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Cassini Mission im ersten Halbjahr 2006

Einleitung

Die Cassini Mission ist die größte und komplexeste bisher entwickelte amerikanische Planetensonde. Um sie, mit der bei Artikeln auf meiner Seite, üblichen Genauigkeit zu beschreiben, habe ich den Artikel in mehrere thematisch gegliederte Unteraufsätze aufgeteilt:

Anders als meine anderen Aufsätze ist das kein abschließender Bericht, sondern er wird laufend ergänzt und so stehen die neuen Sachen chronologisch unten. Dass es ab und an einige abrupte Übergänge und auch Wiederholungen geben wird, bitte ich zu entschuldigen.

Die Mission 2006 wird keine gezielten Vorbeiflüge an den Eismonden beinhalten. Im ersten Halbjahr (genauer gesagt bis zum 22.6.2005) befindet sich Cassini noch in der Äquatorebene von Saturn. Die Vorbeiflüge an Titan verschieben die Bahn aber immer mehr in den Magnetschweif der Hauptgegenstand der Untersuchungen wird. Das bedeutet dass Saturn (und auch alle Monde) von Cassini nur in der kurzen Zeit der Periapsis gut fotografiert werden kann und sonst als Sicheln zu sehen sind.

Wichtige Vorbeiflüge an Eismonden im ersten Halbjahr 2005 sind in der unteren Tabelle festgehalten. Daneben gibt es noch 6 weitere Titanvorbeiflüge. Die Frequenz der Titanvorbeiflüge wird nun langsam zunehmen.

Mond Datum Distanz
Calypso 25.12.2005 19313 km
Rhea 17.1.2006 184000 km
Enceladus 17.1.2006 146000 km
Calypso 18.1.2006 129000 km
Helene 25.2.2006 67700 km
Rhea 21.3.2006 82200 km
Mimas 21.3.2006 193000 km
Janus 29.4.2006 204400 km

Orbit 20

DioneDer 20.ste Umlauf um den Saturn beginnt schon am 25.12.2005 und dauert bis zum 17.1.2005. Bei diesem Orbit passiert Cassini zweimal nahe den Titan: Einmal nach Passage der Periapsis am 26.12.1005 und einmal vor Erreichen der Periapsis am 15.1.2006.

Der erste Vorbeiflug (T9) ist noch in größerer Entfernung von 10400 km zur Oberfläche. Der zweite T10 führt dagegen bis auf 2043 km an die Oberfläche heran. Der erste Vorbeiflug senkt die Apoapsis von 3.23 auf 2.91 Millionen km Entfernung ab. Der zweite hebt die Periapsis von 278000 auf 338000 km an. Während dieses Orbits gibt es am 25.12.2005 einen Vorbeiflug an Calypso in 19313 km Entfernung und am 17.1.2005 zwei Vorbeiflüge in mittlerer Entfernung an Enceladus (146000 km) und Rhea (184000 km).

Der Vorbeiflug T9 sollte mit zwei Kurskorrekturen am 11.12. und am 23.12.2005 vorbereitet werden. Das für den 11.12. nahe der Apoapsis vorgesehene Manöver wurde gestrichen, weil die Bahn auch ohne es schon genau genug war. Der Vorbeiflug erinnert in seiner Geometrie an den von Voyager 1 im November 1980. Dies erlaubt für die Teilcheninstrumente sehr interessante Vergleiche, da in beiden Fällen der Magnetschweif passiert wird. CIRS soll am Horizont die Atmosphäre untersuchen. Hier gilt das Hauptaugenmerk den Spurenbestandteilen Kohlenmonoxid, Methan und Blausäure.

Das UV Spektrometer UVIS wird mit dem HDAC Teilinstrument erstmals das Deuterium zu Wasserstoffverhältnis von Titan bestimmen. Am wichtigsten ist die Passage des Magnetschweifs bei 5.04 Titanradien und dessen Untersuchung durch das Plasmainstrument MAPS. Durch vergleich mit den Voyagerdaten erhofft man sich weitere Rückschlüsse vor allem über die zeitliche Veränderung.

Das Kamerasystem ISS wird Aztlan, Quivira, Bazaruto und Elba Faculae fotografieren und auch das Gebiet welches beim TA und T03 Vorbeiflug vom RADAR beobachtet wurde erfassen. Der Phasenwinkel beträgt 25 Grad. Mittelhoch auflösende Aufnahmen mit 450-700 m/Pixel sind geplant.

