzung von Wassereis freigesetzt. Geladene Partikel der Sonnenstrahlung und des Saturn-Magnetfeldes treffen demzufolge regelmäßig auf die Oberfläche von Dione, wo sie das dort abgelagerte Wassereis in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Allerdings wollen die Wissenschaftler auch untersuchen, ob eventuell geologische Prozesse auf der Oberfläche oder im Inneren des Mondes für die Freisetzung des Sauerstoffs infrage kommen könnten.

„Unsere Wissenschaftler waren sich zuvor nicht sicher, ob Dione über genügend Masse verfügt, um eine Exosphäre an sich zu binden. Die neuen Resultate zeigen uns jetzt allerdings, dass Dione weit interessanter ist als wir zuvor angenommen haben“, so Amanda Hendrix, die stellvertretende Projektleiterin der Cassini-Mission am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien. „Die Wissenschaftler werden jetzt die bisher von Dione gesammelten Daten noch weiter analysieren, um so noch mehr Details über diesen Mond zu erfahren.“
Dazu wird unter anderem auch die Auswertung der am 12. Dezember 2011 gewonnenen Daten des INMS-Spektrometers fortgesetzt. Dieses Instrument war maßgeblich an der Entdeckung einer vergleichbaren Exosphäre um den Mond Rhea, dem zweitgrößten Saturnmond, beteiligt. Durch einen Abgleich der verschiedenen Datensätze erhoffen sich die Wissenschaftler Erkenntnisse darüber, ob außer Sauerstoff auch andere Moleküle – speziell Wasserstoffmoleküle – in der Dione-Exosphäre vertreten sind.

Aber auch bei zukünftigen Gelegenheiten werden die Planetenforscher neue Erkenntnisse über Dione gewinnen. Eine erste Gelegenheit dazu bietet sich bereits am 28. März 2012. An diesem Tag wird sich Cassini dem Mond um 06:07 MEZ bis auf eine Entfernung von knapp 44.000 Kilometern nähern.

Der am 21. März 1684 von dem italienischen Astronomen Giovanni Cassini entdeckte Mond Dione verfügt über einen mittleren Durchmesser von rund 1.123 Kilometern. Benannt wurde der Mond nach der Titanin Dione, der Mutter der Aphrodite, aus der griechischen Mythologie. Im Durchschnitt verläuft die Bahn von Dione in einer Entfernung von 377.000 Kilometern zum Saturn. Für einen Umlauf um den Planeten benötigt der Mond etwa 2,7 Tage. Dione besteht größtenteils aus Wassereis, dürfte allerdings über einen Kern aus Silikatgesteinen verfügen, welcher etwa ein Drittel der Gesamtmasse des Mondes ausmacht.

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 im Auftrag des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC.

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Geophysical Research Letters:

• Detection of exospheric O2+ at Saturn’s moon Dione (Abstract, engl.)
• Magnetic signatures of a tenuous atmosphere at Dione (Abstract, engl.)

Der Beitrag Cassini entdeckt dünne Atmosphäre um den Mond Dione erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am heutigen 9. Februar 2012 hat die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 13:16 MEZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum Saturn, erreicht. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Cassini in einer Entfernung von rund 2,84 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und begann damit zugleich ihren mittlerweile 162. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde wird sich auch in den kommenden drei Monaten weiterhin auf einer Orbitbahn bewegen, welche fast genau auf einer Ebene mit der Ringebene des Saturn sowie den Umlaufbahnen mehrerer größerer Saturnmonde verläuft.

Diese äquatoriale Flugbahn der Raumsonde – während des jetzigen Orbits beträgt die Inklination lediglich 1,4 Grad – ermöglicht es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern unter anderem, die Kanten der Saturnringe abzubilden. Durch die Auswertung dieser Bilder ist es zum Beispiel möglich, deren vertikale Ausdehnung zu ermitteln. Zudem ist aus dieser Perspektive ein Blick auf die Wolkenschichten in der Saturnatmosphäre gegeben, welcher nur minimal durch das Ringsystem des Planeten oder einen von den Ringen auf den Saturn geworfenen Schatten beeinträchtigt ist. Außerdem ergibt sich bei diesem Verlauf der Umlaufbahn die Möglichkeit, sich im Rahmen eines einzigen Orbits unter günstigen Umständen gleich mehreren Saturnmonden zu nähern, deren Bahnen ebenfalls in der Äquatorebene des Saturn verlaufen.

Wie bereits die vorherigen Umläufe wird auch der jetzt begonnene Orbit, er trägt die Bezeichnung „Rev 161“, von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern in erster Linie dazu genutzt werden, um 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.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem von insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des 24 Tage dauernden Orbits insgesamt 42 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Ein großer Teil dieser Beobachtungen wird dabei erneut das gewaltige Sturmgebiet zum Ziel haben, welches sich seit dem Dezember 2010 über der nördliche Hemisphäre des Saturn ausdehnt (Raumfahrer.net berichtete). Den Höhepunkt des gegenwärtigen Orbits bildet ein am 19. Februar 2012 erfolgender gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan.

Die ISS-Kamera wird ihre Arbeit am 11. Februar aufnehmen und dabei zuerst die nördliche Saturnhemisphäre und das dortige Sturmgebiet abbilden. Im Rahmen dieser Beobachtungssequenz soll die Kamera weitere Daten über die gegenwärtige Ausdehnung des während der letzten Monate immer mehr an Stärke verlierenden Sturmgebietes sowie über die dort gegenwärtig vorherrschenden Windgeschwindigkeiten und -richtungen sammeln. Bis zum 25. Februar sind insgesamt 16 dieser Sturmbeobachtungssequenzen geplant.

