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

Bereits seit dem 1. Juli 2004 befindet sich die Raumsonde Cassini in einer elliptischen Umlaufbahn um den zweitgrößten Planeten unseres Sonnensystems und untersucht dabei die Atmosphäre, die 62 bisher bekannten Monde und das Ringsystem des Saturn mit 12 wissenschaftlichen Instrumenten. Durch gezielt herbeigeführte Veränderungen der Neigung der Cassini-Flugbahn gegen die Umlaufbahn des Saturn ergeben sich dabei für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment bei der Abbildung des Saturn und von dessen Monden und Ringen immer wieder unterschiedliche Perspektiven.

Während des derzeitigen Saturnumlaufs Nummer 199 verfügt die Flugbahn von Cassini über eine Inklination von 51,9 Grad. Dieser Verlauf der Umlaufbahn der Raumsonde um den Saturn ermöglicht den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern eine detaillierte Untersuchung der Polarregionen des Saturn. Zusätzlich kann dabei auch das Ringsystem des Saturn von den abbildenden Instrumenten der Raumsonde in seiner „Gesamtheit“ optimal erfasst werden.

Am 10. Oktober wurde die ISS-Kamera unter anderem dazu eingesetzt, um die Nordpolregion des Saturn und dessen Ringsystem abzubilden. Aus 33 der dabei angefertigten Aufnahmen wurde schließlich ein beeindruckendes Mosaik zusammengestellt. Durch die Verwendung von drei Farbfiltern erscheint die abgebildete Region in „Echtfarben“ und enthüllt unter anderem Details über das aktuelle Wettergeschehen auf dem Saturn.

Direkt über dem Saturn-Nordpol ist auf diesem Mosaik das dort befindliche Nordpol-Hexagon erkennbar. Hierbei handelt es sich um das Zentrum eines gigantischen Polarwirbels, welcher einem Durchmesser von fast 25.000 Kilometern aufweist. Der Zyklon rotiert mit einer Geschwindigkeit von 530 Kilometern pro Stunde innerhalb von etwa 10 Stunden und 40 Minuten einmal um sein Zentrum. Damit erreicht der Wirbelsturm eine mehr als doppelt so hohe Geschwindigkeit wie die auf der Erde auftretenden Zyklone.

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

Bei etwa 42 Grad nördlicher Breite ist ein helles Wolkenband erkennbar. Hierbei handelt es sich um die Überreste eines ausgedehnten Sturmgebietes, welches sich im Dezember 2010 entwickelte und das sich bis Mitte 2011 über weite Bereiche der nördlichen Saturnhemisphäre ausdehnte. Auch dieses Sturmgebiet wurde in der Vergangenheit eingehend mit den Cassini-Instrumenten analysiert.

Ebenfalls auf dieser Aufnahme erkennbar ist das Ringsystem des Saturn, welches hier teilweise von dem Schatten des Saturn verdunkelt wird. Das Ringsystem des Saturn setzt sich aus über 100.000 einzelnen Ringen zusammen, welche untereinander durch scharf abgegrenzte Lücken getrennt sind. Die einzelnen Ringe verfügen über unterschiedliche Zusammensetzungen, bestehen jedoch hauptsächlich aus Eis, Staub und Gesteinspartikeln, welche in ihrer Größe zwischen dem Millimeter- bis hin zum Meterbereich variieren. Trotz eines Durchmessers von fast einer Million Kilometer erreicht das Ringsystem in weiten Bereichen eine vertikale Ausdehnung von lediglich wenigen Dutzend bis hin zu einigen hundert Metern und fällt somit relativ „dünn“ aus.

Die markantesten erkennbaren Ringformationen werden als die Ringe „A“, „B“ und „C“ bezeichnet. „C“ und „B“ befinden sich direkt neben dem Saturn. Bei der darauf folgenden „dunklen Lücke“ handelt es sich um die „Cassini-Teilung“. Weiter außen befindet sich der „A“-Ring.

Während der bisher absolvierten 199 Umläufe um den Saturn hat das ISS-Kameraexperiment an Bord von Cassini eine Vielzahl von Bildern angefertigt. Die aktuellsten Aufnahmen können von der interessierten Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite betrachtet werden. Eine größere Version (29 MB) der hier kurz vorgestellten Mosaik-Aufnahme finden Sie hier.

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 Cassini: Ein Porträt der Nordhemisphäre des Saturn erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am 6. Mai 2013 wird die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 12.49 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 1,3 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 190. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell verfügt Cassini auf ihrer Umlaufbahn um den Saturn über eine Inklination von 61,7 Grad.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des 9,6 Tage andauernden Orbits – dieser trägt die Bezeichnung „Rev 189“ – insgesamt 24 Beobachtungskampagnen vorgesehen, mit denen größtenteils die Atmosphäre und das Ringsystem untersucht werden sollen.

Die erste dieser Beobachtungen wird bereits etwas über eine Stunde nach dem Beginn des neuen Orbits erfolgen und den Saturn zum Ziel haben. Mittels der hierbei geplanten Abbildungen der Saturnatmosphäre durch die WAC-Kamera, welche Bestandteil einer langfristig ausgelegten „Sturmbeobachtungskampagne“ sind, sollen erneut aktuelle Daten über das dortige Wettergeschehen gesammelt werden.

Durch die Beobachtung von kleineren Sturmgebieten und markanten Wolkenformationen in der Atmosphäre des Ringplaneten lassen sich zum Beispiel Aussagen über die dort gegenwärtig vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen. Für die folgenden neun Tage sind weitere 13 dieser jeweils lediglich wenige Minuten andauernden „Storm Watch“-Observationen geplant.

Unmittelbar nach dem Abschluss der ersten „Storm Watch“-Beobachtung wird sich die ISS-Kamera auf den F-Ring des Saturn richten, um dessen diverse Verästelungen und gewundene Einzelringe abzubilden. Frühere Beobachtungen zeigten, dass vor allem gravitative Wechselwirkungen mit dem weiter innen liegenden A-Ring und den beiden den F-Ring begrenzenden Saturnmonden Prometheus und Pandora den F-Ring gestalten. Speziell die gravitativen Einflüsse dieser beiden als „Schäfermonde“ fungierenden Monde sind für die Ausbildung der beobachteten Wellenstrukturen des F-Ringes verantwortlich (Raumfahrer.net berichtete).

Für den 7. Mai sind dann neben vier weiteren Saturnbeobachtungen die Abbildungen von mehreren der kleinen inneren Saturnmonde vorgesehen, welche dabei im Rahmen sogenannter astrometrischer Beobachtungen abgebildet werden sollen. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Planeten und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen der jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der anzufertigenden Aufnahmen der Monde besteht darin, die derzeit verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern.

Nach einer 12 Stunden andauernden Beobachtung des äußeren B-Ringes, welche bereits am 9. Mai erfolgt, wird Cassini schließlich am 11. Mai um 7.37 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 190 erreichen. Zu dieser Zeit wird sich die Raumsonde 316.230 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. Um diesen Zeitpunkt herum wird sich das Interesse der an der Mission beteiligten Wissenschaftler in erster Linie auf die Atmosphäre des Ringplaneten konzentrieren.

Bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung an den Saturn wird dazu das „Radio Science Subsystem“ (kurz „RSS“) aktiviert. Dieses Instrument besteht aus drei Sende-Empfangsanlagen, welche die Veränderung von Radiowellen messen, sobald diese die Atmosphäre des Saturn (beziehungsweise bei alternativen Messkampagnen das Ringsystem des Saturn oder die dichte Atmosphäre des Titan, des größten Saturnmondes) durchdringen. Je nach Frequenzband werden die ausgestrahlten Radiosignale durch Cassini selbst oder durch die Empfangsanlagen des Deep Space Network (DSN) 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, Dichte und Zusammensetzung der oberen Schichten der Saturnatmosphäre ermitteln. Des weiteren soll ein vertikales Profil der Ionendichte in der Ionosphäre des Saturn gewonnen werden. Ergänzend zu diesen Messungen soll eines der Spektrometer der Raumsonde, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), den Heliumanteil in dem durch das RSS-Experiment untersuchten Bereich der Saturnatmosphäre bestimmen.

Nach dem Abschluss dieser Messungen wird sich das Interesse der Wissenschaftler auf das Ringsystem des Saturn richten. Zuerst soll dazu ein weiteres Spektrometer, das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), eingesetzt werden, welches die zu diesem Zeitpunkt von der Sonne beleuchteten Bereiche verschiedener Ringe abbilden wird. Anschließend wird die ISS-Kamera eingesetzt, um den äußeren A-Ring abzubilden. Mit den entsprechenden Aufnahmen sollen zum wiederholten Mal sogenannte „Propellerstrukturen“ in diesem Ring 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. Durch die anzufertigenden Aufnahmen sollen die bisher bekannten Bahnparameter dieser Moonlets noch weiter verfeinert werden.

Am 12. Mai wird die ISS-Kamera zusammen mit dem VIMS-Spektrometer eine Sternokkultation dokumentieren. Hierbei wird der veränderliche Rote Riesenstern W Hydrae von Teilen den Ringsystems bedeckt. Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in der Lichtkurve von W Hydrae 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 die folgenden Tage sind weitere Beobachtungen der Saturnringe vorgesehen. Zwei Beobachtungskampagnen werden zudem den größten Saturnmond, den 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, zum Ziel haben. Hierbei soll aus Entfernungen von 2,37 beziehungsweise 2,49 Millionen Kilometern nach Wolkenstrukturen in dessen Atmosphäre Ausschau gehalten werden. Wie bei der Beobachtung der Saturnatmosphäre ergeben sich hierbei Informationen über das dortige aktuelle Wettergeschehen. Am 14. Mai wird die ISS-Kamera zudem zwei weitere Saturnmonde dokumentieren. Hierbei wird der lediglich 103 x 80 x 64 Kilometer große Mond Pandora aus der Sicht der Kamera am Südpol des etwa 396 Kilometer durchmessenden Mondes Mimas vorbeiziehen.

Am 16. Mai 2013 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 2.30 MESZ in einer Entfernung von rund 1,3 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und damit auch diesen 190. Orbit um den Ringplaneten beenden. Für den dann beginnenden Orbit Nummer 191 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Außerdem wird die Raumsonde am 23. Mai den Mond Titan im Rahmen eines gesteuerten Vorbeifluges in einer Entfernung von 970 Kilometern passieren und mit verschiedenen Instrumenten untersuchen.

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 Cassini: Der Saturnorbit Nummer 190 beginnt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am gestrigen 25. Januar 2013 hat die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 14:55 Uhr MEZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems erreicht. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Cassini in einer Entfernung von rund 1,66 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und begann damit zugleich ihren mittlerweile 181. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell verfügt die Raumsonde auf ihrer Saturnumlaufbahn immer noch über eine Inklination von 53 Grad. Bis Mitte des Jahres 2013 soll die Neigung der Cassini-Umlaufbahn im Rahmen verschiedener naher Vorbeiflüge an dem größten und massereichsten Saturnmond, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, in mehreren Schritten allerdings noch auf fast 62 Grad erhöht werden.
Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des 13 Tage andauernden Orbits Nummer 181 – dieser trägt die Bezeichnung „Rev 180“ – insgesamt 31 Beobachtungskampagnen vorgesehen.