EnceladusDer zweite Vorbeiflug an Titan T10 (und insgesamt 11 von 44) findet am 15.1.2006 statt. Auch hier konnte man ein Apoapsis Manöver am 2.1.2006 streichen. Die Feinkorrektur der Bahn findet nun am 12.1.2006 statt. 2 Tage vor Erreichen der Periapsis wird ISS zwei Mosaike der Xanadu Region nahe der Huygens Landestelle mit einer Auflösung von 300 und 630 m/Pixel anfertigen. CIRS wird den Horizont bei 55 Grad nördlicher Breite beobachten. Derzeit ist Winter über dem Nordpol und man erwartet eine stabile Vortex Strömung über diesem Gebiet. Weiterhin soll die Temperaturverteilung in der Stratosphäre in der beobachtbaren Halbseite kartiert werden.

UVIS wird eine globale spektrale Karte anfertigen in der man nach Streuungen und Absorptionen durch Aerosole und Kohlenwasserstoffe suchen will. Zudem hat UVIS zum ersten mal einen Bedeckung der Sonne durch Titan zu beobachten und damit kann man die Absorption durch Stickstoff und Methan im extremen Ultraviolett unter 110 nm untersuchen.

VIMS wird neue hochauflösende Bilder im Methanabsorptionsbereich anfertigen und MAG soll die Untersuchung der Magnetosphäre durch T8 und T6 ergänzen. MIMI wird eine Stunde um die Begegnung die Interaktion von Titan mit der Magnetosphäre von Saturn untersuchen und die Ionosphäre und Exosphäre auf Vorkommen von neutralen Atomen und Ionen inspizieren.

INMS wird direkt die Zusammensetzung der oberen Atmosphäre und Ionosphäre untersuchen. RWPS wird bei mittleren Distanzen die emittierten Radiowellen der Region aufzeichnen bei denen Partikel von Saturn durch Titan umgelenkt werden. Die Passagedistanz liegt bei 2043 km Entfernung bei einer Relativgeschwindigkeit von 6 km/s.

Bilder der anderen Monde gab es bei diesem Vorbeiflug auch: Von Hyperion am 23.12.2005 aus 227.000 km Entfernung, Dione am 24.12.2005 aus 150.000 km Entfernung. wobei die Bilder ein Gebiet zeigten, das erstaunlich glatt wirkte, fast wie bei Enceladus. Dieser wurde am 25.12.2005 aus 108000 km Entfernung abgelichtet. Vergleichen Sie die Bilder oben links von Dione und rechts von Enceladus !

Enceladus am 17.1.2006Dazu kam Rhea am 25.12.2005 aus 255000 km Entfernung und Epimetheus am 25.12.2005 aus 435000 km Entfernung. Telesto wurde am 25.12.1005 aus 20800 km Entfernung und Tethys aus 194000 km Entfernung am selben Tag.

Orbit 21

Die beiden Vorbeiflüge an Titan haben die Bahn wieder etwas weiter hinaus getrieben. Die neue Bahn hat eine Umlaufszeit von 39 Tagen. Cassini nähert sich bis auf 338.000 km an das Zentrum und entfernt sich bis zu 411.000 km davon (Alle Werte in diesem Aufsatz über die Saturnbahn beziehen sich auf das Zentrum. Die Wolkenobergrenze liegt 60.330 km höher und die äußere F-Ring Kante bei 140.300 km Entfernung vom Zentrum).

Während dieses Umlaufs gibt es die Möglichkeit am 17.1.2006 Rhea und Enceladus aus mittlerer Entfernung (184.000 und 146.000 km) und am 20.1.2006 Calypso aus 129.000 km Entfernung zu beobachten. Am Ende des Orbits gibt es am 25.2.2006 den bislang nächsten Vorbeiflug an Helene (67.700 km). Der Umlauf endet am 25.2.2006. Die Bilder von Enceladus zeigten nahezu die gleiche Gegend wie der Vorbeiflug von Voyager 2 im Jahre 1981 und erlaubten so einen guten Vergleich. Auch Rhea war mehr als bildfüllend und zeigte mehr Details einer Gegend mit einem fast mit dem Lineal gezogenen Riss.

Resümee des Jahres der Eismonde

Ein Ergebnis sind Karten der Monde, die mittlerweile von dem Cassini Image Team erstellt wurden. Vergleicht man diese mit den Voyager Aufnahmen, so sieht man am besten den Erkenntnisgewinn durch Cassini.

