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

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

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

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

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

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

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

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

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• Saturnmond Enceladus

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Quelle: Freie Universität Berlin 14. Mai 2024.

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

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

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

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

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

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

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

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

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• Leben im Sonnensystem

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Quelle: Freie Universität Berlin 25. März 2024.

25. März 2024 – Die unterirdischen Ozeane einiger Eismonde von Saturn und Jupiter sind Kandidaten für die Suche nach außerirdischem Leben. Eine laborbasierte Studie, durchgeführt größtenteils von Wissenschaftlern von Freier Universität Berlin und University of Washington in Seattle, zeigt, dass Leben, wenn es dort welches gibt, nachweisbar ist. Und zwar in einzelnen ausgestoßenen Eisteilchen. „Wir konnten erstmals zeigen, dass Zellmaterial von Bakterien mit einem Massenspektrometer auf einer Raumsonde nachweisbar ist“, betont Dr. Fabian Klenner, Leiter der Studie. Klenner ist Postdoc am Department of Earth and Space Sciences der University of Washington, zuvor forschte er an der Freien Universität Berlin.

Die Studie mit dem Titel „How to identify cell material in a single ice grain emitted from Enceladus or Europa“ wurde am 22. März in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht (doi.org/10.1126/sciadv.adl0849, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl0849).

“Unsere Ergebnisse zeigen zunehmend, dass zukünftige Instrumente in der Lage sind, auf Eismonden winzige Lebensformen aufzuspüren, die denen ähneln, die wir von der Erde kennen“, betont Dr. Fabian Klenner, der Leiter der Studie.

Die Cassini Mission, die bis 2017 im Saturnsystem operierte, hatte in der Nähe des Südpols des eisigen Saturnmondes Enceladus nahezu parallele Risse entdeckt. Aus diesen Rissen strömen Gase und Eispartikel in das Weltall, die von dem unterirdischen Ozean des Mondes stammen. Europa, ein Eismond von Jupiter, wird bald detailliert von Instrumenten auf NASA’s Europa Clipper Raumsonde untersucht werden. Start der Mission ist für Oktober diesen Jahres (2024) vorgesehen.

In Vorbereitung auf diese und andere zukünftige Missionen untersuchen Forschende, was moderne Instrumente auf den Eismonden finden könnten. Aufgrund der hohen relativen Geschwindigkeiten der Eisteilchen zur Raumsonde, ist es sehr schwierig, Einschläge von einzelnen Eisteilchen auf Massenspektrometer zu simulieren. Die Forschenden haben stattdessen ein Experiment an der Freien Universität Berlin genutzt. Mit dem Versuchsaufbau haben die Forschenden einen dünnen Wasserstrahl in eine Vakuumkammer injiziert. Der Wasserstrahl zerfällt in winzige Tröpfchen, die dann mit einem Laser beschossen wurden. Die durch den Laserbeschuss entstandenen geladenen Teilchen wurden in einem Massenspektrometer im Labor untersucht, um vorherzusagen, was Instrumente auf Raumsonden detektieren würden.

Die neu veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass Instrumente, die für zukünftige Raumsonden vorgesehen sind, Zellmaterial aufspüren können. Und das funktioniert sogar, wenn das Zellmaterial in nur sehr wenigen einzelnen Eisteilchen vorhanden wäre. Ein Instrument, das diese Fähigkeit besitzt, ist der SUrface Dust Analyzer auf Europa Clipper.

Für ihre Studie verwendeten die Forschenden Sphingopyxis alaskensis, ein Bakterium, das in Gewässern von Alaska vorkommt. Im Vergleich zu Escherichia coli, einem gängigen Modellorganismus für Studien auf der Erde, leben die viel kleineren S. alaskensis Bakterien in kalter Umgebung und können mit nur wenigen Nährstoffen auskommen. Aufgrund all dieser Eigenschaften ist dieser Organismus womöglich ein geeigneterer Kandidat für potenzielles Leben auf einem Eismond.

“Die Bakterien sind extrem klein, sodass sie theoretisch in die ausgestoßenen Eisteilchen passen”, erläutert Fabian Klenner.

Von früheren Studien ist bekannt, dass verschiedene Substanzen in einem unterirdischen Ozean in einzelnen Eisteilchen getrennt ausgestoßen werden. Die neue Studie zeigt, dass die Analyse einzelner Eisteilchen deutlich vorteilhafter ist, um mögliches Leben zu identifizieren, als zuerst Milliarden von Eisteilchen zu sammeln und alle gemeinsam zu analysieren.

In einer weiteren Studie, die von den gleichen Wissenschaftlern angeleitet wurde, wurden kürzlich Phosphate in Enceladus‘ Ozean nachgewiesen. Enceladus hat somit genügend Energie, Wasser, Phosphate und andere Salze, sowie kohlenstoffbasiertes organisches Material, was es zunehmend wahrscheinlicher macht, dass der Mond lebensfreundliche Bedingungen für bakterielle Lebensformen wie wir sie von der Erde kennen aufweist.

Die Forschenden vermuten, dass Bakterien, wenn sie eine Lipidmembran besitzen, eine hauchdünne Schicht auf der Oberfläche des Ozeans bilden würden. Ein Prozess, den man von der Erde kennt. Auf einem Eismond, bei dem der Ozean mit der Oberfläche verbunden ist (z.B. durch Risse in der Eiskruste), bringt der Druckunterschied zum Vakuum des Weltalls den kalten Ozean zum Kochen. Zudem platzen Gasblasen, die im Ozean aufsteigen, an der Wasseroberfläche, wodurch Zellmaterial in sich bildende Eisteilchen eingeschlossen werden könnte.

“Wir beschreiben hier ein plausibles Szenario wie Bakterien in Eisteilchen eingeschlossen werden könnten, die sich von flüssigem Wasser auf Enceladus oder Europa bilden und dann in das Weltall ausgestoßen werden“, sagt Fabian Klenner.

Der SUrface Dust Analyzer auf Europa Clipper hat bessere analytische Fähigkeiten als Instrumente vergangener Missionen. Zudem wird dieses Instrument zum ersten Mal in der Lage sein, negativ geladene Ionen von Einschlägen der Eisteilchen zu detektieren, was vorteilhaft für das Aufspüren möglicher Fettsäuren und Lipide ist.
“Ich finde es sogar etwas spannender, nach Lipiden oder Fettsäuren zu suchen als nach den Bestandteilen von DNA, da Fettsäuren etwas stabiler zu sein scheinen“, ergänzt Fabian Klenner.

“Mit geeigneten Instrumenten, wie zum Beispiel dem SUrface Dust Analyzer auf NASA’s Europa Clipper Raumsonde, könnte es einfacher sein als wir dachten, Spuren von Leben auf einem Eismond zu finden”, erklärt Prof. Frank Postberg, Mitautor der Studie. Frank Postberg ist Professor für Planetologie am Institut für Geologische Wissenschaften der Freien Universität Berlin. „Die Voraussetzung ist natürlich, dass es dort Leben gibt und die Lebensformen auch in Eisteilchen eingeschlossen werden, die sich z.B. aus flüssigem Wasser unter der Eiskruste bilden“

Die Studie wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC), der NASA und der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Die weiteren Mitautoren sind Janine Bönigk, Dr. Maryse Napoleoni, Dr. Jon Hillier und Dr. Nozair Khawaja von der Freien Universität Berlin, Prof. Karen Olsson-Francis von The Open University in Großbritannien, Dr. Morgan Cable und Dr. Michael Malaska von NASA’s Jet Propulsion Laboratory (USA), Prof. Sascha Kempf von der University of Colorado in Boulder (USA) und Prof. Bernd Abel von der Universität Leipzig.