Die erste dieser Beobachtungen erfolgt am heutigen Tag und wird den Saturn zum Ziel haben. Durch die hierbei geplante Abbildung der Saturnatmosphäre durch die WAC-Kamera, welche Bestandteil einer langfristig ausgelegten „Sturmbeobachtungskampagne“ ist, sollen aktuelle Daten über das dortige Wettergeschehen gesammelt werden. Durch die Beobachtung von markanten Wolkenformationen in der Atmosphäre des Ringplaneten lassen sich so zum Beispiel Aussagen über die gegenwärtig vorherrschenden Windrichtungen und -geschwindigkeiten tätigen. Bis zum 7. Februar sind 15 weitere solcher Beobachtungssequenzen vorgesehen.

Ebenfalls für den heutigen Tag ist die Beobachtung einer Sternokkultation vorgesehen. Hierbei wird der Stern R Lyrae von Teilen den Ringsystems bedeckt. Im sichtbaren Licht erreicht dieser im Sternbild Leier (lat. Lyra) gelegene Veränderliche Rote Riesenstern lediglich eine Helligkeit zwischen 3,9 bis 5,0 mag. Im Infrarotbereich des Lichtes handelt es sich dagegen um einen der hellsten Sterne am Himmel, welcher mit einer maximalen Helligkeit von -0,7 mag sogar heller als der Stern Wega, der Hauptstern des Sternbildes Leier, erstrahlt. Aus diesem Grund wird zur Beobachtung der Bedeckung neben der ISS-Kamera auch eines der Spektrometer der Raumsonde, das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), eingesetzt.

Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in der Lichtkurve von R Lyrae erhoffen sich die Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau und die Struktur der einzelnen Ringe. Durch die zeitliche Abfolge der auftretenden Helligkeitsschwankungen und deren Intensität können so zum Beispiel Rückschlüsse über die Lichtdurchlässigkeit und somit auch über die Materialdichte der einzelnen Ringstrukturen gewonnen werden. Bei zwei vergleichbaren Beobachtungskampagnen sollen am 30. Januar und am 2. Februar weitere Sternokkultationen der Sterne R Cassiopeiae und W Hydrae beobachtet werden.

Zwischen dem 27. und dem 29. Januar stehen diverse Beobachtungen des Ringsystems auf dem Beobachtungsprogramm der Raumsonde. Mittels der geplanten Aufnahmen des F-Ringes sollen erneut die diversen Wellen und Kanäle innerhalb der dortigen Ringstruktur untersucht werden, welche durch eine gravitative Interaktion mit dem Saturnmond Prometheus verursacht werden.

Mit weiteren Aufnahmen sollen anschließend speziell die Speichenformationen im B-Ring des Saturn näher untersucht werden. Diese Strukturen konnten erstmals auf den Aufnahmen der Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 ausgemacht werden, welche den Saturn bereits Anfang der 1980er Jahre passierten. Diese auf Fotoaufnahme in hellen Farben erkennbaren Speichen sind im Durchschnitt etwa 100 Kilometer breit und erstrecken sich radial über eine Strecke von bis zu 20.000 Kilometer in das Ringsystem hinein.

Es handelt sich hierbei um lediglich vorübergehend auftretende Phänomene, welche jeweils innerhalb von einigen Stunden auftauchen und dann wieder verschwinden. Die Planetenforscher sind sich mittlerweile weitgehend sicher, dass diese Speichenstrukturen durch elektrisch aufgeladenen Staub verursacht werden, welcher durch elektrischen Abstoßungskräfte vorübergehend aus dem B-Ring herausgedrückt wird.

Auch für die Entstehung dieser elektrischen Aufladungen gibt es einen Erklärungsansatz. In der Saturnatmosphäre auftretende Gewitter ziehen demzufolge zumindestens zeitweise nach außen gerichtete elektrische Entladungen nach sich, welche dabei zehntausendfach stärker sind als die bei irdischen Gewittern auftretenden Blitze.

Zu solchen nach außen gerichteten Entladungen – so genannten Sprites – kommt es auch bei irdischen Gewittern. Während die meisten Blitze zu Entladungen zwischen Wolken und Erdboden führen, können aus dem Weltall einfallende, hochenergetische Partikel eine in die Höhe gerichtete Entladung auslösen. Dabei „schießen“ Ströme von Elektronen in den Weltraum und laden die dort befindlichen Staubteilchen des B-Ringes elektrostatisch auf.

Am 1. Februar wird Cassini um 06:32 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während des Orbits Nummer 181, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde 388.490 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden.

Bereits wenige Stunden zuvor soll der äußere Bereich des A-Ringes durch die ISS-Kamera abgebildet werden. Mit den geplanten Aufnahmen sollen zum wiederholten Mal sogenannte „Propellerstrukturen“ in diesem Ring dokumentiert werden. Bei diesen entfernt an Flugzeugpropeller erinnernden, lediglich etwa 15 bis 25 Kilometer großen Strukturen handelt es sich um kleine „Hohlräume“ innerhalb des Ringes, welche durch die gravitativen Einflüsse von vermutlich lediglich wenige Dutzend Kilometer durchmessenden Mini-Monden – so genannter 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 3. Februar wird sich die ISS-Kamera auf den kleinen, äußeren Saturnmond Erriapus richten und diesen über einen Zeitraum von 20 Stunden aus einer Entfernung von mehreren Millionen Kilometern abbilden. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von etwa acht bis zehn Kilometern und seiner mittleren Dichte von etwa 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter ist über diesen erst im Jahr 2000 entdeckten Mond bisher nur sehr wenig bekannt.

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

Am 4. und 5. Februar sollen zudem 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 jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Die entsprechenden Fotosequenzen werden allerdings durchweg aus größeren Distanzen angefertigt, so dass im Rahmen dieser Beobachtungen keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde aufgelöst werden können.

Am 7. Februar 2013 wird Cassini schließlich um 22:12 MEZ in einer Entfernung von rund 1,7 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und auch diesen 181. Orbit um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 182 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn vorgesehen. Zusätzlich wird am 17. Februar ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Saturnmond Titan erfolgen. Dieser soll dabei in einer Distanz von rund 2.000 Kilometern passiert und erneut mit verschiedenen Instrumenten untersucht werden.

Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, der europäischen Weltraumagentur ESA und der italienischen Weltraumagentur ASI. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology (Caltech), leitet die Mission im Auftrag des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC. 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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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESA, JPL.

Durchschnittlich einmal pro Saturnjahr, also etwa alle 30 Erdjahre, gerät die Atmosphäre des Saturn aufgrund der stark ausgeprägten Jahreszeiten während des dann auf der nördlichen Planetenhemisphäre herrschenden Frühlings in Aufruhr. In den unteren Wolkenschichten des Planeten bildet sich in dieser Zeit eine atmosphärische Störungszone, welche so stark ausfällt, dass sie nicht nur verhältnismäßig kurzzeitige und punktuell auftretende Auswirkungen hat, sondern vielmehr die Atmosphäre des gesamten Planeten beeinflussen kann. Dies äußert sich in der Bildung gigantischer Sturmgebiete über den mittleren nördlichen Breiten, welche sich auf Fotoaufnahmen als helle Zonen erkennen lassen und im Gegensatz zu den „normalen“ Saturnstürmen in den mittleren Breiten über mehrere Monate hinweg aktiv sind. Erstmals konnte dieses Wetterphänomen im Dezember 1876 von dem US-amerikanischen Astronomen Asaph Hall beobachtet werden. Weitere solche Stürme wurden in den Jahren 1903, 1933, 1960 und schließlich im September 1990 registriert.

Am 5. Dezember 2010 (und somit etwa 10 Jahre früher als eigentlich erwartet) wurde mit einem Radiowellendetektor, dem Radio and Plasma Wave Science Instrument (RPWS) – einem der insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumente an Bord des Saturnorbiters Cassini – ein Sturmgebiet in der Saturnatmosphäre entdeckt, welches sich in den folgenden Monaten immer weiter ausdehnte. Die Entwicklung des Sturmgebietes konnte in der Folgezeit sowohl mit verschiedenen irdischen Teleskopen als auch mit den Instrumenten der Raumsonde Cassini ausführlich dokumentiert und untersucht werden. Bis Mitte 2011 hatte sich das Sturmgebiet über weite Bereiche der mittleren nördlichen Breiten ausgedehnt und umfasste dabei den gesamten Planeten. In den folgenden Monaten haben sich die damit verbundenen Wolkenformationen wieder aufgelöst.

Neben den im Wellenbereich des sichtbaren Lichtes angefertigten Aufnahmen wurden jedoch auch Daten im Infrarotbereich gesammelt. „Wenn wir die Saturnatmosphäre in optischen Wellenlängenbereichen betrachten, so sehen wir das Sonnenlicht, welches durch tief in der Atmosphäre liegende Wolkenschichten reflektiert wird“, so Leigh N. Fletcher von der University of Oxford, welcher die Entwicklung des Sturmes mit seinem Team während der letzten Monate ausführlich analysiert hat. „Durch Messungen im mittleren Infrarotbereich können wir dagegen zusätzlich die Temperaturverteilung bis zu vielen Kilometern oberhalb dieser Wolkenschichten bestimmen. Diese Daten ermöglichen uns einen dreidimensionalen Blick auf die Struktur der Atmosphäre.“

Die entsprechenden Infrarotaufnahmen zeigen, dass die im vergangenen Jahr im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes zu erkennenden Phänomene in Wirklichkeit lediglich einen Teilaspekt dieses Sturmes ausmachten. Die von zwei irdischen Teleskopanlagen, dem Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile und der Infrared Telescope Facility (IRTF) auf Hawaii, angefertigten Aufnahmen sowie Spektrometerdaten der Raumsonde Cassini verdeutlichten vielmehr, dass sich ab dem Januar 2011 oberhalb des in der Troposphäre aktiven Sturmgebietes in der Stratosphäre des Saturn zusätzlich zwei Regionen herausbildeten, welche deutlich wärmer waren als ihre Umgebung. Die Entdeckung dieser Regionen deutete darauf hin, dass hier ein ungewöhnlich hohe Freisetzung von Energie erfolgte, welche aus tiefer liegenden Schichten zugeführt wurde. Die beiden Regionen, so die Vermutung der Wissenschaftler, hätten sich in der Folgezeit eigentlich langsam abkühlen und auflösen müssen.

Stattdessen verschmolzen die beiden Regionen zwischen April und Juni 2011 zu einem einzigen, gewaltigen atmosphärischen Wirbel, welcher für einige Zeit von seinen Abmessungen her sogar größer ausfiel als der Große Rote Fleck in der Atmosphäre des Jupiters. Die Temperatur in dieser Region erreichte dabei einen Wert von etwa -52 Grad Celsius und lag somit rund 80 Grad Celsius über der Temperatur der unmittelbaren Umgebung. Zum Zeitpunkt seiner größten Ausdehnung, welche dieser stratosphärische Wolkenwirbel aus wärmeren Luftmassen gegen Ende Juni 2011 erreichte, umfasste dieses Gebiet etwa ein Viertel der nördlichen Saturnhemisphäre. Das tiefer gelegene Sturmgebiet war dagegen zu diesem Zeitpunkt bereits dabei, sich wieder aufzulösen.