Ebenfalls am 11. Februar sollen zudem mehrere der kleineren inneren Monde im Rahmen sogenannter astrometrischer Beobachtungen abgebildet werden. 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 Epimetheus, Prometheus, Methone und Polydeuces 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. Eine zweite astrometrische Beobachtungskampagne wird sich am 14. Februar auf die Monde Janus, Anthe, Telesto, Polydeuces und Prometheus konzentrieren.

Am 14. Februar steht außerdem der Saturnmond Titan auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera. Aus einer Entfernung von etwa 2,89 Millionen Kilometern sollen die Bereiche „Fenzal-Aztlan“ und „Xanadu“ – hierbei handelt es sich um ausgedehnte Dünenfelder auf der Oberfläche des Mondes – abgebildet werden. Allerdings steht bei dieser „Titan Monitoring Campaign“ nicht die Beobachtung der Titan-Oberfläche, sondern vielmehr dessen dichte Atmosphäre im Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses. Die für diesen Tag vorgesehenen Beobachtungen dienen vielmehr der Abbildung von Wolkenstrukturen und der daraus abzuleitenden Erforschung der meteorologischen Bedingungen in der Atmosphäre.

Am 15. Februar soll schließlich der E-Ring des Saturn näher untersucht werden. Anhand der vorgesehenen Aufnahmen soll dessen exakte Ausrichtung im Bezug auf die Äquatorebene des Saturn ermittelt werden. Außerdem erhoffen sich die an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler weitere Erkenntnisse darüber, inwieweit die feinen Staubpartikel, aus denen sich der E-Rings zusammensetzt, durch den von der Sonne ausgehenden Strahlungsdruck oder durch das Magnetfeld des Saturn beeinflusst werden.
Am 19. Februar erfolgt schließlich der dritte von insgesamt neun für das Jahr 2012 vorgesehenen gesteuerten, dichten Vorbeiflügen an dem größten Saturnmond, dem Titan. Bei diesem als „T-82“ bezeichneten Manöver handelt es sich um den mittlerweile 83. Vorbeiflug der Raumsonde am Titan. Zum Zeitpunkt der dichtesten Annäherung wird sich Cassini um 09:43 MEZ in einer Entfernung von 3.803 Kilometern zur Mondoberfläche befinden. Die Überfluggeschwindigkeit wird 5,8 Kilometer pro Sekunde betragen.

Bereits während der Anflugphase wird eines der an Bord von Cassini befindlichen Spektrometer, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), auf den Titan ausgerichtet werden und den Mond anschließend während des gesamten Flybys im Blickfeld behalten. In Zusammenarbeit mit der ISS-Kamera sollen dabei verschiedene Regionen des Mondes abgebildet und spektrografisch untersucht werden. Neben der Bestimmung der aktuellen Temperaturen dienen diese Beobachtungen auch der Untersuchung der Titanatmosphäre. So soll unter anderem die Konzentration von Aerosolen in den verschiedenen Atmosphärenschichten ermittelt werden.

Am 21. Februar wird Cassini um 06:23 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn, während ihres 162. Orbits erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich Cassini 134.680 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. Bereits einen Tag zuvor soll die ISS-Kamera dazu eingesetzt werden, um im Zusammenarbeit mit dem UVIS-Spektrometer nach Polarlichtern zu suchen, welche sich zum Beobachtungszeitpunkt eventuell über der Südpolregion des Saturn befinden.

Weitere Beobachtungssequenzen der ISS-Kamera dienen hauptsächlich der erneuten Beobachtung des Titan und eines weiteren Saturn-Mondes. Bei der für den 24. Februar vorgesehenen Abbildungssequenz soll die Südpolregion von Enceladus in den Fokus der Kamera rücken. Die Aufnahmen sollen genutzt werden, um die von der Südpolregion ausgehenden Fontänen aus Gas und feinen Wassereiskristallen abzubilden. Neben der Suche nach weiteren Plumes soll dabei eine eventuell veränderte Aktivität der bisher bekannten Auswurfzonen untersucht werden.

Cassini wird schließlich am 1.März 2012 um 13:16 MEZ in einer Entfernung von rund 2,4 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und diesen 162. Orbit um den Ringplaneten beenden. Während des damit beginnenden Orbits Nummer 163 wird am 9. März ein nicht gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Enceladus erfolgen. Enceladus wird dabei in einer Distanz von lediglich 9.176 Kilometern überfolgen werden. Außerdem wird sich das Augenmerk von Cassini auch während des Orbits Nummer 163 erneut auf den Saturn richten, welcher dabei aus unterschiedlichen Entfernungen mit den verschiedenen Instrumenten untersucht werden soll.

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 im Auftrag des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC.

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Verwandte Seiten:

• Cassini-Huygens Sonderseite
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Der Beitrag Cassinis Saturnorbit Nummer 162 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: Raumfahrer.net.

Drei Rohbilder von Cassinis Vorbeiflug an Saturns Mond Dione.

Dione schwebt vor Saturn, noch in weiter Entfernung zu Cassini:

Bei den beiden „kleinen“ dunklen Flecken auf Saturn dürfte es sich um Stürme in der Atmosphäre des Planeten handeln.

Dione aus ca. 167.000 Kilometer Entfernung:

Dione aus ca. 81.000 Kilometer Entfernung:

Mit weiteren Rohbildern sowie bearbeiteten (Farb?-)Bildern und Kommentaren der Wissenschaftler ist demnächst zu rechnen. Und im Oktober 2005 wird Cassini in nur 500 Kilometer Entfernung an Dione (Durchmesser 1120 Kilometer) vorbei fliegen.

Weiterführende Webseite:

Die 500 neuesten Rohbilder von Cassini (engl.)

Der Beitrag Dione – ein Mond wie ein angeschlagenes Ei erschien zuerst auf Raumfahrer.net.