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• Europa Clipper (EC) zum Jupitermond Europa

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Quelle: Universität Leipzig 15. Juni 2023.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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• Chemie im All

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Quelle: DLR 27. März 2023.

27. März 2023 – Nach zwei Jahren ist es endlich soweit: Die Forschungsraketen REXUS 29 und 30 starten vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Nordschweden. Ab dem 28. März 2023 öffnet sich das Startfenster, sofern die Wetterbedingungen mitspielen. Mit an Bord sind insgesamt neun Experimente von Universitätsteams aus Deutschland, Schweden, Rumänien und Norwegen. Die fast sechs Meter langen Raketen besitzen einen Durchmesser von rund 36 Zentimetern und können bis zu 40 Kilogramm Experiment-Nutzlast tragen. Sie durchfliegen auf ihrem Parabel-ähnlichen Flug zwei Schichten der Atmosphäre – die sogenannte Tropo- und Stratosphäre – und erreichen die Mesosphere in einer Höhe von bis zu 80 Kilometern. Auf dem Flug durch diesen suborbitalen Raum herrscht dann für rund zwei Minuten Schwerelosigkeit – Zeit genug, um alle Experimente an Bord auszuführen.

„Hier in Kiruna sehen wir jedes Jahr junge, engagierte Nachwuchstalente, die Tag und Nacht an ihren Experimenten arbeiten. Sie wollen unbedingt bei diesen REXUS-Flügen dabei sein. Das wissenschaftliche Potenzial ist sehr groß. Das macht dieses Nachwuchsprogramm mit jedem neuen Start deutlich“, betont Dr. Michael Becker, Leiter des REXUS/BEXUS-Programms (Raketen- und Ballon-Experimente für Universitäts-Studierende) bei der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Das Nachwuchsprogramm gibt es schon seit dem Jahr 2007 und bringt pro Jahr im Februar oder März zwei REXUS-Forschungsraketen sowie im September oder Oktober zwei BEXUS-Forschungsballone in den sogenannten suborbitalen Raum. „Aufgrund der Pandemie musste diese REXUS-Startkampagne allerdings immer wieder verschoben werden“, erklärt Michael Becker. „Auch für die Studierenden haben die Verschiebungen große Herausforderungen mit sich gebracht. Die haben sie alle erfolgreich gemeistert. Nun sind alle gespannt auf zwei spannende Starts und die Durchführung der lang vorbereiteten Experimente.“

REXUS 29: Experimente aus Deutschland, Norwegen und Rumänien mit an Bord
Auch bei dieser Doppel-Kampagne werden erneut verschiedenste Themenbereiche zur Forschung in Schwerelosigkeit abgedeckt. Wenn die REXUS-29-Forschungsrakete voraussichtlich am 29. März 2023 in Richtung Stratosphäre abhebt, werden insgesamt fünf Experimente mit an Bord sein, von denen drei aus Deutschland, eines aus Rumänien und eines aus Norwegen stammen.

Mit dem Experiment S CEPHEI (Suspension of Carbon Nanotubes under Dielectrophoretic Influence) untersucht das Team der Technischen Universität Dresden spezifische Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT). Aufgrund ihrer besonderen thermischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften sind diese sehr vielseitig einsetzbar. Mit ihnen lassen sich Materialien für den Schutz vor elektrostatischen Entladungen und vor elektromagnetischen Störungen sowie für Sensorik und mechanische Verstärkung entwickeln. Da die Eigenschaften von der Ausrichtung dieser Nanoröhrchen abhängen, ist es wichtig, diesen Ausrichtungsprozess im Detail zu verstehen.

Das Team HERMESS (Hull applied ElectroResistive MEasurement of Structural Strains) der Universität der Bundeswehr München hat sich zur Aufgabe gemacht, die mechanische Beanspruchung bei der Flugbelastung besser zu charakterisieren und damit Erkenntnisse über die realen Flugbelastungen in der Struktur ihres Raketenmoduls zu gewinnen. Ein besseres Verständnis der tatsächlich in der Struktur auftretenden Belastungen ermöglicht Leichtbauansätze, die zu einer besseren Materialausnutzung und damit zu einer Reduzierung der Masse und der Kosten führen können.

Mit einem sogenannten „Space Seed“ entwickelte das Team Deadalus2 der Universität Würzburg ein Fluggerät, das wie beim langsamen Fall eines Ahornsamens durch Eigenrotation bei der Rückkehr zur Erde abgebremst wird. Um den Flug zu stabilisieren, wird der Körper des „Space Seed“ vom Rotor entkoppelt und der gesamte Flug durch Kontrollsysteme überwacht. Der Einsatz von Landekontrollen soll den sicheren Transport einer möglichen Nutzlast ohne Fallschirm – zum Beispiel zur Landung auf anderen Planeten – ermöglichen.

Team ECRIDA – (3D Printing by Curing Resin In-orbit using UV Digital Light Processing Apparatus) der University Politehnica Bucharest aus Rumänien entwickelte einen DLP-Drucker zur Herstellung von 3D-Objekten. Dabei wird ein Harz mit UV-Licht gehärtet, um während der Schwerelosigkeitsphase einen Prüfkörper herzustellen.

Ziel von RaPTeX (Radiologic Particle Telescope eXperiment) der Arctic University of Norway, ist die Erforschung der Atmosphäre durch Messung geladener Teilchen (wie Pionen, Myonen) während des REXUS-Flugs. Das Experiment verwendet Halbleitersensoren und einen strahlungsresistenten, anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC). Die wissenschaftlichen Daten, die während des Fluges gesammelt werden, dienen der Erprobung dieser Technologie für CubeSat Anwendungen.

REXUS 30: Experimente aus Deutschland und Schweden gehen gemeinsam auf die suborbitale Reise
Wenn mit REXUS 30 die zweite Forschungsrakete voraussichtlich am 30. März 2023 in Richtung Stratosphäre abhebt, werden insgesamt vier Experimente mit an Bord sein. Zwei davon kommen aus Deutschland und die anderen beiden aus Schweden.

An Bord von REXUS 30 befindet sich das Experiment IMFEX (ISRU MoonFibre Experiment) des Studierendenteams der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen. Das MoonFibre-Experiment zielt darauf ab, eine Technologie zu entwickeln, mit der man künftig Materialien aus Mondregolith herstellen können soll. Das In-situ-Ressourcennutzungs-MoonFibre EXperiment ist das erste Experiment, das zeigen soll, dass das Spinnen von Fasern in der Schwerelosigkeit möglich ist. Dabei sollen die optimalen Spinnparameter bestimmt und die mechanischen Eigenschaften der erzeugten Fasern mit unter Schwerkraft hergestellten Kontrollproben verglichen werden. Die Ergebnisse dieses Experiments sind ein wichtiger Beitrag zur Entwicklung künftiger Faserspinnanlagen auf dem Mond, um damit zu einer zukünftigen Besiedlung des Mondes beizutragen.

Mit dem Thema Mond beschäftigt sich auch das Team µMoon (Verification and Simulation of Enceladus‘ Plume Models) der Aachen University of Applied Sciences. Der Saturnmond Enceladus wurde als Kandidat für die Suche nach Leben und dessen Entwicklung sowie für die Rolle von flüssigem Wasser identifiziert. In der Nähe seines Südpols wurden an der Oberfläche „Plumes“ beobachtet, die wie kalte Geysire regelmäßig Gasmoleküle und Eispartikel ausspucken, die sich der Anziehungskraft von Enceladus entziehen und die äußeren Ringe des Saturns bilden. µMoon soll diese Geysire unter Weltraumbedingungen mit einem Experimentmodul nachbilden. Dazu wurde eine Düse mit einer eisähnlichen Oberfläche und einem darunter liegenden Wasserreservoir entwickelt, um die Eisspalten auf Enceladus zu simulieren. Durch Messungen von Plume-Austritten aus einer Wasserzusammensetzung, die der von Enceladus ähneln soll, wird diese realistische Nachbildung die aktuellen Hypothesen über die Mechanismen von Eismond-Plumes im Modellversuch überprüfen.