„Dies ist das erste Mal, dass wir so etwas in der Atmosphäre eines Planeten unseres Sonnensystems beobachten konnten“, so Leigh N. Fletcher. „Es ist äußerst ungewöhnlich, dass wir diesen Wirbel nur in infraroten Wellenlängen sehen können. Auf rein optischen Aufnahmen der Wolkendecke ist er dagegen nicht erkennbar.“ Seit dem Juli 2011 können die Wissenschaftler beobachten, wie auch dieser stratosphärische Wolkenwirbel aus wärmeren Luftmassen langsam an Ausdehnung verliert und sich zugleich abkühlt. Gegenwärtig verfügt er nur noch über weniger als die Hälfte seiner ursprünglichen Ausdehnung. Es wird erwartet, dass sich der Wirbel im Verlauf der nächsten Jahre wieder komplett auflösen wird.

Die gesammelten Daten über die Variationen von der Temperatur, den Windgeschwindigkeiten und der chemischer Zusammensetzung der Atmosphäre ermöglichen es den Wissenschaftlern, einen Überblick über die Entwicklung dieses als „Großer Frühlingssturm“ bezeichneten Sturmgebietes und der dadurch verursachten Einflüsse auf die verschiedenen Schichten der Saturnatmosphäre zu erhalten. Zudem ergibt sich ein Einblick in die Mechanismen, welche der Energietransfer innerhalb der Saturnatmosphäre auf das dortige Wettergeschehen ausübt.

„Wir vermuteten bereits zuvor, dass das Wetter in den unteren Atmosphärenschichten des Saturn einen Einfluss auf das Geschehen in den oberen Schichten hat. Jetzt haben wir den Beweis dafür“, so Leigh N. Fletcher. Es ist bekannt, dass auf der Erde durch Stürme erzeugte Atmosphärenwellen Luftmassen und Energie transportieren und dabei auch in die oberen Atmosphärenschichten befördern können. Ein vergleichbarer Mechanismus existiert offensichtlich auch auf dem Saturn. Sich wellenförmig ausdehnende Luftstörungen, welche durch den ursprünglich in der Troposphäre aktiven Sturm erzeugt wurden, fanden ihren Weg in die mehrere hundert Kilometer höher gelegene Stratosphäre und setzten dort Energie frei, welche zur Bildung der beiden Warmluftregionen führte.

„Ungewöhnlich ist in diesem Fall jedoch die offensichtlich erfolgte Interaktion dieser beiden warmen Regionen, welche zu der Entstehung des ausgedehnten warmen Luftwirbels führten. Wie dies genau geschehen konnte ist eine derzeit noch offene Frage, welche durch numerische Computersimulationen geklärt werden muss“, so Leigh N. Fletcher weiter.

Ebenfalls rätselhaft ist für die Planetenforscher das unerwartet frühe Auftreten dieses Sturmes, welcher eigentlich erst um das Jahr 2020 herum erwartet wurde. „Der Großer Frühlingssturm trat in Bezug auf den Standard-Sturm-Zyklus des Saturn definitiv früher auf als zu erwarten war. Es ist noch unklar, ob es sich hierbei um ein besonderes Ereignis handelt oder ob die diesjährige Sturmsaison auf dem Saturn [„diesjährig“ bezieht sich hier auf das aktuelle Saturnjahr] diesmal einfach früher begonnen hat als erwartet“, so Nicolas Altobelli, der ESA-Projektwissenschaftler der Cassini-Huygens-Mission.
„Cassini wird die Überwachung der Saturnatmosphäre auch in den kommenden Jahren fortsetzen. Die Mission wird bis zum Einsetzen der nördlichen Sommersonnenwende auf dem Saturn, welche im Mai 2017 erfolgt, im Einsatz sein. Die diesjährige Sturmsaison auf dem Saturn ist eventuell noch nicht zu Ende und in diesem Fall können wir in den nächsten Jahren vielleicht noch weitere spektakuläre Ereignisse verfolgen“, so Altobelli.

„Sollten wir auch in den kommenden Jahren Stürme auf dem Saturn beobachten, so wird es wichtig sein zu überprüfen, ob auch diese Stürme solch dramatische Folgen wie den stratosphärischen Wolkenwirbel im Jahr 2011 nach sich ziehen“, so Leigh N. Fletcher.

Parallel zu den Infrarotbeobachtungen konnte ein weiteres Team von Wissenschaftlern ungewöhnlich große Mengen an Ethylen und Azetylen im Bereich des stratosphärischen Wolkenwirbels detektieren. Hierbei handelt es sich um zwei Gase, welche nicht zu den typischen Bestandteilen der Saturnatmosphäre zählen. „Wir haben niemals zuvor Ethylen auf dem Saturn beobachtet“, so Michael Flasar vom Goddard Space Flight Center (GSFC) der NASA, der Chefwissenschaftler des Composite Infrared Spectrometer (CIRS) – eines der an Bord von Cassini befindlichen Spektrometer. „Somit war diese Entdeckung eine große Überraschung für uns.“

Laut Brigette Hesman von der University of Maryland/USA fiel der gemessene Wert an Ethylen etwa 100 mal höher aus als ursprünglich für möglich gehalten. Als Ursprungsquelle wird ein tief in der Saturnatmosphäre befindliches Reservoir dieses farb- und geruchlosen Gasen vermutet. Die Resultate einer entsprechenden Studie sollen am 20. November 2012 in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal“ publiziert werden.

„Diese beiden Studien geben uns neue Einblicke in den Ablauf von einigen der fotochemischen Prozesse, welche sich in der Stratosphäre des Saturn, aber auch in den Atmosphären der anderen Gasplaneten innerhalb unseres Sonnensystems und bei entsprechenden Exoplaneten außerhalb des Sonnensystems abspielen“, so Scott Edington, der stellvertretende Projektwissenschaftler der Cassini-Mission vom JPL.
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 schließlich am 15. September 2017 aufgrund des dann aufgebrachten Treibstoffvorrates kontrolliert in der Atmosphäre des Ringplaneten zum Absturz gebracht werden.

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• CICLOPS (engl.)

Abstract des Fachartikels von Fletcher et al. bei Icarus:

• The origin and evolution of Saturn’s 2011-2012 stratospheric vortex (engl.)

Der Beitrag Raumsonde Cassini: Neues vom Saturnsturm erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am 28. Mai 2012 wird die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 07:16 MESZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich Cassini in einer Entfernung von rund 2,2 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 168. Umlauf um den Ringplaneten beginnen. Den Höhepunkt dieses Orbits, er trägt die Bezeichnung „Rev 167“, bildet ein gesteuerter Vorbeiflug an dem Saturnmond Titan, welcher am 7. Juni in einer Entfernung von 959 Kilometern passiert werden wird.

Die für die Steuerung der Raumsonde verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) wollen diese nahe Mondpassage dazu nutzen, um die Inklination der Raumsonde zu verändern und Cassini in eine Umlaufbahn um den Saturn manövrieren, welche über eine deutlich größere Neigung gegenüber der Äquatorebene des Planeten verfügt. Die aktuelle Bahnneigung von rund 16 Grad wird dabei auf einen Wert von 21,1 Grad erhöht werden. Bis Mitte 2013 soll die Neigung der Umlaufbahn im Rahmen verschiedener weiterer Titan-Passagen in mehreren Schritten sogar auf fast 62 Grad erhöht werden. Dieser Flugverlauf ermöglicht den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern in den kommenden Monaten eine detaillierte Untersuchung der Polarregionen des Saturn. Zusätzlich wird auch das Ringsystem des Saturn von den abbildenden wissenschaftlichen Instrumenten der Raumsonde zukünftig in seiner „Gesamtheit“ besser erfasst werden können als bisher.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des 19 Tage dauernden Orbits insgesamt 51 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Die ISS-Kamera wird den wissenschaftlichen Betrieb während des Orbits Nummer 168 am 29. Mai aufnehmen. Das Ziel der Beobachtung wird die nördliche Saturnhemisphäre und das immer noch dort befindliche, mittlerweile aber stark abgeschwächte Sturmgebiet sein. Bis zum 17. Juni sind insgesamt 24 solcher jeweils nur wenige Minuten andauernde Beobachtungssequenzen vorgesehen, mit denen die aktuelle Ausdehnung und Entwicklung des Sturmgebietes dokumentiert werden soll.

Ebenfalls am 29. Mai sollen zudem 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 Epimetheus, Telesto, Atlas, Calypso, Polydeuces und Daphnis besteht darin, die derzeit verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Die entsprechenden Fotosequenzen werden allerdings durchweg aus größeren Distanzen angefertigt, so dass im Rahmen dieser Beobachtungen keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde aufgelöst werden können. Eine weitere astrometrische Beobachtungskampagne wird am 2. Juni die Monde Helene, Pallene, Janus, Pan und Polydeuces zum Ziel haben.

Im Anschluss an die Kampagne vom 29. Mai wird sich die ISS-Kamera auf den kleinen, äußeren Saturnmond Ymir ausrichten und diesen aus einer Entfernung von rund 15 Millionen Kilometern über einen Zeitraum von 10 Stunden und 30 Minuten mehrfach abbilden. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von etwa 18 Kilometern und seiner relativ hohen mittleren Dichte von 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter, welche auf eine Zusammensetzung aus Wassereis mit einem hohen Anteil an Silikatgestein hindeutet, ist über diesem erst im Jahr 2000 entdeckten Saturnmond bisher nur sehr wenig bekannt.

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

Trotz der großen Distanz zwischen den Monden und der Raumsonde kann Cassini bei derartigen Beobachtungen neben den Rotationsgeschwindigkeiten der Monde wertvolle Daten über deren Ausdehnung, die sich daraus ergebende Gestalt und die Neigung der Rotationsachsen gewinnen. Entsprechende Ergebnisse wurden Anfang Oktober 2011 auf dem EPSC-DPS Joint Meeting 2011, einem internationalen Planetologen-Kongress, im französischen Nantes präsentiert.

Bis zum 2. Juni wird auch der größte der Saturnmonde, der 5.150 Kilometer durchmessende Mond Titan, mehrfach in den Fokus der ISS-Kamera geraten. Die Wissenschaftler wollen die aus mehreren Millionen Kilometern Distanz anzufertigenden Aufnahmen dazu nutzen, um auch hier das aktuelle Wettergeschehen zu dokumentieren. Aufgrund der Veränderungen in eventuell zu beobachtenden Wolkenstrukturen lassen sich so zum Beispiel die vorherrschenden Windströmungen und -geschwindigkeiten ermitteln.

Am 5. Juni wird Cassini um 06:53 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während des 168. Orbits, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde 126.590 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. Während dieser Phase gilt das spezielle Interesse dem Mond Mimas, welcher bereits wenige Minuten später im Rahmen eines nicht zielgerichteten Vorbeifluges in einer Entfernung von 43.563 Kilometern passiert und durch die ISS-Kamera abgebildet werden wird. Parallel dazu wird das Composite Infrared Spectrometer (CIRS) eingesetzt, um die nördliche Hemisphäre des Mondes zu untersuchen.

Außerdem soll bei dieser Gelegenheit der A-Ring des Saturn näher untersucht werden. Das besondere Interesse gilt hierbei den sogenannten „Propeller-Strukturen“, welche durch gravitative Anomalien innerhalb des Ringsystems erzeugt werden. Verantwortlich hierfür sind sogenannte „Moonlets“ – lediglich mehrere hundert Meter durchmessende Minimonde. Alleine im Bereich des A-Ringes befinden sich mehrere Tausend solcher Propellerstrukturen. Die Beobachtung am 4. und 5. Juni dient der Katalogisierung dieser Strukturen. Durch ihre Untersuchung erhoffen sich die Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über die Prozesse, welche zur Bildung der Saturnringe geführt haben.

Am 7. Juni wird Cassini den Mond Titan um 02:07 MESZ mit einer Geschwindigkeit von 5,9 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 959 Kilometern passieren und mit verschiedenen Instrumenten analysieren. Während der Anflugsphase werden dabei das CIRS-Spektrometer und das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) auf die Nachtseite des Titan ausgerichtet sein und die Oberfläche und die oberen Atmosphärenschichten des Mondes untersuchen. Die ISS-Kamera wird dabei unterstützende Daten im Bereich des sichtbaren Lichts liefern.

Während der Phase der dichtesten Annäherung wird das RADAR-Instrument der Raumsonde aktiviert und die Mondoberfläche abtasten. Durch diese Untersuchung wollen die Wissenschaftler eine bisher bestehende Datenlücke füllen und ihre Kenntnisse über die Topografie der nördlichen Titanhemisphäre vervollständigen. In der Abflugphase werden schließlich das CIRS und das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS) auf Titan gerichtet. Diese Messungen dienen unter anderem der Ermittlung der vorherrschenden Oberflächentemperatur. Begleitend dazu soll die ISS-Kamera den Mond erneut abbilden und Wolkenformationen in dessen Atmosphäre wiedergeben. Die entsprechende ISS-Kampagne wird bis zum 8. Juni andauern.

Während der folgenden Tage sind verschiedenen weitere astrometrische Beobachtungen der inneren, kleineren Saturnmonde sowie meteorologische Beobachtungen des Titan und des Saturn vorgesehen, welche durchweg aus größeren Entfernungen erfolgen werden.

Am 16. Juni wird Cassini die Suche nach weiteren bisher noch nicht entdeckten Saturnmonden fortsetzen. Zu diesem Zweck soll die ISS- Kamera die Region um den Lagrange-Punkt L5 des Mondes Titan abbilden, welcher sich 60 Grad hinter dem Titan befindet.

An den fünf Lagrangepunkten heben sich die Gravitationskräfte benachbarter Himmelskörper und die Zentrifugalkraft der Bewegung gegenseitig auf. Dadurch entstehen an diesen Punkten Zonen mit einem niedrigen Gravitationspotenzial. Drei der Lagrange-Punkte, nämlich L1, L2 und L3, sind dabei relativ instabil, so dass bereits geringe gravitative Wechselwirkungen zu einem Entweichen von eventuell dort befindlichen Objekten führen können. Die Punkte L4 und L5, welche sich 60 Grad vor beziehungsweise hinter dem Himmelskörper befinden, sind dagegen stabil, so dass sich dort kleinere Objekte sammeln und anschließend über einen nahezu unbegrenzt langen Zeitraum aufhalten können.

Im Mondsystem des Saturn befindet sich so zum Beispiel der kleine Mond Telesto in der L4-Region des größeren Mondes Tethys, während der Mond Calypso sich in der Region von dessen L5-Punkt befindet. Der L5-Punkt von Dione wird dagegen von dem Mond Polydeuces eingenommen. Die geplante Beobachtung des Lagrange-Punktes L5 von Titan dient der Suche nach einem oder mehreren eventuell dort befindlichen und bisher noch unentdeckten weiteren Begleitern des Ringplaneten.

Am 17. Juni 2012 wird Cassini um 03:46 MESZ in einer Entfernung von rund 2,9 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und diesen 168. Orbit um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbits Nummer 169 sind diverse Beobachtungen des Ringsystems des Saturn vorgesehen. Außerdem wird am 28. Juni ein nicht gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Tethys erfolgen, welcher dabei in einer Entfernung von rund 68.500 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.

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Der Beitrag Cassinis Saturnorbit Nummer 168 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am heutigen 23. April 2012 hat die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 16:46 MESZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum Saturn, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Cassini in einer Entfernung von rund 2,37 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und begann damit zugleich ihren mittlerweile 166. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde wird sich bis zum 22. Mai 2012 auch weiterhin auf einer Orbitbahn bewegen, welche fast genau auf einer Ebene mit der Ringebene des Saturn sowie den Umlaufbahnen mehrerer größerer Saturnmonde verläuft.

Wie bereits die vorherigen Umläufe wird auch der jetzt begonnene Orbit, er trägt die Bezeichnung „Rev 165“, von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern in erster Linie dazu genutzt werden, um den Ringplaneten und dessen größere, innere Monde mit verschiedenen Instrumenten zu untersuchen und aus unterschiedlichen Entfernungen mit der ISS-Kamera der Raumsonde abzubilden. Den Höhepunkt des gegenwärtigen Orbits bildet ein gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Enceladus, welcher am 2. Mai in einer Entfernung von 74 Kilometern passiert werden wird.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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Der Beitrag Cassinis Saturnorbit Nummer 166 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Bereits am 3. Dezember erreichte die Raumsonde Cassini um 04:13 MEZ auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum Saturn. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Cassini in einer Entfernung von rund 2,38 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und begann damit zugleich ihren mittlerweile 159. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde wird sich auch in den kommenden fünf Monaten weiterhin auf einer Orbitbahn bewegen, welche fast genau auf einer Ebene mit der Ringebene des Saturn sowie den Umlaufbahnen mehrerer größerer Saturnmonde verläuft.

Diese äquatoriale Flugbahn der Raumsonde ermöglicht es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern unter anderem, die Kanten der Saturnringe abzubilden. Durch die Auswertung dieser Bilder ist es somit zum Beispiel möglich, deren vertikale Ausdehnung zu bestimmen. Zudem ist aus dieser Perspektive ein Blick auf die Wolkenschichten in der Saturnatmosphäre gegeben, welcher nur minimal durch das Ringsystem des Planeten oder einen von den Ringen auf den Saturn geworfenen Schatten beeinträchtigt ist. Außerdem ergibt sich bei dieser Bahn die Möglichkeit, sich im Rahmen eines einzigen Orbits gleich mehreren Saturnmonden zu nähern, deren Bahnen ebenfalls in der Äquatorebene liegen.

Wie bereits die vorherigen Umläufe wird auch der jetzt beginnende Orbit, er trägt die Bezeichnung „Rev 158“, von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern in erster Linie dazu genutzt werden, den Ringplaneten und den größten seiner 62 bisher bekannten Monde, den etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, mit verschiedenen Instrumenten zu untersuchen und aus unterschiedlichen Entfernungen mit der ISS-Kamera der Raumsonde abzubilden.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, eines von insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des 20 Tage dauernden Orbits insgesamt 53 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Ein großer Teil dieser Beobachtungen wird dabei erneut das gewaltige Sturmgebiet zum Ziel haben, welches sich seit dem Dezember 2010 über der nördliche Hemisphäre des Saturn ausdehnt (Raumfahrer.net berichtete). Den Höhepunkt des gegenwärtigen Orbits bilden allerdings zwei am 12. und 13. Dezember erfolgende dichte Vorbeiflüge an den Monden Dione und Titan.

Die erste ISS-Kampagne begann bereits acht Stunden nach dem Beginn des neuen Umlaufs und hatte die nördliche Saturnhemisphäre und das dortige Sturmgebiet zum Ziel. Hierbei sollten durch die Kameraaufnahmen weitere Daten über die gegenwärtige Ausdehnung des Sturmgebietes und die dort vorherrschenden Windgeschwindigkeiten gesammelt werden. Bis zum 22. Dezember sind insgesamt 19 Beobachtungen der nördlichen Saturnhemisphäre vorgesehen.

Ebenfalls am 3. Dezember erfolgten sogenannte astrometrische Beobachtungen von mehreren kleineren Saturnmonden. Das wissenschaftliche Ziel der dabei angefertigten Aufnahmen der Monde Anthe, Pandora, Epimetheus, Calypso und Helene bestand darin, die bisher verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Die entsprechenden Fotosequenzen wurden allerdings durchweg aus größeren Distanzen angefertigt, so dass im Rahmen dieser Beobachtungen keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde aufgelöst werden konnten. Eine vergleichbare Kampagne ist für den 7. Dezember vorgesehen und wird die Monde Telesto, Prometheus, Epimetheus und Helene zum Ziel haben.

Für den 7., 9. und 10. Dezember sind zudem mehrere Beobachtungen des Titan vorgesehen. Dabei soll speziell das Wettergeschehen und die Struktur der oberen Atmosphärenschichten dieses Mondes untersucht werden. Die geplanten Fotoaufnahmen werden dabei aus Entfernungen zwischen 3,26 bis 2,01 Millionen Kilometern erfolgen.

Am 12. Dezember wird die Raumsonde schließlich um 03:00 Uhr MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn, während ihres 159. Orbits erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich Cassini 135.190 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden.

Kurze Zeit später wird Cassini um 05:27 MEZ den Saturnmond Enceladus im Rahmen eines nicht gesteuerten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 6,5 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 19.906 Kilometern passieren. Diese Gelegenheit soll genutzt werden, um mit der ISS-Kamera diverse Aufnahmen der Oberfläche dieses 504 Kilometer durchmessenden Mondes anzufertigen. Die ISS-Kamera soll während des Vorbeifluges zudem eingesetzt werden, um speziell die von der Südpolregion ausgehenden Fontänen aus Gas und feinen Wassereiskristallen abzubilden. Neben der Suche nach weiteren Plumes wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler dabei auch eine eventuell veränderte Aktivität der bisher bekannten Auswurfzonen untersuchen.

Anschließend wird sich das Augenmerk der verschiedenen wissenschaftlichen Instrumente der Raumsonde Cassini dem Mond Dione zuwenden, welcher um 10:39 MEZ im Rahmen eines gesteuerten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 8,7 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von lediglich 98,8 Kilometern passiert werden wird. Zur Vorbereitung dieses Vorbeifluges ist bereits für den 8. Dezember eine kurze Zündung der Triebwerke vorgesehen. Durch dieses Kurskorrekturmanöver wird die Flugbahn von Cassini korrigiert und auf den Rendezvouspunkt mit Dione ausgerichtet.

Die für den Dione-Vorbeiflug vorgesehenen Beobachtungen werden von dem Composite Infrared Spectrometer (CIRS), einem der Spektrometer an Bord der Raumsonde, eröffnet. Das Spektrometer soll dabei die Nachtseite des 1.123 Kilometer durchmessenden Mondes mit verschiedenen Instrumentenkanälen scannen. Das Ziel dieser Beobachtungen besteht darin, die Temperaturverteilung auf der Mondoberfläche zu ermitteln. Begleitet werden die Messungen durch verschiedene Aufnahmen der ISS-Kamera. Durch den Vergleich mit diesen Aufnahmen soll bei der Auswertung der gesammelten Daten die gemessene Temperatur einzelnen Oberflächenstrukturen zugeordnet werden.

In der Phase der dichtesten Annäherung an Dione wird das Radio Science Subsystem (RSS) eingesetzt werden. Während des Vorbeifluges an dem Mond wird die Raumsonde durch von Dione ausgehende gravitative Einflüsse minimal von der vorgesehenen Flugbahn abgelenkt werden. Diese Abweichungen machen sich in einem von Cassini ausgestrahlten Radiosignal durch eine Dopplerverschiebung bemerkbar. Durch die RSS-Messungen sollen Informationen über die innere Struktur des Mondes gewonnen werden. Speziell erhoffen sich die Wissenschaftler durch das RSS-Experiment Erkenntnisse über eventuell existierende Heterogenitäten und Massekonzentrationen im Inneren von Dione.