Das schwedische Team B2D2 (Bistable Boom Dynamic Deployment) des Royal Institute of Technology möchte mit seinem Experiment zeigen, dass qualitativ hochwertige Messungen des Erdmagnetfeldes von einer CubeSat-Plattform aus möglich sind, wobei ein selbstausfahrender Ausleger mit zwei Magnetometern verwendet wird. Dafür wird eine Free Falling Unit (FFU) von der REXUS-Rakete abgeworfen. Die Demonstration des Einsatzes des Auslegers soll dazu beitragen, ihn für weitere Forschungen und künftige Weltraummissionen zu qualifizieren.

Team ASTER (Attitude Stabilized Free Falling Experiment) der Luleå University of Technology in Schweden zielt darauf ab, ein leistungsfähiges, kostengünstiges und einfach zu integrierendes Lageregelungssystem für frei fallende Experimente zu entwickeln, die von Höhenforschungsraketen abgeworfen werden. Drei elektrisch angetriebene Reaktionsräder sollen dabei die frei fallende Einheit in drei Achsen in einer Umgebung mit reduzierter Schwerkraft stabilisieren und ausrichten.

REXUS und BEXUS: ein Programm für den wissenschaftlichen Nachwuchs
Das deutsch-schwedische Programm REXUS/BEXUS (Raketen- /Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) ermöglicht Studierenden, eigene praktische Erfahrungen bei der Vorbereitung und Durchführung von Raumfahrtprojekten zu gewinnen. Der nächste Aufruf für Experiment-Vorschläge wird voraussichtlich Mitte 2023 veröffentlicht. Jeweils die Hälfte der Raketen- und Ballon-Nutzlasten stehen Studierenden deutscher Universitäten und Hochschulen zur Verfügung. Die schwedische Raumfahrtagentur SNSA hat den schwedischen Anteil für Studierende der übrigen Mitgliedsstaaten der Europäischen Weltraumorganisation ESA geöffnet.

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: Freie Universität Berlin 15. September 2022.

15. September 2022 – Einige der Eismonde im äußeren Sonnensystem beherbergen potenziell bewohnbare Ozeane, wie zum Beispiel der Jupitermond Europa oder der Saturnmond Enceladus. Massenspektren, die von Raumsonden in der Umgebung dieser Monde aufgenommen werden, erlauben Rückschlüsse auf die Zusammensetzungen der Ozeane. Eine detaillierte Auswertung dieser Daten erfordert Kalibrationsexperimente in einem Labor der Freien Universität Berlin. Dort wurden bisher tausende Massenspektren aufgenommen, die zunehmend schwierig mit den Weltraumdaten zu vergleichen sind. Um dieses Problem zu lösen, wurde innerhalb der Arbeitsgruppe Planetologie und Fernerkundung eine umfangreiche Datenbank entwickelt.

Die Datenbank beinhaltet alle Laborspektren und erlaubt es, die gespeicherten Daten nach einer Vielzahl von Parametern zu filtern. Dies erleichtert und verbessert die Auswertung von Massenspektren aus dem Weltall erheblich, wie z.B. jene, die vom SUrface Dust Analyzer aufgenommen werden, der sich an Bord von NASA’s bevorstehender Europa Clipper mission befindet.

Ein freigegebener Teil der Daten ist öffentlich zugänglich unter LILBID spectral reference library. Die Studie von Klenner et al. wurde kürzlich in Earth and Space Science veröffentlicht.

Veröffentlichung
Fabian Klenner, Muhammad Umair, Sebastian H. G. Walter, Nozair Khawaja, Jon Hillier, Lenz Nölle, Zenghui Zou, Maryse Napoleoni, Arnaud Sanderink, Wilhelm Zuschneid, Bernd Abel, Frank Postberg: Developing a Laser Induced Liquid Beam Ion Desorption Spectral Database as Reference for Spaceborne Mass Spectrometers, doi.org/10.1029/2022EA002313,
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022EA002313,
pdf: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/2022EA002313.

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• Europa Clipper (EC) zum Jupitermond Europa

Der Beitrag Neue Datenbank zur Entschlüsselung der Zusammensetzung von Ozeanwelten entwickelt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: MPS.

Während eines Vorbeiflugs der NASA-Raumsonde Galileo am Jupitermond Europa vor zwanzig Jahren hat der Trabant möglicherweise eine Wasserfontäne ins All gespuckt. Eine Gruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, zu denen auch Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen zählen, haben jetzt neue Hinweise auf dieses Schauspiel gefunden. Am Computer versuchten sie, die damaligen Messdaten des Teilchendetektors, der am MPS und in den USA entwickelt und gebaut wurde, zu reproduzieren. Das gelang nur unter der Annahme, dass eine Wasserfontäne im Spiel war. Mit ihrer Kruste aus gefrorenem Wasser und ihrem unterirdischen Ozean weist Europa Umweltbedingungen auf, die einfaches Leben zulassen könnten. Wasserfontänen böten zukünftigen Jupitermissionen die Möglichkeit, das Wasser des Mondes direkt zu untersuchen.

Innerer Schalenaufbau mit Eisenkern, dünne sauerstoffreiche Atmosphäre, induziertes Magnetfeld – der Jupitermond Europa gleicht eher einem Planeten denn einem primitiven Mond. Eine weitere Besonderheit: Unter der bis zu 18 Kilometern dicken äußeren Kruste aus gefrorenem Wasser verbirgt sich ein unterirdischer, flüssiger Ozean. Mit den neuesten Rechnungen der Forscherinnen und Forscher unter Leitung der europäischen Weltraumagentur (ESA) und des MPS mehren sich nun die Hinweise, dass der viertgrößte der knapp 80 Jupitermonde dieses Wasser zumindest gelegentlich in kryovulkanischen Ausbrüchen ins All abgibt. Ein solches Verhalten ist etwa vom Saturnmond Enceladus bekannt, von dessen Wasserfontänen die NASA-Raumsonde Cassini spektakuläre Aufnahmen einfing.

Vergleichbar überzeugende Beweise dafür, dass auch Europa zu den kryovulkanischen Körpern im Sonnensystem zählt, gibt es bisher nicht. „Verschiedene Theorien, Modellrechnungen und sporadische Beobachtungen legen jedoch nahe, dass auch Europa unterirdisches Wasser ins All schießt“, so Dr. Elias Roussos vom MPS. Hinweise auf eine konkrete Eruption fanden Forscher aus Europa und den USA unabhängig von einander in den vergangenen Jahren. Einige dieser Gruppen werteten Daten des Magnetometers an Bord der NASA-Raumsonde Galileo aus, die ab 1995 acht Jahre lang das Jupitersystem erkundete. Bei einem Vorbeiflug an Europa im Jahre 2000 zeigten die Messdaten Abweichungen im Jupiter-Magnetfeld in der Nähe des Mondes. Diese könnten auf eine Wasserfontäne zurückzuführen sein, die sich während des Vorbeifluges ereignete.

Zusammen mit seinen Kollegen nahm sich ESA-Wissenschaftler Dr. Hans Huybrighs die Messdaten des Vorbeifluges erneut vor – dieses Mal allerdings die des Teilchendetektors EPD (Energetic Particles Detector). Das Instrument wurde am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins Universität (USA) und am MPS entwickelt und gebaut. EPD zeichnete unter anderem die Verteilung hochenergetischer Protonen auf, die im Jupiter-Magnetfeld gefangen sind.