Während der erfolgenden RSS-Messungen muss die vier Meter durchmessende HG-Antenne der Raumsonde exakt auf die Erde ausgerichtet sein. Da die wissenschaftlichen Instrumente starr auf einer Instrumentenplattform montiert sind, ist es somit während der Hauptphase dieses Vorbeifluges nicht möglich, Aufnahmen des Mondes durch die ISS-Kamera zu gewinnen. Nach dem Abschluss des RSS-Experiments sind allerdings weitere Aufnahmen der Mondoberfläche vorgesehen. Zusätzlich ergeben sich die Möglichkeiten für Messungen mit zwei weiteren Spektrometern, dem Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) und dem Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS).

Bereits einen Tag später findet am 13. Dezember die nächste gesteuerte Begegnung mit einem Saturnmond statt. Um 21:11 MEZ wird sich Cassini dem Titan zum 80. Mal nähern und den Mond im Rahmen des als „T-79“ bezeichneten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,8 Kilometern pro Sekunde in einer Distanz von 3.585 Kilometern passieren. Während der Annäherungsphase wird das CIRS-Spektrometer die Messungen bestimmen und mehrere Temperaturkarten von der Nachtseite des Titan erstellen. Zusätzlich soll CIRS die Aerosolverteilung über der Nordpolregion und in den mittleren südlichen Breiten messen.

Zum Zeitpunkt der dichtesten Annäherung wird das VIMS-Spektrometer übernehmen und hochaufgelöste Daten von der Äquatorregion des Mondes sammeln. Von besonderem Interesse sind hierbei die ausgedehnten Dünenfelder in den Regionen Belet und Adiri. Anschließend erfolgt eine weitere Temperaturmessung durch das CIRS, welcher diesmal die Tagseite des Mondes zum Ziel haben wird. All diese Messungen werden durch zusätzliche Aufnahmen der ISS-Kamera ergänzt. Auch in den folgenden Tagen wird sich die ISS-Kamera für jeweils mehrere Stunden auf den Titan richten und weitere Abbildungen von dessen Atmosphäre erstellen.

Für den 20. und 21. Dezember sind weitere astrometrische Beobachtungen vorgesehen, welche diesmal die Monde Janus, Polydeuces, Pandora, Atlas, Calypso, Pallene, Prometheus, Epimetheus und Helene zum Ziel haben werden. Am 21. Dezember steht erneut der Titan auf dem Beobachtungsprogramm. Aus einer Distanz von 3,84 Millionen Kilometern sollen erneut dessen Atmosphäre und speziell die zu diesem Zeitpunkt eventuell erkennbaren Wolkenstrukturen abgebildet werden.

Die letzte geplante Beobachtungssequenz während des Orbits Nummer 159 wird schließlich den kleinen, äußeren Saturnmond Suttungr zum Ziel haben, welcher am 23. Dezember von der ISS-Kamera über einen Zeitraum von rund 15 Stunden aus einer Entfernung von etwa 17 Millionen Kilometern abgebildet werden soll. Über diesen erst im Herbst 2000 entdeckten und etwa sieben Kilometer durchmessenden Mond ist bisher außer den Daten seiner Umlaufbahn nur sehr wenig bekannt. Seine im Vergleich zu anderen Saturnmonden relativ hohe Dichte von etwa 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter deutet darauf hin, dass er sich vermutlich aus Wassereis und einem hohen Gesteinsanteil zusammensetzt.

Anhand der Variationen in der sich bei der Beobachtung am 23. Dezember ergebenden Lichtkurve soll die Rotationsperiode von Suttungr näher bestimmt werden. Diese Beobachtung ist Bestandteil einer langfristig angelegten Kampagne, in deren Verlauf mehrere der kleinen, äußeren Saturnmonde unter verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen aus mehreren Millionen Kilometern Entfernung abgebildet werden.

Trotz der großen Distanz zwischen den Monden und der Raumsonde kann Cassini bei derartigen Beobachtungen neben den Rotationsgeschwindigkeiten der Monde wertvolle Daten über deren Ausdehnung, die sich daraus ergebende Gestalt und die Neigung der Rotationsachsen gewinnen. Entsprechende Ergebnisse wurden erst Anfang Oktober 2011 auf dem EPSC-DPS Joint Meeting 2011, einem internationalen Kongress über Planetenforschung, im französischen Nantes präsentiert.

Ebenfalls am 23. Dezember 2011 wird Cassini schließlich um 20:14 MEZ in einer Entfernung von rund 2,9 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und den 159. Orbit um den Ringplaneten beenden. Während des damit beginnenden Orbits Nummer 160 wird am 2. Januar 2012 ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan erfolgen. Außerdem wird sich das Augenmerk von Cassini erneut auf den Saturn richten, welcher dabei aus unterschiedlichen Entfernungen mit den verschiedenen Instrumenten untersucht werden soll.

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

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: EPSC-DPS 2011. Vertont von Peter Rittinger.

Durchschnittlich einmal pro Saturnjahr, also etwa alle 30 Erdjahre, gerät die Atmosphäre des Saturn aufgrund der stark ausgeprägten Jahreszeiten während des dann einsetzenden Frühlings auf der nördlichen Planetenhemisphäre in Aufruhr. In den unteren Wolkenschichten des Planeten entsteht in dieser Zeit eine Störung, welche so stark ausfällt, dass sie nicht nur verhältnismäßig kurzzeitige und punktuell auftretende Auswirkungen hat, sondern vielmehr die Atmosphäre des gesamten Planeten beeinflussen kann. Dies äußert sich in der Bildung gigantischer Sturmgebiete über den mittleren nördlichen Breiten, welche sich auf Fotoaufnahmen als helle Zonen erkennen lassen und im Gegensatz zu den „normalen“ Saturnstürmen in den mittleren Breiten über mehrere Monate hinweg aktiv sind. Gegenwärtig ist die Saturnsonde Cassini damit beschäftigt, ein solches Sturmgebiet, welches sich seit dem Dezember 2010 über der nördliche Hemisphäre des Saturn ausdehnt, näher zu untersuchen.

Aber nicht nur der Ringplanet Saturn ist von solchen jahreszeitlich bedingten Wetterphänomenen betroffen. Auch dessen Mond Titan, der größte der bisher 62 bekannten Saturnmonde, verfügt über eine dichte Atmosphäre, welche sich zu 98,4 Prozent aus Stickstoff zusammensetzt. Neben dem Edelgas Argon und der Kohlenwasserstoffverbindung Methan konnten in der Vergangenheit zudem mehr als ein Dutzend organischer Verbindungen wie zum Beispiel Ethin, Ethan, Propan und Cyanwasserstoff nachgewiesen werden.

Titans Atmosphäre erhebt sich rund zehnmal höher in den Weltraum als die irdische. Die Troposphäre des Mondes reicht zum Beispiel bis in eine Höhe von etwa 50 Kilometern. In deren oberen Schichten herrscht eine Windgeschwindigkeit von etwa 30 Metern pro Sekunde. Zudem rotiert die Atmosphäre schneller von Ost nach West als die Mondoberfläche. Dieses als Superrotation bezeichnete Phänomen führt zu starken Turbulenzen innerhalb der Troposphäre.

In der Atmosphäre des Titan sind zudem eindeutig Wolkenformationen zu erkennen, welche sich überwiegend aus Methan zusammensetzen. So konnte zum Beispiel bereits im September 2010 ein massives Sturmgebiet mit einer Ausdehnung von über 1.000 Kilometern registriert werden. Von der Raumsonde Cassini über einen Zeitraum von mehreren Jahren angefertigte Aufnahmen zeigten dabei deutlich erkennbare Veränderungen auf der Oberfläche des Mondes, welche auf einer Fläche von etwa 500.000 Quadratkilometern erfolgten. Unmittelbar nach dem Vorbeizug des Sturmes erschien die Mondoberfläche in diesem Bereich deutlich dunkler gefärbt als zuvor. Diese Veränderungen werden von den Cassini-Wissenschaftlern als ein Beleg für einen erfolgten Methanregen interpretiert, welcher zu der Verdunkelung führte.

Das auslösende Sturmgebiet verfügte in seinem Zentrum über eine Ost-West-Ausdehnung von rund 1.200 Kilometern. An den Flanken erstreckte es sich nochmals über jeweils mehrere hundert Kilometer in die nordwestliche beziehungsweise südwestliche Richtung. Wie können sich jedoch solche markanten pfeilförmigen Wolkenformationen bilden? Diese Frage konnte jetzt ein Wissenschaftlerteam um Jonathan L. Mitchell von der University of California in Los Angeles/Kalifornien beantworten.

Laut der mittels Computersimulationen durchgeführten Analysen wurde die pfeilförmige Wolkenstruktur durch weiträumige atmosphärische Wellen, den sogenannten Kelvin-Wellen, erzeugt. Diese Wellen bilden sich in der Äquatorregion des Mondes und führen dabei zur Entstehung von räumlich scharf abgegrenzten, sehr kompakt ausfallenden und unter bestimmten Umständen auch pfeilförmig geformten Wolkenstrukturen. Die Kelvin-Wellen steuern dabei zudem die globalen Windströmungen und den atmosphärischen Wärmeaustausch auf Titan. Außerdem beeinflussen diese atmosphärischen Wellen auch die auf dem Titan auftretenden Methan-Niederschläge und die dadurch bedingt auftretende Bodenerosion.

Laut der Computersimulationen der an der Forschungsarbeit beteiligten Wissenschaftler ging in dem Bereich der pfeilförmigen Wolkenstruktur eine Niederschlagsmenge von ein bis zwei Zentimetern auf die Oberfläche nieder. Diese für die auf Titan vorherrschenden Verhältnisse intensiven Niederschläge, welche immerhin etwa die 20-fache Menge des normalerweise erfolgenden Niederschlages bedeuten, könnten nach Ansicht der Wissenschaftler einen wesentlichen Faktor bei verschiedenen erosiven Prozessen darstellen, welche auf der Oberfläche des Mondes erfolgen. Unter anderem lassen sich damit die Fließstrukturen erklären, welche in der Vergangenheit auf dem Titan beobachtet werden konnten.

Die hier kurz angerissenen Forschungsergebnisse wurden heute im Rahmen des diesjährigen EPSC-DPS Joint Meeting 2011, einem gerade in Nantes/Frankreich stattfindenden Wissenschaftskongress, vorgestellt.

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EPSC-DPS Joint Meeting 2011:

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Der Beitrag Titan: Atmosphärische Wellen führen zu Niederschlägen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am heutigen Tag erreicht die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zum Saturn. Dabei befindet sich Cassini in einer Entfernung von etwa 2,69 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 151. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde wird sich auch in den kommenden zehn Monaten auf einer Orbitbahn bewegen, welche fast genau auf einer Ebene mit der Ringebene des Saturn sowie den Umlaufbahnen mehrerer größerer Saturnmonde verläuft.

Wie bereits die vorherigen Umläufe wird auch der in diesen Stunden beginnende Orbit, er trägt die Bezeichnung „Rev 150“, von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern überwiegend dazu genutzt werden, den Ringplaneten und den größten seiner 62 bisher bekannten Monde, den etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, mit verschiedenen Instrumenten zu untersuchen und aus unterschiedlichen Entfernungen mit der ISS-Kamera der Raumsonde abzubilden. Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, eines von insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während der kommenden 22 Tage insgesamt 33 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Der überwiegende Teil dieser Beobachtungen wird ein gewaltiges Sturmgebiet zum Ziel haben, welches sich seit dem Dezember 2010 über der nördliche Hemisphäre des Saturn ausdehnt (Raumfahrer.net berichtete).

Zuvor befinden sich jedoch erst einmal die Monde des Saturn im Fokus der Wissenschaftler. Nach der Anfertigung einer Aufnahmesequenz, welche der Kalibrierung der Kamera dient und die am 1. Juli 2011 erfolgen soll, wird die ISS-Kamera ihren wissenschaftlichen Betrieb am 3. Juli aufnehmen. Aus einer Entfernung von rund 3,39 Millionen Kilometern soll dabei der Saturnmond Titan abgebildet werden. Mit den Aufnahmen des zu diesem Zeitpunkt lediglich zur Hälfte von der Sonne beleuchteten Mondes sollen Oberflächenformationen und Wolken im Bereich der Fenzal-Aztlan-Region beobachtet werden. Neben Erkenntnissen über die komplexe Meteorologie des Titan erhoffen sich die Wissenschaftler dadurch weitere Informationen über eventuell erfolgende Veränderungen auf dessen Oberfläche.

Unmittelbar im Anschluss an die Titan-Beobachtung stehen verschiedene astrometrische Beobachtungen von mehreren kleineren Saturnmonden auf dem Arbeitsprogramm der Raumsonde. Das wissenschaftliche Ziel der dabei erfolgenden Abbildungen der Monde Prometheus, Epimetheus, Calypso, Pallene, Helene und Polydeuces besteht darin, die bisher verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Die entsprechenden Fotosequenzen werden allerdings durchweg aus größeren Distanzen angefertigt, so dass im Rahmen dieser Beobachtungen keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde aufgelöst werden können. Weitere astrometrische Beobachtungen werden am 5. Juli erfolgen und die Monde Helene, Pallene, Anthe, Prometheus und Janus zum Ziel haben.

Direkt im Anschluss an die astrometrischen Mondbeobachtungen am 3. Juli steht eine Beobachtung des G-Ringes auf dem Arbeitsprogramm der Raumsonde. Dieser Ring erstreckt sich in einer Entfernung von 165.800 bis 173.800 Kilometern vom Zentrum des Saturn. Vorangegangene Untersuchungen haben zu dem Schluss geführt, dass der G-Ring durch die Erosion großer Eispartikel aus einer Region am inneren Rand des G-Rings gespeist wird. In dieser Region, dem so genannten „G-Ring arc“, befinden sich wesentlich mehr und auch deutlich größere Eispartikel als in den restlichen Bereichen des Ringes. Diese Partikel erscheinen in den Cassini-Aufnahmen wesentlich heller als die Umgebung.
Bei der jetzt anstehenden Beobachtungssequenz wird die ISS-Kamera den G-Ring zusammen mit dem Visual Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) abbilden. Im Gegensatz zur ISS-Kamera, welche ihre Aufnahmen ausschließlich im sichtbaren Licht anfertigt und dabei eine relativ hohe Auflösung erreicht, sammelt dieses abbildende Spektrometer seine Daten im Spektralbereich des nahen UV-Spektrums über das sichtbare Licht bis hin zum mittleren Infrarot-Spektrum. Das im Vergleich zur ISS-Kamera bessere Kontrastvermögen des VIMS-Spektrometers hat allerdings eine verhältnismäßig niedrige Auflösung zur Folge. Da sich die beiden Instrumente ergänzen, werden sie von den Wissenschaftlern der Cassini-Mission oftmals zeitgleich eingesetzt.

Am 9. Juli wird Cassini um 16:02 Uhr MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses 151. Orbits, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Raumsonde 183.410 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn. Während der Annäherungsphase an des Saturn wird der Ringplanet Cassini seine in diesem Zeitraum nicht von der Sonne beleuchtete Hemisphäre zuwenden. Bei dieser Gelegenheit werden die ISS-Kamera und das VIMS-Spektrometer nach Blitzen in der Saturnatmosphäre Ausschau halten, welche sich unter diesen Beleuchtungsverhältnissen besonders gut erkennen lassen. Eine erste entsprechende Beobachtungssequenz erfolgt am 9. Juli unmittelbar vor dem Erreichen der Periapsis und wird über einen Zeitraum von 12 Stunden andauern. Zwei weitere Beobachtungen mit einer Dauer von jeweils zwei Stunden werden dann am 10. Juli erfolgen.

Für den 12. Juli sind diverse Aufnahmen mit der WAC-Kamera vorgesehen. Durch die Kombination verschiedener Filter soll Saturn hierbei in Echtfarben wiedergegeben werden. Das VIMS-Spektrometer wird sich am selben Tag auf die nördliche Hemisphäre konzentrieren. Vom 13. bis zum 20. Juli sind dann schließlich 14 weitere Aufnahmesequenzen geplant, die sich ausschließlich auf das gigantische Sturmgebiet konzentrieren werden, welches sich gegenwärtig über die nördliche Hemisphäre des Saturn erstreckt. Mit diesen aus unterschiedlichen Entfernungen und mit verschiedenen Instrumenten erfolgenden Aufnahmen und Messungen soll dessen weitere Entwicklung dokumentiert werden.

Zwischen den einzelnen Beobachtungskampagnen werden auch immer wieder verschiedene der insgesamt 62 bisher bekannten Saturnmonde auf den Aufnahmeprogramm der Raumsonde stehen. Neben weiteren Titan-Beobachtungen am 11., am 14. und am 17. Juli wird so zum Beispiel am 14. Juli der Mond Rhea in den – allerdings nur indirekten – Fokus rücken.

An diesem Tag soll die ISS-Kamera die Region um den Lagrange-Punkt L4 dieses Mondes abbilden. An den fünf Lagrangepunkten heben sich die Gravitationskräfte benachbarter Himmelskörper und die Zentrifugalkraft der Bewegung gegenseitig auf. Dadurch entstehen an diesen Punkten Zonen mit einem niedrigen Gravitationspotenzial. Drei der Lagrange-Punkte, nämlich L1, L2 und L3, sind dabei relativ instabil, so dass bereits leichte gravitative Wechselwirkungen zu einem Entweichen von eventuell dort befindlichen Objekten führen können. Die Punkte L4 und L5, welche sich 60 Grad vor beziehungsweise hinter dem Himmelskörper befinden, sind dagegen stabil, so dass sich dort kleinere Objekte sammeln und anschließend über einen nahezu unbegrenzt langen Zeitraum aufhalten können.

Im Mondsystem des Saturn befindet sich so zum Beispiel der kleine Mond Telesto in der L4-Region des größeren Mondes Tethys. Der L5-Punkt von Dione wird dagegen von dem Mond Polydeuces eingenommen. Die geplante Beobachtung des L4-Punktes von Rhea dient der Suche nach einem eventuell dort befindlichen und bisher noch unentdeckten weiteren Begleiter des Ringplaneten. Mehrere entsprechende Suchkampagnen von Cassini sind in der Vergangenheit allerdings erfolglos verlaufen.

Weitere astrometrische Mondbeobachtungen sind für den 17. und den 20. Juli vorgesehen. Außerdem wird die ISS-Kamera am 14. und am 18. Juli die nahen Begegnungen von verschiedenen Monden dokumentieren. Am 14. Juli wird sich dabei der Mond Tethys vor den Mond Titan schieben. Tethys ist zum Zeitpunkt dieser Bedeckung rund 1,86 Millionen Kilometer von Cassini entfernt. Die Distanz zu Titan wird dagegen 3,21 Millionen Kilometer betragen. Am 18. Juli wird der Mond Dione 2,19 Millionen Kilometer von der Raumsonde entfernt sein, während er vor der südlichen Hemisphäre des 3,09 Millionen Kilometer entfernten Mondes Rhea vorbeizieht. Dessen nördliche Hemisphäre wird zu diesem Zeitpunkt zusätzlich teilweise von den Ringen des Saturn verdeckt sein.

Neben den ästhetischen Aspekten solcher Bedeckungsereignisse haben derartige fotografischen Dokumentationen auch einen wissenschaftlichen Hintergrund. Genauso wie auch bei den astrometrischen Beobachtungen können durch die Bestimmung der exakten Positionen der beobachteten Monde die verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter verfeinert werden. Am 13. Juli steht außerdem erneut das Ringsystem des Saturn auf dem Beobachtungsprogramm. An diesem Tag wird die ISS-Kamera den E-Ring abbilden. Anhand mehrerer Aufnahmen durch verschiedene Filter soll an diesem Tag ein vertikales Profil des abzubildenden Bereiches dieses diffusen Ringes erstellt werden.

Am 21. Juli wird Cassini schließlich in einer Entfernung von rund 2,8 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis erreichen und den 151. Orbit um den Ringplaneten beenden. Während des damit beginnenden Orbits Nummer 152 wird sich das Hauptaugenmerk der Raumsonde erneut in erster Linie direkt auf den Saturn richten. Erneut wird eine Vielzahl der dabei vorgesehenen Observationen speziell das ausgedehnte Sturmgebiet über der nördlichen Hemisphäre des Planeten zum Ziel haben.

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

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Der Beitrag Raumsonde Cassini beginnt den Saturn-Orbit Nummer 151 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am 31. Dezember 2010 erreichte die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn erneut die Apoapsis, den Punkt der größten Entfernung zum Saturn. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Cassini etwa 2,63 Millionen Kilometer von der obersten Wolkenschicht des Saturn entfernt und begann zugleich ihren 144. Umlauf um den Ringplaneten. Die Raumsonde befindet sich gegenwärtig in einem Orbit, welcher sich fast genau auf einer Ebene mit der Ringebene des Saturn sowie der Umlaufbahnen mehrerer größerer Saturnmonde befindet.

Der gegenwärtige Umlauf wird unter anderem dazu genutzt werden, um mehrere dieser Monde im Rahmen von nicht zielgerichteten Vorbeiflügen zu untersuchen. Bei diesen sogenannten „non-targeted flybys“ handelt es sich um Begegnungen mit größeren Saturnmonden, welche in Entfernungen von bis zu mehr als 100.000 Kilometern stattfinden, ohne dass hierfür eine Bahnkorrektur der Raumsonde durchgeführt werden muss. Des weiteren steht für den 11. Januar 2011 ein zielgerichteter Vorbeiflug an dem Mond Rhea, dem zweitgrößten Mond des Saturn, auf dem Arbeitsprogramm der Raumsonde.

Das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment an Bord von Cassini wird die wissenschaftlichen Beobachtungen während dieses auch als „Rev143“ bezeichneten Saturn-Umlaufs am 2. Januar aufnehmen. Das Beobachtungsziel der WAC-Kamera wird dabei der Saturn sein. Seit Anfang Dezember 2010 entwickelt sich auf der nördlichen Hemisphäre des Ringplaneten ein ausgedehntes Sturmgebiet, welches zuerst von Amateurastronomen entdeckt wurde.

Aufnahmen der Amateurastronomen Sadegh Ghomizadeh und Teruaki Kumamori vom 8. und 9. Dezember 2010 zeigen diesen Sturm dabei als ein ungewöhnlich großes Sturmgebiet, welches auf den Aufnahmen durch seine helle Farbe auffällt. Auf späteren Aufnahmen war erkennbar, dass sich der Sturm in den folgenden Wochen kontinuierlich ausgedehnt hat. Als Reaktion auf diese Entdeckung fertigte die ISS-Kamera der Raumsonde Cassini bereits am 23. und 24. Dezember mehrere Aufnahmen dieses Sturmgebietes an.