„Das Magnetfeld des Jupiters ist bis zu zwanzigmal so stark wie das der Erde und reicht mehrere Millionen Kilometer ins All hinaus“, beschreibt MPS-Forscher Dr. Norbert Krupp die Bedingungen im Jupitersystem. Der Jupitermond Europa zieht seine Bahnen innerhalb dieses gewaltigen magnetischen Schutzschildes. Beim Vorbeiflug an Europa im Jahre 2000 verzeichnete EPD deutlich weniger Protonen in der Nähe des Mondes als erwartet. Bisher hatten Forscherinnen und Forscher angenommen, dass der Mond selbst die Sicht des Detektors verstellt hatte.

Die aktuellen Ergebnisse deuten jedoch auf eine weitere Ursache hin. In aufwändigen Computersimulationen modellierten die Forscherinnen und Forscher unter Leitung der ESA und des MPS die Bewegungen der hochenergetischen Protonen während des Vorbeifluges und versuchten so, die Messdaten von EPD zu reproduzieren. Dies gelang jedoch nur unter der Annahme, dass eine Wasserfontäne die Umgebung von Europa beeinflusst hatte. Wenn hochenergetische Protonen auf ungeladene Teilchen aus der Atmosphäre des Mondes oder einer Wasserfontäne treffen, nehmen sie Elektronen von diesen auf und werden so selbst zu ungeladenen Teilchen. „Dadurch sind sie nicht länger im Magnetfeld des Jupiters gefangen und können das System mit hoher Geschwindigkeit verlassen“, erklärt Erstautor Dr. Hans Huybrighs von der ESA.

Für künftige Jupitermissionen böten Europas Wasserfontänen die Möglichkeit, in direkten Kontakt mit dem unterirdischen Wasserreservoir des Mondes zu treten und dieses zu charakterisieren. 2022 startet die ESA-Mission JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) auf ihre Reise zum Jupitersystem. Das MPS stellt für die Mission das Instrument SWI (Submillimeter Wave Instrument) sowie das Jupiter Elektronen- und Ionen-Spektrometer JEI, einen von insgesamt sechs Sensoren von PEP (Particle Environment Package), zur Verfügung. Weiterhin bereitet die NASA die Mission Europa-Clipper vor, die 2023 zum Jupitersystem starten soll. Auch an dieser Mission ist das MPS wissenschaftlich beteiligt.

Originalveröffentlichung

H.L.F. Huybrighs, E. Roussos et al.: An active plume eruption on Europa during Galileo flyby E26 as indivcated by energetic proton depletions, Geophysical Research Lettres,
version of record published online on12 May, 2020. Source DOI

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• Jupitermond Europa

Der Beitrag Jupitermond Europa: Neue Hinweise auf Wasserfontänen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Oliver Karger. Quelle: NASA, JPL.

Knapp 20 Jahre befindet sich die planetare Erkundungssonde Cassini im All. Die bereits 2010 begonnene siebenjährige Erweiterungsmission brachte vor allem weitere Beobachtungen der Jahreszeitenwechsel von Saturn und dessen Mond Titan. Innerhalb dieser Missionsphase sollte der gesamte Resttreibstoff verbraucht werden, um das Saturnsystem möglichst lange erkunden zu können und die Mission schließlich in Saturns Atmosphäre zu beenden. Im April 2017 wurde Cassini mit einem letzten Orbitmanöver auf Kollisionskurs mit dem zweitgrößten Planeten des Sonnensystems gebracht. In den folgenden fünf Monaten tauchte die Sonde insgesamt 22 Mal unmittelbar zwischen den Ringen und den oberen Atmosphärenschichten hindurch, kam dabei dem Planeten so nah wie nie zuvor und schickte beeindruckende Bilder zur Erde.

Am 15. September 2017 schließlich wird sich Cassini ein letztes Mal dem großen Ringplaneten nähern, in dessen Atmosphäre eintauchen und so lange wissenschaftliche Daten senden, wie es die kleinen Lageregelungstriebwerke schaffen, die Hauptantenne in Richtung Erde auszurichten. Kurz darauf wird Cassini wie ein Meteor verglühen.

Bis zum Ende ist die Cassini-Mission eine spannende und aufregende Entdeckungsreise. Gestartet am 15. Oktober 1997 vom Cape Canaveral, USA an Bord einer Titan IV-B, befindet sich Cassini seit dem 30. Juni 2004 im Orbit um Saturn. Die vier Jahre dauernde Primärmission wurde zweimal verlängert, da sich die Sonde in guten Zustand befand und ausreichend Treibstoffreserven für eine Fortführung vorhanden waren. Zwei Highlights der Mission sind die Entdeckungen eines globalen Ozeans unter dem Eismantel des Mondes Enceladus, welcher auf hydrothermale Aktivitäten schließen lässt, und flüssige Methanseen auf Saturns größtem Mond Titan.

Das große Finale

Im April 2017 begann das letzte, aufregende Kapitel in der 20 Jahre währenden Entdeckungsgeschichte – das große Finale.

Jede Woche tauchte Cassini in die etwa 2000 km breite Lücke zwischen den oberen Atmosphärenschichten und des Ringsystems und erstellte beeindruckende Fotos. Mit dem letzten nahen Flyby am Titan wurde das Gravitationsfeld des Mondes genutzt, um Cassinis Flugbahn unter die Ringe abzusenken. Der minimale Abstand variierte dabei zwischen 1600 bis 4000 km, beeinflusst durch weitere, jedoch entferntere Vorbeiflüge an Titan. Dabei streifte Cassini mal den inneren Rand der Ringe, dann den oberen Rand der Atmosphäre. Während der letzten fünf Orbits flog die Sonde bereits durch die oberste Atmosphärenschicht, bevor sie dort am Freitag nun letztmalig eintauchen wird. Obwohl das Operationsteams zuversichtlich ist, alle Risiken verstanden zu haben, können dennoch Überraschungen passieren. Es ist die Art von kühnem Abenteuer, das höchstens am Ende einer Mission unternommen wird, ähnlich zu Rosettas Landung auf dem Kometen 67P/Tschurjumov-Gerasimenko Ende September 2016.

Einzigartige Wissenschaft bis zum Ende

Während Cassini in den Saturn stürzt, wird das Raumfahrzeug wertvolle Informationen sammeln, die bisher nicht aufgenommen werden konnten, da das Risiko eines Komplettverlusts der Mission zu hoch gewesen wäre. So soll eine detaillierte Karte des Gravitations- und Magnetfelds erstellt werden, um die interne Zusammensetzung des Planeten besser zu verstehen. Möglicherweise helfen die Daten zu klären, wieso die Eigenrotation des Saturn so hoch ist. Weiterhin soll die Menge des Materials in den Ringen bestimmt werden, um deren Ursprung besser verstehen zu können. Eisteilchen aus den Ringen, die durch Saturns Magnetfeld in die Atmosphäre strömen, werden mit Cassinis Teilchendetektoren gemessen.

Die letzten Bilder, welche von Saturns Ringen und den Wolken in der Atmosphäre angefertigt werden, sollen bereits einige Stunden vor dem finalen Sturz zur Erde gesendet werden. Während des Flugs in die Atmosphäre wird unter anderem Cassinis Massenspektrometer kontinuierlich die Zusammensetzung der Gashülle messen und zur Erde senden, bis der Kontakt abbricht.

Warum die Mission endet

Die Cassini-Sonde befindet sich knapp 20 Jahre im All, sieben Jahre auf dem Weg von der Erde zum Saturn, dann schließlich knapp 13 Jahre im Saturnsystem. Der nötige Treibstoff, um Kursanpassungen und die Lageausrichtung vorzunehmen, ist inzwischen fast komplett aufgebraucht. Würde die Mission fortgesetzt werden, kann die Flugbahn der Sonde ohne Treibstoff nicht mehr beeinflusst werden, und damit zu einer Bedrohung für zwei wissenschaftlich äußerst interessante Monde, Enceladus und Titan, werden. Cassinis Beobachtungen selber lieferten Belege, dass dort potentiell habitable oder wenigstens präbiotische Umweltbedingungen vorhanden sein könnten.

Um den zwar unwahrscheinlichen, aber nicht auszuschließenden Fall, dass Cassini eines Tages auf einen dieser Monde stürzt und diesen kontaminiert zu vermeiden, hat sich die NASA entschlossen, den Satelliten in der Saturnatmosphäre verglühen zu lassen. Damit wird sichergestellt, dass zukünftige Mission unberührtes Terrain erforschen können.

Auch wenn es schade ist, dass diese Mission zu Ende geht, Cassinis finaler Sturz in den Saturn wird ein spektakulärer Abschluss einer wissenschaftlich sehr erfolgreichen Mission im Sonnensystem sein. Die enorme Datenmenge vom Planeten Saturn selber, seiner Magnetosphäre, Ringen und Monden wird sicherlich noch weitere tolle Entdeckungen für die nächsten Jahre, wenn nicht sogar Jahrzehnten bereithalten.

Die NASA wird verschiedene Livestreams anbieten, welche hier zu finden sind.

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Cassini Thread (Einträge seit dem 13. September 2017)

Weiterlesen auf Raumfahrer Net:
Besonderes Manöver zum Abschluss der Cassini-Mission (29. April 2017)

Der Beitrag Goodbye Cassini – das große Finale erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Peter Schramm. Quelle: NASA.

Das Manöver diente einem doppelten Zweck: Zum einen die letzten Daten der Mission aus großer Nähe aufzunehmen, zum anderen die Sonde in den Orbit für die Passage zwischen den Ringen und dem Planeten zu bringen.

Damit wurde ein Forschungsprogramm beendet, das den Wissenschaftlern durch nahe Vorbeiflüge an Titan detaillierte Informationen über Titans Seen und Meere, seinen interessant geformten Sanddünen und die herrschenden Wetterbedingungen gebracht hatte. Cassini flog am letzten Samstag, den 22. April 2017 um 8 Uhr morgens MESZ nur knapp 1.000 Kilometer am Mond vorbei. Dieser letzte Vorbeiflug bringt den beteiligten Wissenschaftlern noch einmal detaillierte Erkenntnisse aus nächster Nähe.

Insbesondere die Interaktion zwischen Titans Ionosphäre und Saturns Magnetfeld ist für die Wissenschaftler von Interesse. Es werden voraussichtlich die letzten Daten für die nächsten zehn oder mehr Jahre sein. Es ist derzeit keine weitere Saturn Sonde von der NASA geplant, obwohl es erste Überlegungen für eine spezielle Mission zur Erforschung von möglichem Leben auf den Saturnmonden Titan und Enceladus gibt.

Als Cassini am 1. Juli 2004 in einem Orbit um Saturn ankam, wussten wir nur wenig über seinen Mond Titan. Seine Oberfläche war unter einer orangefarbenen Atmosphäre versteckt, die reich an Stickstoff ist. Die Voyager Sonden konnten bei ihren Vorbeiflügen 1980 und 1981 nicht durch die dichte Atmosphäre des Titan blicken.

Mehr als eine Dekade an Titan-Forschung liegt inzwischen hinter uns. Das mit Plutonium als Energielieferant ausgestattete Raumfahrzeug hat 127 Vorbeiflüge an Titan absolviert und ihn dabei detailliert untersucht. Mit Radarstrahlen, die durch die Atmosphäre dringen konnten, wurden Seen, Meere und Flüsse von Methan entdeckt. Es entstand eine topografische Karte von ca. einem Viertel der Titan-Oberfläche mit Bergen, Kratern und Sanddünen ähnlich denen auf der Erde. Es waren auch Fluss-Systeme und durch Regengüsse gefüllte Mulden und Vertiefungen zu sehen.

Titans Oberflächentemperatur liegt bei – 180° Celsius, ist also viel zu kalt für flüssiges Wasser. Unter seiner Oberfläche wurde aber ein Ozean aus flüssigem Salzwasser und Ammonium gefunden. Titan ist der einzige Mond im Sonnensystem mit einer dichten Atmosphäre, seine Größe entspricht in etwa der des Planeten Merkur.

Er befindet sich zu Saturn in einer gebunden Rotation, wendet ihm also stets dieselbe Seite zu. Ein Tag auf Titan dauert ca. 16 Erdtage, das entspricht der Dauer des Umlaufes um den Saturn. Die Jahreszeiten wechseln im Laufe des Saturnjahres, d.h. in 29 Erdjahren – einem Umlauf des Saturn um die Sonne – ändern sich die jahreszeitlichen Lichtverhältnisse auf dem Saturnmond.

Die Radarstrahlen des in Italien entwickelten Ku-Band-Radars lieferten bei der letzten Passage Daten aus der Nordpolregion, die die Titan-Karte um ein gutes Stück vergrößerten. Die Wissenschaftler werteten die gewonnenen Daten aus und entdeckten dabei auch eine Region im Ligeia Mare, eines von Titans Kohlenwasserstoff-Meeren, die sie „magic island“ nannten. Die Wissenschaftler nehmen an, dass diese Erscheinungen höchstwahrscheinlich durch Wind und Wellen verursacht werden.

Cassini hat inzwischen seine Parabol-Antenne in Flugrichtung ausgerichtet. Der Durchflug soll in einem Bereich zwischen der Saturn Oberfläche und etwa 300 km vor Beginn des sichtbaren Bereiches des D-Rings erfolgen. In diesem Ausschnitt zeigt die Kamera also keine Partikel mehr und es wird davon ausgegangen, dass sich dort auch nur noch mikrometergroße Teilchen aufhalten können. Man möchte aber kein Risiko eingehen und verwendet die Antenne gewissermaßen als Schutzschild, um die empfindlichen Computer und Instrumente im Inneren der Sonde zu schützen, während sie mit 122.000 km/h durch diesen Bereich fliegt. Schon ein kleines Teilchen kann bei dieser hohen Geschwindigkeit beträchtlichen Schaden anrichten.

Die Wissenschaftler verwenden ihre besten Rechenmodelle der Saturnringe, um den Kurs der Sonde zu bestimmen, vor allem in dem anvisierten Bereich. Die Abstiegsbahn wurde zudem so ausgelegt, dass die Sonde, auch wenn durch einen Schaden kein weiterer Kontakt mehr möglich sein sollte, nach 22 Umrundungen kontrolliert in den Saturn stürzt. Dies erfolgt am 15. September 2017. Diese Maßnahme dient vor allem dazu, dass die Cassini Sonde nicht nach Missionsende auf einen der Monde stürzt auf dem mikroskopisches Leben vermutet wird. Trotz sorgfältiger hygienischer Arbeiten auf der Erde soll eine Kontamination mit irdischen Mikroben in jedem Falle ausgeschlossen werden.

Das Cassini Projekt, angedacht in den 1980ern, hat etwa 3,3 Mrd $ insgesamt gekostet. Cassini wurde im Oktober 1997 von Cape Canaveral auf einer Titan IV gestartet. Nach einem Flyby an Venus und Jupiter erreichte die Sonde im Juli 2004 Saturn. Es war das erste Raumfahrzeug, das in einen Orbit um Saturn einschwenkte.