Auf den jetzt geplanten neuen Aufnahmen sollte dieses Sturmgebiet am unmittelbaren westlichen Rand der Planetenscheibe sichtbar sein. Von besonderem Interesse für die Wissenschaftler ist hierbei, dass dies der erste Sturm ist, welcher seit der Ankunft von Cassini im Saturnsystem im Sommer 2004 in der nördlichen Planetenhemisphäre beobachtet werden konnte. Zuvor konnten solche Stürme lediglich regelmäßig in den mittleren südlichen Breiten des Saturn beobachtet werden. Allerdings fielen die dort beobachteten Stürme von ihrer Ausdehnung her deutlich kleiner aus als der aktuelle Sturm.

Der jetzige Sturm ist vermutlich das Resultat des gerade auf Saturn stattgefundenen Wechsels der Jahreszeiten. Um die damit verbundenen Mechanismen innerhalb der Saturnatmosphäre eingehender zu studieren, dürften in der Zukunft weitere Beobachtungen dieses und zukünftiger Sturmgebiete auf der nördlichen Saturnhemisphäre folgen, welche sowohl mit den Instrumenten von Cassini als auch mit erdgebundenen bzw. Weltraumteleskopen erfolgen werden.

Direkt nach den Saturnaufnahmen werden verschiedene astrometrische Beobachtungen von mehreren kleineren Saturnmonden erfolgen. Das wissenschaftliche Ziel der dabei erfolgten Abbildungen der Monde Polydeuces, Telesto, Pallene, Prometheus, Anthe und Atlas besteht darin, die bisher verfügbaren Daten über deren jeweilige Umlaufbahnen noch weiter zu verfeinern. Diese Einzelbeobachtungen werden allerdings durchweg aus größeren Distanzen erfolgen und somit keine Oberflächendetails der jeweiligen Monde auflösen können. Eine Wiederholung der verschiedenen Beobachtungssequenzen vom 2. Januar ist für den 6. Januar vorgesehen.

Für den 7. Januar ist eine längere Beobachtung des Mondes Tarvos geplant. Insgesamt sollen dabei aus einer Entfernung von etwa 12 Millionen Kilometern 311 Einzelaufnahmen dieses lediglich etwa 15 Kilometer durchmessenden Mondes angefertigt werden. Die Beobachtung von Tarvos ist Bestandteil einer langfristig angelegten Kampagne, in deren Verlauf mehrere der kleinen, äußeren Saturnmonde unter verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen aus mehreren Millionen Kilometern Entfernung abgebildet werden. Trotz der großen Distanz zwischen den Monden und der Raumsonde kann Cassini bei derartigen Beobachtungen wertvolle Daten über die Ausdehnung, die sich daraus ergebende Gestalt sowie die Dauer der Rotationsperioden der einzelnen Monde sammeln, welche sich aus Variationen in den beobachteten Lichtkurven ergeben. Zusätzlich werden bei diesen Beobachtungen auch Informationen über die Ausrichtung der Rotationsachsen und die Rotationsrichtung der Monde gewonnen.

Nach einer kurzen Aktivierung der Triebwerke am 7. Januar, dieses als „short engine burn“ bezeichnete Manöver dient einer Kurskorrektur der Sonde, wird Cassini am 10. Januar um 17:14 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während ihres 144. Orbits, erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde 155.590 Kilometer über der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden. In diesem Zeitraum werden sich mehrere der 12 wissenschaftlichen Instrumente der Raumsonde auf den Saturn konzentrieren.

Am 9. Januar werden dabei das Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) und das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS) die nicht von der Sonne beschienene Nachtseite des Ringplaneten sowie eine schmale „Saturnsichel“ abbilden. Mit Hilfe dieser Daten soll nach Blitzen auf der Nachtseite des Saturn gesucht werden. Außerdem will man bei dieser Gelegenheit die obersten Schichten der Planetenatmosphäre näher untersuchen. Durch den Einsatz verschiedener Filter, so die Erwartungen der Wissenschaftler, können eventuell einzelne Wolkenbänder oder Dunstschichten abgebildet werden.

Die von der Sonne beleuchtete Saturnsichel wird auch am darauffolgenden Tag das erneute Ziel von UVIS darstellen. VIMS dagegen wird an diesem Tag die Sterne Sirius im Sternbild Canis Major (Großer Hund) und 19 Leo im Sternbild Leo (Löwe) beobachten. Zum Zeitpunkt der Beobachtungen werden diese beiden Sterne langsam von dem Saturn verdeckt werden. Durch die während dieser Sternokkulationen gewonnenen Beobachtungsdaten erhoffen sich die Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über den Aufbau und die Dichte der oberen Schichten der Saturnatmosphäre. Anschließend erfolgt eine ausführliche Kartierung der Äquatorregion des Saturn, welche ebenfalls durch das VIMS-Spektrometer erfolgen wird. All diese Untersuchungen sollen durch zeitgleich erfolgende ISS-Aufnahmen unterstützt werden.

Ebenfalls am 10. Januar wird Cassini die Monde Pandora und Methone im Rahmen von nicht zielgerichteten Vorbeiflügen in Entfernungen von 95.000 Kilometern beziehungsweise 86.000 Kilometern passieren. Zusätzlich ist eine Beobachtung des größten Saturnmondes, des etwa 5.150 Kilometer durchmessenden Titan, vorgesehen. Aus einer Distanz von rund 934.500 Kilometern soll dabei mit der NAC-Kamera nach Wolkenstrukturen in dessen Atmosphäre Ausschau gehalten werden.

Für den 11. Januar steht schließlich der eigentliche wissenschaftliche Höhepunkt des Orbits Nummer 144 auf dem Programm der Raumsonde. Um 05:53 MEZ wird Cassini den zweitgrößten Mond des Saturn, den 1.528 Kilometer durchmessenden Mond Rhea, im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von rund 8 Kilometern pro Sekunde in einer Höhe von 75,9 Kilometern überfliegen.

In den 50 Minuten vor der dichtesten Annäherung wird dabei das Cassini Plasma Spectrometer (CAPS) die wissenschaftlichen Analysen bestimmen. Mit den Daten dieses Instruments konnte erst vor Kurzem eine äußerst dünne Atmosphäre um diesen Mond ausgemacht werden (Raumfahrer_net berichtete). Die jetzt anstehenden CAPS-Messungen sollen in erster Linie der Untersuchung des magnetosphärischen Plasmas in der Umgebung von Rhea dienen. Außerdem soll mit verschiedenen Instrumenten erneut nach Anzeichen für einen Ring gesucht werden, welcher diesen Mond eventuell umgibt.

Zugleich wird auch die ISS-Kamera verschiedene Bereiche der Mondoberfläche mit unterschiedlichen Auflösungen abbilden. „Das werden dann die besten Bilder überhaupt sein, die wir je von Rhea zu Gesicht bekommen. Selbst wenige Meter kleine Details werden darauf erkennbar sein!“, so Dr. Thomas Roatsch vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. Mit Hilfe dieser Aufnahmen erhoffen sich die beteiligten Wissenschaftler eine weitere Verbesserung der gerade veröffentlichten aktuellsten Oberflächen-Karte von Rhea (Raumfahrer_net berichtete).

Für den 15. Januar sind zwei weitere Beobachtungen von Titan vorgesehen. Anschließend erfolgen erneute astrometrische Beobachtungen, welche diesmal die Monde Polydeuces, Telesto, Methone, Pandora, Atlas, Anthe und Epimetheus zum Ziel haben werden. Am 21. Januar wird Cassini schließlich erneut die Apoapsis erreichen und damit den 144. Orbit um den Ringplaneten beenden. Der damit beginnende Orbit Nummer 145 wird unter anderem nicht zielgerichtete Vorbeiflüge an den Saturnmonden Mimas, Helene und Enceladus beinhalten, welche am 31. Januar 2011 stattfinden werden.

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Der Beitrag Cassinis Saturn-Orbit Nummer 144 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Klaus Donath. Quelle: NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Nachdem man jahrelang gewartet hat bis Saturn dunkel genug wurde, um mit den Bordkameras Lichtblitze aufnehmen zu können, konnten Wissenschaftler nun ein Video erstellen. Sogar mit Ton, der von den Radiowellen, welche die Blitze aussenden, in den hörbaren Bereich konvertiert wurde.

George Fischer vom Radio-und-Plasmawellen-Team des Weltraumforschungsinstitutes in Graz, Österreich, sagte, es sei das erste Mal, dass Sie den sichtbaren Bereich mit den Radiowellendaten zusammenbringen konnten.

Das Video zusammen mit den Radiowellen im Ton lässt auf extrem energiereiche Stürme schließen mit Blitzen so hell wie die hellsten der Erde. Interessanterweise sind die Stürme auf dem Saturn stärker als auf der Erde. Allerdings entstehen Sie deutlich seltener, meist existiert nur ein Sturm auf der gesamten Oberfläche zur selben Zeit. Dieser kann dann allerdings Monate andauern.

Die ersten Bilder von den Blitzen wurden im August 2009 gemacht während eines Sturms, der von Januar bis Oktober 2009 andauerte, länger als jedes bisher observierte Sturmgebiet im Sonnensystem. Für das Video brauchte man jedoch Fotos von helleren Blitzen. Daher nahm man für die Sequenz einen Sturm von November bis Mitte Dezember 2009. Die Einzelbilder stammen alle aus einem Zeitfenster von über 16 Minuten am 30. November 2009. Die Blitze dauern alle weniger als eine Sekunde an. Das Video zeigt eine Wolkenformation, die knapp 3.000 Kilometer lang ist mit mehreren Blitzen, die jene Wolke an ihren Stellen um bis zu 300 km ausleuchteten. Wissenschaftler werden die Breite der Blitzausleuchtungen nutzen, um die Tiefe Ihrer Entstehung unter der Wolkendecke zu messen.

Wenn Blitze auf der Erde oder dem Saturn einschlagen, emittieren Sie Radiowellen, welche mit handelsüblichen AM-Empfängern wiedergegeben werden können. Im Video stammt der Ton vom „radio and plasma wave science“-Instrument der Cassini-Sonde.

Cassini erreichte den Saturn 2004 und zu diesem Zeitpunkt war es schwierig, die Lichtblitze aufzunehmen, weil der Planet zu sehr hell war und viel Licht reflektierte. Sonnenlicht, welches von den großen Ringen reflektiert wurde, machte selbst die von der Sonne abgewannte Seite heller als eine Vollmondnacht auf der Erde. Als im August 2009 die Periode (Equinox) begann, in der das Sonnenlicht senkrecht auf den Äquator scheint, wurden die Aufnahmen erst möglich. Zu dieser Zeit leuchtete die Sonne lediglich die Kante des Ringsystems an, so dass dieses dadurch kaum Licht auf die Oberfläche des Saturn reflektieren kann.

Das Cassini-Huygens-Projekt ist eine Gemeinschaftsproduktion der NASA, ESA und der italienischen Raumfahrtorganisation. Das JPL (Jet Propulsion Laboratory) der NASA aus Kalifornien koordiniert die Mission.

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Ein Beitrag von Christian Bewermeyer. Quelle: NASA/JPL.