Der Orbiter setzte die ESA-Sonde Huygens über Titan ab, die auf seiner Oberfläche landete und wertvolle Daten aus der Atmosphäre und vom Boden lieferte. Cassini hat Saturn seither 260 Mal umrundet und viele Bilder von seiner Atmosphäre und dem mystischen hexagonalen Strudel am Pol geliefert. Außerdem wurden 49 der 62 bisher bekannten Monde auf langen und kurzen Vorbeiflügen beobachtet und fotografiert. Cassini wurde ursprünglich für eine Missionsdauer von vier Jahren konstruiert, aber die Mission wurde von der NASA auf Grund der vielen neuen Erkenntnisse verlängert.

Die nahen Vorbeiflüge an den Saturnringen sollen vor allem für eine genaue Messung ihrer Masse benutzt werden. Besitzen sie mehr Masse als erwartet, sind sie vielleicht schon sehr alt, vielleicht sogar so alt wie Saturn selbst und haben auf Grund ihrer Masse sogar das Mikrometeoriten-Bombardement überlebt. Sind die Ringe weniger massiv als gedacht, sind sie möglicherweise viel jünger und haben sich vor weniger als 100 Millionen Jahren durch den Zerfall eines kleinen Mondes erst gebildet. Außerdem wird die Saturnatmosphäre intensiv untersucht und die innere Struktur des Planeten durch eingehendes Studium des Gravitationsfeldes abgeleitet.

Am Donnerstag den 27. April 2017 um 9.00 Uhr MESZ meldete sich Cassini wohlbehalten nach der ersten Passage zwischen den Ringen zurück. Auch für die nächsten vier Durchgänge, wird Cassini jeweils wieder seine Antenne zum Schutz in Flugrichtung bringen. Die Sonde war programmiert während des Durchflugs Aufnahmen von den Ringen zu machen und lieferte auch ein hochauflösendes Bild im nahen Infrarot von Saturns sechsseitigem Wolkenmuster am Nordpol in der bisher besten verfügbaren Auflösung.

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• CASSINI (mit Huygens) auf Titan IV-B vom LC-40 CC
• CASSINI (mit Huygens) auf Titan IV-B vom LC-40 CC (Grand Finale)

Der Beitrag Besonderes Manöver zum Abschluss der Cassini-Mission erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Star-Light.

Der Saturn ist der sechste Planet im Sonnensystem von der Sonne aus gesehen. Er gehört zu den äußeren Planeten, jenseits des Asteroidengürtels und ist ein Gasplanet. Saturn hat ein ausgeprägtes Ringsystem aus neun Ringen, dass schon Galilei 1610 mit seinem Teleskop entdeckte.

Den Planeten selbst kann man noch mit bloßem Auge beobachten, er ist nach Jupiter der zweitgrößte Planet im Sonnensystem und der äußerste Planet, der sich noch ohne eine Teleskop beobachten lässt.

Saturn verfügt über 62 Monde von denen viele kleiner als 10 km sind. Als Gasplanet hat Saturn keine feste Oberfläche aber einen Gesteinskern, ähnlich der Erde aber mit mindestens dem 10-fachen Durchmesser.

Zu den weiteren Besonderheiten des Saturn gehört, dass er etwa die doppelte Menge Energie abgibt wie er von der Sonne erhält. Außerdem verfügt er über ein starkes Magnetfeld. Seine Atmosphäre hat Ähnlichkeit mit der des Jupiter, man kann ebenfalls Wolkenbänder beobachten, die aber nicht so stark ausgeprägt sind.

Die wohl interessantesten Monde des Saturn sind der Titan, mit einer nennenswerten Atmosphäre und Enceladus bei dem unter der gefrorenen Oberfläche ein Wasserozean vermutet wird und der aus Geysiren Fontänen aus Wassereis ausstößt. Insgesamt bietet das gesamte System noch viel Potential für Entdeckungen.

Zahlen Daten und Fakten zum Saturn hat die NASA in englischer Sprache im „Saturn Fact Sheet“ zusammengestellt.

Der Beitrag Lexikon: Planet Saturn erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, der europäischen Weltraumagentur ESA und der italienischen Weltraumagentur ASI. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology (Caltech), leitet die Mission im Auftrag des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC. Nach dem derzeitigen Planungsstand soll Cassini den Saturn noch bis zum Jahr 2017 erkunden und am 15. September 2017 aufgrund des dann nahezu komplett aufgebrauchten Treibstoffvorrates kontrolliert in der Atmosphäre des Ringplaneten zum Absturz gebracht werden (Raumfahrer.net berichtete).

Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• Enceladus – Die Quelle für das Wasser des Saturn? (10. September 2014)
• Saturnmond Enceladus: 101 aktive Geysire (1. August 2014)
• Neuer Atlas des Saturnmondes Enceladus in Arbeit (25. September 2012)
• Cassini: Sonnenkonjunktion und Enceladus-Vorbeiflug (13. Oktober 2011)
• Schneefall auf dem Saturnmond Enceladus (9. Oktober 2011)
• Cassini untersucht erneut den Mond Enceladus (29. September 2011)
• Enceladus: Salzwasserreservoir anscheinend bestätigt (26. Juni 2011)
• Wärmekraftwerk Enceladus (18. März 2011)
• Raumsonde Cassini passiert Saturnmond Enceladus (16. Mai 2010)

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Verwandte Seiten bei Raumfahrer.net:

• Cassini-Huygens Sonderseite
• Cassini-Huygens Newsarchiv

Fachartikel von Hsiang-Wen Hsu et al.:

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

Fachartikel von Alexis Bouquet et al.:

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

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

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

Bereits seit mehr als zehn Jahren befindet sich die Raumsonde Cassini in einer Umlaufbahn um den zweitgrößten Planeten unseres Sonnensystems – den Saturn. Die von Cassini mitgeführten 12 wissenschaftlichen Instrumente liefern seitdem regelmäßig Daten und hochaufgelöste Bilder von der Planetenatmosphäre, dem Ringsystem und den vielfältigen Monden des Saturn, welche sowohl die interessierte Öffentlichkeit als auch die Fachwelt begeistern. Die Ziele der Cassini-Mission sind vielschichtig und oftmals miteinander verknüpft. Neben der Erforschung des Saturn und seines größten Mondes, dem etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, werden auch das Ringsystem des Planeten, dessen Magnetosphäre und die weiteren 61 derzeit bekannten Saturnmonde regelmäßig von den verschiedenen Instrumenten abgebildet und analysiert.
Eines dieser Untersuchungsobjekte ist der Mond Enceladus. Im Rahmen eines nahen Vorbeifluges an diesem Mond konnten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler am 14. Juli 2005 die Existenz einer extrem dünnen Atmosphäre um diesen Himmelskörper nachweisen. Mit einem mittleren Durchmesser von lediglich 504 Kilometern verfügt der sechstgrößte Mond des Saturn aber über eine viel zu geringe Masse, um diese Gaspartikel über einen längeren Zeitraum in seinem Gravitationsfeld festzuhalten. Die Gashülle müsste eigentlich bereits nach einer relativ kurzen Zeit in den Weltraum entweichen.

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

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

Nicht gesichert war dagegen bisher die Ursache für diesen Kryovulkanismus. Manche Wissenschaftler stellten eine Verbindung zwischen den Geysiren und der gravitativ bedingten Gezeitenkraft her, welche der massereiche Saturn auf den in einer Entfernung von im Mittel lediglich etwa 238.000 Kilometer entfernt umlaufenden Mond ausübt. Laut dieser Theorie wird das Innere von Enceladus regelrecht ‚durchgeknetet‘, wobei die dabei auftretenden Reibungen eine Erwärmung verursachen, was letztendlich das Schmelzen von Eis und die Freigabe von Wasserdampf zur Folge hat.

Andere Theorien besagen, dass sich im Bereich der Tigerstreifen durch die Gezeitenwirkungen Öffnungen bilden, durch welche dann Wasser aus tieferen Regionen an die Oberfläche gelangen kann. Als Quelle für dieses Wasserreservoir dient dabei ein Salzwasserozean, welcher sich unter der Oberfläche von Enceladus befindet.

101 aktive Geysire
Ein von Dr. Carolyn C. Porco vom Space Science Institute in Boulder/Colorado – der für den Betrieb des ISS-Kameraexperiments an Bord von Cassini verantwortlichen Wissenschaftlerin – geleitetes Team hat jetzt die Daten ausgewertet, welche die Raumsonde in einem Zeitraum von über 6,5 Jahren von der Südpolregion des Mondes gesammelt hat. Im Rahmen dieser Arbeit konnte zunächst eine Karte erstellt werden, auf der die Ausgangsregionen von 101 individuellen Geysiren eingezeichnet sind. All diese aktiven Geysire, so die Planetenforscher, haben ihren Ursprung demzufolge direkt in einem der vier mit den Namen Damascus, Baghdad, Cairo und Alexandria Sulcus belegten Tigerstreifen.

Aus der Studie geht zudem hervor, dass sehr wahrscheinlich tatsächlich Wasser aus dem Inneren des Mondes bis an die Oberfläche aufsteigt und dort in Form von Wasserdampf und Eispartikeln in das umgebende Weltall entweicht. Der hierfür entscheidende Hinweis stammt von verschiedenen Spektrometern der Raumsonde Cassini, mit denen im Jahr 2010 die Oberflächentemperatur im Bereich des Südpols von Enceladus ermittelt wurde.

Bei der Auswertung dieser Daten stellte sich heraus, dass die kartierten Geysire durchweg von Bereichen ausgehen, an denen leicht erhöhte Umgebungstemperaturen herrschen. Die höchste Geysir-Aktivität ist dabei in den Regionen zu beobachten, wo auch die höchsten Oberflächentemperaturen zu messen sind. Diese „Hot Spots“ verfügen allerdings lediglich über Durchmesser von maximal wenigen Dutzend Metern. Derartig eng begrenzte Bereiche lassen sich jedoch nicht durch eine von Gezeitenkräften verursachte Reibung erklären. Vielmehr ist davon auszugehen, dass sich der Ursprung der Geysire in größeren Tiefen befinden muss.

„Nachdem wir diese Ergebnisse in unseren Händen hielten, wurde uns klar, dass die Wärme nicht etwa die Geysire verursacht, sondern das vielmehr genau das Gegenteil der Fall ist“, so Carolyn Porco. „Dies verriet uns auch, dass die Geysire kein Oberflächenphänomen darstellen, sondern dass sie eine viel tiefer liegende Quelle haben müssen.“

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

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

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

Diese Spalten werden von dem Wasser aufgefüllt, welches auf diese Weise bis zur Oberfläche des Mondes vordringen kann. Aufgrund des Vakuums, welches auf der Oberfläche von Enceladus herrscht, verwandelt sich dieses in eine Mischung aus Wasserdampf und feinsten Tröpfchen aus Salzwasser, welche letztendlich zu Eiskristallen erstarren. Ein Teil des Wasserdampfes ‚kondensiert‘ zudem an den Öffnungen der Geysire und gibt dabei Wärmeenergie ab, was zur Bildung der beobachteten ‚Hot Spots‘ führt. Die Partikel, die es schaffen, das Gravitationsfeld des Enceladus zu verlassen, bilden dagegen die primäre Quelle für den E-Ring des Saturn.

Variierende Geysir-Aktivität ist abhängig von der Entfernung zum Saturn
Im Rahmen ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler auch die Veränderungen in der Menge der von den Geysiren freigegebenen Partikel. Dabei zeigte sich, dass diese von der Entfernung abhängig ist, in der sich Enceladus zum Saturn befindet. Enceladus umkreist den Saturn auf einer nur leicht elliptischen Umlaufbahn, welche in einer Entfernung zwischen 236.830 und 239.066 Kilometern zu dem Planeten verläuft. Für eine vollständige Umrundung wird dabei eine Zeitspanne von knapp 33 Stunden benötigt.

Die höchste Freisetzungsrate wurde immer dann beobachtet, wenn Enceladus den Punkt der größten Entfernung zum Saturn überschritten hatte. Dies deutet darauf hin, dass die vom Saturn ausgehenden Gezeitenkräfte die ‚Ausdehnung‘ der Spalten beeinflussen, durch welche das Wasser an die Oberfläche gelangt.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse wurden kürzlich im Rahmen von zwei Fachartikeln von Carolyn Porco et al. und Francis Nimmo et al. in der Zeitschrift „The Astronomical Journal“ 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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Verwandte Seiten bei Raumfahrer.net:

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Fachartikel von Carolyn Porco et al.:

• How the Geysers, Tidal Stresses, and Thermal Emission across the South Polar Terrain of Enceladus are Related (Abstract, engl.)

Fachartikel von Francis Nimmo et al.:

• Tidally modulated Eruptions on Enceladus: Cassini ISS Observations and Models (Abstract, engl.)

Der Beitrag Saturnmond Enceladus: 101 aktive Geysire erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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.

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• Die Raumsonde Cassini und der Saturnorbit Nummer 204 (24. März 2014)
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• Raumsonde Cassini: Der Saturnumlauf Nummer 202 beginnt (18. Januar 2014)
• Raumsonde Cassini beginnt den Saturnumlauf Nummer 201 (17. Dezember 2013)
• Neue Aufnahmen vom Nordpol-Hexagon des Saturn (7. Dezember 2013)
• Cassini: Ein beeindruckender Blick auf den Saturn (12. November 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: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.

Am 19. Juni 2013 wird die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 7.34 Uhr MESZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 1,34 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 194. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini eine Inklination von 59,4 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 12 Tage andauernden Umlaufs – dieser trägt die Bezeichnung „Rev 193“ – insgesamt 37 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Die meisten dieser Kampagnen werden sich erneut auf die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn konzentrieren.

Die ersten Beobachtungen sollen bereits wenige Stunden nach dem Beginn des neuen Orbits erfolgen, wobei die ISS-Kamera den Saturn abbilden wird. 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 den Atmosphären des Saturn lassen sich zum Beispiel Aussagen über die dort gegenwärtig vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen. Eine vergleichbare Beobachtung wird anschließend den Titan, den größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, zum Ziel haben.

Im Anschluss an diese Beobachtungskampagnen sollen mehrere der kleineren inneren Saturnmonde 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 besteht darin, die derzeit verfügbaren Daten über deren Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren.

Am 21. Juni wird die ISS-Kamera zusammen mit einem weiteren Instrument der Raumsonde, dem Visual and Infrared Mapping Spectrometer (kurz „VIMS“), eine Sternokkultation dokumentieren. Hierbei wird der halbregelmäßig veränderliche Stern My Cephei von Teilen den Ringsystems bedeckt. Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in der Lichtkurve von My Cephei erhoffen sich die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau, die Materialdichte und die Struktur der Ringbereiche, welche den Stern bei dieser Okkultation bedecken.

Für den 22. Juni sind zunächst diverse Abbildungen des äußeren Bereich des A-Ringes vorgesehen, wobei unter anderem zum wiederholten Mal sogenannte „Propellerstrukturen“ dokumentiert werden sollen. 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 (Raumfahrer.net berichtete). Durch die anzufertigenden Aufnahmen sollen die bisher bekannten Bahnparameter dieser Moonlets noch weiter verfeinert werden.