Diese Unwetter auf Saturn sind denen auf der Erde ähnlich, haben aber viel größere Ausmaße. So haben die Stürme beispielsweise einen Durchmesser von mehreren tausend Kilometern. Cassini, eine Saturn-Sonde der US-Raumfahrtbehörde NASA, beobachtet diese Ereignisse bereits seit einigen Monaten. Schon jetzt gehört das aktuelle Unwetter zu den am längsten verfolgten Stürmen auf Saturn.

Am 27. November 2007 spürte ein Instrument die ersten Radiowellen auf, die durch die Lichtblitze im Gewitter erzeugt wurden. Daraufhin beobachteten die Kameras der Raumsonde Cassini den Bereich und entdeckten den Sturm schließlich eine Woche später, am 6. Dezember. Laut Georg Fischer, einem Wissenschaftler, der für das Radiowelleninstrument mit verantwortlich ist, habe man schon in den Jahren 2004 und 2006 ähnliche Unwetter beobachtet. Diese dauerten aber nur einen Monat, wodurch dieser Sturm zu den längsten gehört.

Wie auch schon die früheren Stürme, wurde das Gewitter in der südlichen Hemisphäre entdeckt. Dort kann der Sturm durch die Instrumente alle zehn Stunden – der ungefähren Länge eines Tags auf Saturn – erforscht werden. Die Blitze geben alle paar Sekunden einen Radioimpuls ab, der selbst dann aufgespürt werden kann, wenn Cassini bereits über den Horizont des Sturms geflogen ist – ein Resultat der Krümmung der Wellen durch die Atmosphäre.

Der Beitrag Cassini beobachtet langlebigen Saturn-Sturm erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: ESA.

Am 4. April 2006 schwenkte die erste ESA-Venusmission in eine Umlaufbahn um den umwölkten Schwesterplaneten ein. Obwohl die Venus bereits in der Frühzeit der Sonden-gestützten Raumfahrt das vielfache Ziel amerikanischer und sowjetischer Raumfahrzeuge war – Venus Express machte bereits im Juni erste Entdeckungen: Danach wird der Planet ständig von extremen Winden umweht, was in der Südpolregion zur Entstehung von zwei Wirbelstürmen führt. Wie genau dieses komplexe Sturmsystem am Pol zustande kommt, ist unklar und ein wichtiges Ziel aktueller Forschung.
Eine neue Serie von Aufnahmen wendet sich nun den Sturmsystemen zu. Dafür wurden Tag- und Nacht-Aufnahmen aus unterschiedlichen Höhen kombiniert und so aufbereitet, dass eine Animation entsteht. Ziel der ESA-Forscher ist es, damit die komplexe Dynamik der Venusatmosphäre zu verstehen, deren Winde in nur vier Tagen den Planeten komplett umrunden. Damit wäre zu erwarten, dass es zu je einem Wirbelsturm an jedem Pol kommt – die Entstehung von zwei Sturmsystemen nur am Südpol ist daher völlig unverstanden.

Die ersten Aufnahmen der nun veröffentlichten Bilderreihe wurde vom Punkt mit maximalem Abstand auf der Bahn der Sonde gemacht. In diesem Bereich der Bahnellipse bewegt sich die Sonde nach dem zweiten Keplerschen Gesetz am langsamsten und kann somit das Ziel am besten im Fokus halten. Dabei konnten die Vorteile des Instruments VIRTIS (Ultraviolet, Visible and Near-Infrared Mapping Spectrometer) ausgenutzt werden, dass vor allem Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge um drei Mikrometer nutzte, um so sowohl Tag- als auch Nachtseite der Venus gleichzeitig beobachten zu können. Bei kürzeren Wellenlängen sind die thermischen Emissionen zwischen Tag- und Nachtseite zu unterschiedlich und die Tagseite würde die Nachtseite leicht überstrahlen.
„Das Ganze ist vergleichbar mit einem Blick auf hellen, von der Sonne angestrahlten Schnee und gleichzeitig an einen dunklen Himmel“, sagte Giuseppe Piccioni, Co-Principal Investigagor für das VIRTIS -Instrument. „Mit dieser Technik können wir nicht nur gleichzeitig Tag- und Nachtseite der Venus beobachten; wir können auch in verschiedene Tiefen der Atmosphäre blicken. Derzeit erstellen wir eine vollständige 3D-Datensammlung der Venusatmosphäre.“

Allerdings ist das aktuelle Video bei weitem noch nicht das Optimum. Das hat jedoch keine technischen Ursachen: Vielmehr ist das Wetter Schuld. Denn Venus Express, die während jeweils acht Stunden Beobachtungszeit in fünf Venusumläufen benötigte, hatte mit schlechten Wetterbedingungen zu kämpfen. Gerade im Bereich von 1,7 Mikrometern Wellenlänge – die für die Beobachtung der Nachtseite gewählt wurde – störten hohe atmosphärische Wolken eine klare Auflösung des Sturmsystems.
„Wenn es das Wetter zulässt, werden wir vielleicht mit Hilfe einer ausgeweiteten Beobachtungszeit in Zukunft in der Lage sein, einen deutlicheren Blick auf den polaren Vortex werfen zu können“, sagte Piccioni.

„Mit Hilfe solcher Videos, die alle gesammelten Informationen zusammenführen, werden wir in der Lage sein, sowohl kurz- als auch langfristige Aspekte der Entstehung des Vortex´ besser zu verstehen“, sagte Pierre Drossart, ebenfalls Co-Investigator für VIRTIS. „Wir wollen die übergeordnete dreidimensionale Struktur des Vortex´ durchschauen, vor allem die Unterschiede in horizontalen Winden.“

Jedoch werden die nächsten Schritte der Forschung auf diesem Feld auf der Erde stattfinden: So sollen die Daten von Venus Express nun mit Fluiddynamik-Computermodellen verglichen werden. Damit könnte das bisher beste Modell der Venusatmosphäre entstehen.

Der Beitrag Venus-Stürme im Film erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Maria Steinrück. Quelle: ESA.

Auf der Venus herrschen starke Winde, die den Planeten innerhalb von vier Erdentagen mit 400 Kilometern pro Stunde umkreisen, während die Venus selbst 243 Tage braucht, um sich einmal um ihre Achse zu drehen – man nennt das „Superrotation“. Forscher fragen sich nun: Wodurch werden diese gewaltigen Stürme und Turbulenzen verursacht? Spielt die Oberflächentopografie eine Rolle in der komplizierten Dynamik der Atmosphäre?

Die dichten Wolken verhindern die Beobachtung der unteren Schichten der Atmosphäre und der Oberfläche mit sichtbarem Licht. Die ESA-Raumsonde Venus Express kann mit dem Instrument Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) jedoch in verschiedene Schichten der Atmosphäre blicken, indem sie mit unterschiedlichen Infrarotwellenlängen arbeitet. VIRTIS kann auch Beobachtungen auf der Nachtseite der Venus durchführen. Das Instrument lieferte schon viele Bilder der Wolkenstrukturen und wird seine Beobachtungen auch in der nächsten Zeit fortsetzen, um Antworten auf die vielen Fragen zu finden.

Die atmosphärischen Turbulenzen und Wolkenstrukturen variieren in unterschiedlichen Breiten: Am Äquator sind die Wolken unregelmäßig und bilden eine seltsame „Blasenform“. In mittleren Breiten hingegen sind die Wolken regelmäßiger und parallel zur Superrotation ausgerichtet. In den polaren Gebieten formen die Wolken einen Wirbel.

Die komplexen Wolkenformen am Äquator entstehen, weil dort die extrem starken Winde der Superrotation auf lokale Turbulenzen und Winde treffen. Eine Ursache für diese regionalen Winde ist die Sonne: Wenn die Sonneneinstrahlung die Atmosphäre erwärmt, steigt das warme Gas auf, weiteres Gas strömt nach und es entsteht ein Wind.

Auf der Nachtseite der Venus sind die Wolkenformationen und Winde denen auf der Tagseite jedoch verblüffend ähnlich, obwohl der Einfluss der Sonne fehlt. Daher versuchen die Wissenschaftler herauszufinden, ob noch andere Mechanismen außer der Erwärmung durch die Sonne die äquatorialen Turbulenzen verursachen.

Möglicherweise spielt die Oberflächentopografie dabei eine bedeutende Rolle. Die Forscher vermuten, dass sowohl eine Verbindung zwischen der Oberfläche und den lokalen atmosphärischen Turbulenzen als auch der globalen Dynamik der Atmosphäre besteht. Dies zu beweisen und besser zu verstehen, ist ein Hauptziel der Venus Express-Mission.

Verwandte Webseiten

• Venus Express-Seite der ESA

Der Beitrag Venus Express beobachtet stürmische Atmosphäre erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Maria Steinrück. Quelle: University of Washington. Vertont von Karl Urban.

Daten über extrasolare Planeten zu bekommen, ist nicht so leicht. Die meisten von ihnen umkreisen Sterne, die 100 Lichtjahre oder weiter von unserer Erde weg sind. Außerdem werden sie von ihren Sternen überstrahlt. Dennoch ist es mit dem Spitzer-Weltraumteleskop bei einigen Exoplaneten gelungen, die Oberflächentemperaturen sowie die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht zu messen.

Weil die meisten bekannten Exoplaneten, Gasriesen ähnlich dem Jupiter, aber viel heißer, ihre Sterne in extrem geringer Entfernung umkreisen, wirken auf sie starke Gezeitenkräfte. Dadurch wird ihre eigene Rotation rasch abgebremst, bis immer die gleiche Seite zum Stern zeigt, ähnlich wie der Mond der Erde immer die gleiche Seite zuwendet.Man geht davon aus, dass dies auch auf die nun untersuchten Planeten zutrifft. Bei der Messung der Temperaturunterschiede erwartete man daher einen starken Unterschied zwischen der Tag- und Nachtseite. Zuvor hatte sich diese Vermutung bei dem Planeten Upsilon Andromedae b bestätigt- man hatte eine Differenz von 1400 Grad Celsius festgestellt.

Bei den drei betroffenen Exoplaneten stieß man jedoch auf eine Überraschung: Es ließ sich kaum ein Unterschied zwischen Tag und Nacht feststellen. Auf allen drei Planeten scheint eine konstante Temperatur von ungefähr 925 Grad Celsius zu herrschen.

Vermutlich sorgen auf diesen Planeten extreme Winde für einen Temperaturausgleich. Diese umkreisen sie ständig mit Überschallgeschwindigkeit- möglicherweise erreichen diese Stürme Spitzengeschwindigkeiten von fast 15.000 Kilometern pro Stunde! Dagegen sind Stürme auf unserer Erde nicht einmal ein kleiner Lufthauch.

Zu den untersuchten Planeten zählen 51 Pegasi b, HD179949b und HD209458b.
51 Pegasi b ist der Exoplanet, der 1995 als erster Planet, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist, entdeckt wurde. Er ist etwa 50 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt und umkreist seinen Stern einmal innerhalb von 4 Tagen.HD179949b und HD209458b ähneln ihm in ihren Dimensionen, sind jedoch mehr als doppelt so weit von uns entfernt.

Das Team, das diese drei Exoplaneten untersuchte, wird von Eric Agol von der University of Washington angeführt. Ihn unterstützten Nicolas Cowan von derselben Universität sowie David Charbonneau vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Der Beitrag Stürmische Exoplaneten? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.