Im Anschluss an diese Beobachtung wird die Kamera erneut den Titan abbilden, welcher dabei nur teilweise von der Sonne beleuchtet sein wird. Die aus einer Distanz von etwa 1,94 Millionen Kilometern angefertigten Aufnahmen sollen genutzt werden, um die Dunstschichten im Bereich von dessen äußeren Atmosphäre zu studieren. Später wird sich die ISS-Kamera dann auf den Saturn richten und in Zusammenarbeit mit dem VIMS-Spektrometer dessen südliche Hemisphäre abbilden und nach dort befindlichen Polarlichtern Ausschau halten.

Am 25. Juni wird Cassini schließlich um 7.09 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 194 erreichen und den Planeten in einer Entfernung von 557.860 Kilometern passieren. Neben der Abbildung der beiden Monde Enceladus und Titan wird sich das Hauptaugenmerk der an der Mission beteiligten Wissenschaftler dabei in erster Linie auf die Nordpolregion des Saturn konzentrieren. Das primäre Ziel der geplanten Aufnahmen ist das direkt über dem Nordpol gelegene Nordpol-Hexagon.

Für den 27. und 28. Juni sind neben weiteren Saturnabbildungen diverse Untersuchungen der inneren Saturnmonde vorgesehen. Neben verschiedenen astrometrischen Beobachtungen soll dabei bei den Monden Dione und Mimas die Beschaffenheit der jeweiligen Oberflächen mit einem weiteren Instrument, dem Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), analysiert werden. Im Rahmen einer weiteren Beobachtungskampagne soll zudem der nur schwach ausgeprägte und schwer zu beobachtende D-Ring abgebildet werden.

Am 29. und 30. Juni wird sich die ISS-Kamera schließlich auf den kleinen, äußeren Saturnmond Ijiraq richten. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn und seinem Durchmesser von rund 12 Kilometern ist über diesen erst im Jahr 2000 entdeckten Mond bisher nur sehr wenig bekannt. Die ISS-Kamera soll Ijiraq über einen Zeitraum von mehreren Stunden aus einer Distanz von rund 8,5 Millionen Kilometern wiederholt abbilden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit vorherigen Beobachtungen sollen die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die sich daraus ergebende Rotationsperiode näher bestimmt werden.

Am 1. Juli 2013 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 6.39 MESZ in einer Entfernung von rund 1,4 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und damit auch diesen 194. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den dann beginnenden Orbit Nummer 195 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein gezielter Vorbeiflug an dem Titan, welcher am 10. Juli von der Raumsonde in einer Entfernung von lediglich 964 Kilometern passiert werden wird.

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 beginnt den 194. Saturn-Umlauf erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am heutigen Tag erreichte die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 8.29 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 1,34 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und begann damit zugleich ihren mittlerweile 193. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell verfügt Cassini auf ihrer Umlaufbahn um den Saturn immer noch über eine Inklination von 59,4 Grad.

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 12 Tage andauernden Umlaufs – dieser trägt die Bezeichnung „Rev 192“ – insgesamt 20 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Die meisten dieser Beobachtungen werden sich auf die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn konzentrieren.

Die erste ISS-Beobachtung wird dabei am 9. Juni den Saturn zum Ziel haben. In Zusammenarbeit mit einem der Spektrometer der Raumsonde, dem Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), soll die ISS-Kamera hierbei die Südpolregion des Saturn abbilden. Neben der Suche nach Polarlichtern dienen diese Beobachtungen dazu, die Rotationsperiode des Saturn-Magnetfeldes näher zu bestimmen. Am darauf folgenden Tag steht der größte der Saturnmonde, der 5.150 Kilometer durchmessende Mond Titan , auf dem Beobachtungsprogramm. Aus einer Distanz von etwa 1,4 Millionen Kilometern soll die Kamera eingesetzt werden, um die Dunstschichten im Bereich von dessen äußeren Atmosphärenschichten zu studieren.

Am 12. und am 14. Juni soll die ISS-Kamera im Rahmen von drei Beobachtungskampagnen den kleinen, äußeren Saturnmond Albiorix abbilden. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von rund 32 Kilometern und einer ungefähren Rotationsperiode von etwas über 13 Stunden ist über diesen erst im Jahr 2000 entdeckten Mond bisher nur sehr wenig bekannt. Die ISS-Kamera soll Albiorix über Zeiträume von jeweils mehreren Stunden aus einer Distanz von rund 22,9 Millionen Kilometern mehrfach abbilden. Anhand der Variationen in der sich aus diesen Beobachtungen ergebenden Lichtkurven und einem Abgleich mit vorherigen Messungen sollen trotz dieser großen Entfernung zwischen der Raumsonde und dem Mond dessen Helligkeitsvariationen und die sich daraus ergebende Rotationsperiode noch näher bestimmt werden. Des weiteren sollen die Daten genutzt werden, um die Orientierung der Rotationsachse von Albiorix zu ermitteln.

Zwischen den beiden Beobachtungskampagnen am 12. Juni steht außerdem erneut der Mond Enceladus auf dem Beobachtungsprogramm. Hierbei soll die ISS-Kamera dessen Südpolregion abbilden und die von dort ausgehenden Fontänen aus Wasserdampf und Eispartikeln dokumentieren. Anhand der Aufnahmen wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler untersuchen, ob während der letzten Monate eine Veränderung in der Aktivität der hierfür verantwortlichen Kryovulkane auftrat. Enceladus wird sich während dieser Beobachtungssequenz in einer Entfernung von rund 714.000 Kilometern zu der Raumsonde befinden.

Am 13. Juni wird Cassini schließlich um 7.58 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 193 erreichen und den Planeten in einer Entfernung von 557.700 Kilometern passieren. Wenige Stunden später wird sich die ISS-Kamera auf die Nordpolregion des Planeten richten. In Zusammenarbeit mit einem weiteren Instrument der Raumsonde, dem Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), soll die WAC-Kamera neben markanten Wolkenformationen speziell das direkt über dem Nordpol gelegene Nordpol-Hexagon abbilden. Die entsprechenden Beobachtungen werden bis zum 14. Juni andauern.

Für die folgenden Tage sind dann verschiedene Beobachtungssequenzen vorgesehen, in deren Rahmen die ISS-Kamera sowohl in der Saturn- als auch in der Titanatmosphäre nach markanten Wolkenformationen und kleineren Sturmgebieten Ausschau halten wird. Durch diese Beobachtungen lassen sich zum Beispiel Aussagen über die dort gegenwärtig vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen. Weitere Aufnahmen werden sich auf das Ringsystem des Saturn konzentrieren. Unter anderem sollen hierbei zum wiederholten Mal sogenannte „Propellerstrukturen“ im äußeren Bereich des A-Ringes dokumentiert werden.

Bei diesen entfernt an Flugzeugpropeller erinnernden, lediglich etwa 15 bis 25 Kilometer großen Strukturen handelt es sich um kleine „Hohlräume“ innerhalb des A-Ringes, welche durch die gravitativen Einflüsse von vermutlich lediglich wenige Dutzend Kilometer durchmessenden Mini-Monden – so genannten Moonlets – verursacht werden (Raumfahrer.net berichtete über den bei der Entstehung solcher „Propellerstrukturen“ zugrunde liegenden Prozess). Durch die anzufertigenden Aufnahmen sollen die bisher bekannten Bahnparameter dieser Moonlets noch weiter verfeinert werden.

Am 19. Juni 2013 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 7.34 MESZ in einer Entfernung von rund 1,34 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und damit auch diesen 193. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den dann beginnenden Orbit Nummer 194 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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