Phoebe

Phoebe profitierte am stärksten durch den nahen Vorbeiflug in nur 2000 km Entfernung. Die besten Voyager Aufnahmen wurden noch aus über 2 Millionen km Entfernung aufgenommen und zeigen fast keine Details.

Iapetus

Iapetus wurde von Voyager 2 in 909000 km Entfernung fotografiert. Voyager 1 konnte die andere Seite aus etwa 2 Millionen km Entfernung erfassen. Aufgrund dieser großen Distanz brachten die beiden nur wenig über Iapetus heraus. Cassini hatte nicht nie Gelegenheit Iapetus zweimal in mittlerer Distanz zu fotografieren, sondern sie konnte ihn auch aus größerer Distanz erfassen und so die globale Kartierung erheblich verbessern.

Aufgrund der Geometrie (gebundene Rotation) bleiben für die östlichen Gebieten (saturnabgewandten Seite) jedoch die Voyager 2 Daten die bis heute einigen die man hat..

Hyperion

Bei Hyperion gibt es nur Bilder von Voyager 2, ebenfalls aus großer Entfernung von etwa 484000 km. Sie deckten weniger als die Hälfte des Mondes ab. Von ihm gibt es noch keine neuen Karten von Cassini.

Titan

Titan läuft außer der Reihe, da Voyager mit seinen Kameras keine Chance hatte durch den Smog zu schauen. Selbst bei Cassini sind aufwendige Nachbearbeitungen und das Addieren von Bildern nötig um eine Karte zu erstellen. Cassini untersucht Titan zu einer Zeit in der der Nordpol im Schatten ist, da es dort Winter ist. Es gibt daher nur Bilder vom Südpol und den äquatornahen Gebieten.

 

Rhea

Voyager 1 passierte Rhea recht nahe. Von knapp einer Hälfte des Mondes liegen daher recht gute Aufnahmen und eine brauchbare Bilder. Cassini verbesserte die Kartierung erfasste aber im wesentlichen die Seite die auch Voyager 1 schon sah. Hinweis: Bei den beiden Aufnahmen ist die Voyager Aufnahme um 180 Längengrade verschoben.

Voyager 1 Bilder

Cassini Bilder

Dione

Von Dione gibt es nur gute Bilder von Voyager 1. Die interessantesten Teile des Mondes, die Brüche in der Kruste wurden nur in niedriger Auflösung aus größerer Entfernung fotografiert. Cassini konnte dieses Gebiet viel besser erfassen und auch erstmals die Südpolregion mit ihren tiefen Gräben beobachten. 

Voyager Bilder

Cassini Bilder

Tethys

Tethys konnte als einziger Mond von beiden Voyagers beobachtet werden und es gab vor Cassini von ihm die besten Karten aller Saturnmonde. Allerdings näherte sich auch Cassini sehr oft Tethys und so konnte auch hier die Kartierung erheblich verbessert werden. Vor allem das Gebiet um den Nordpol basiert aber noch auf den Voyager Aufnahmen. Wie bei allen Aufnahmen benutzt das Cassini Team einen anderen Startpunkt für die Zylinderprojektion, so dass die Abbildung um 180 Längsgrade verschoben ist.

Voyager Bildmosaik

Cassini und Voyager Bildmosaik

Enceladus

Enceladus wurde nur von Voyager 2 aus mittlerer Entfernung beobachtet. Wir kennen also nur eine Hälfte des Mondes von Voyager. Cassini legte sehr großen Wert auf die Beobachtung dieses Mondes und so gab es 3 nahe Vorbeiflüge und einige Schnappschüsse aus mittlerer Distanz. So haben wir von Enceladus die heute beste Karte eines Saturnmondes.

Voyager Aufnahmen

Cassini und Voyager Aufnahmen

Mimas

Für Mimas gilt das gleiche wie für Enceladus. Auch hier kam ihm nur Voyager 1 nahe. Allerdings hat auch Cassini sehr wenig Gelegenheit gehabt Mimas zu beobachten, weil der Mond schon nahe an der Ringkante ist und von dieser muss Cassini respektvollen Abstand halten. Die Aufnahmen die gemacht wurden lassen jedoch eine globale niedrig auflösende Karte zu. Es gibt aber kaum Verbesserungen gegenüber den Ergebnissen von Voyager.

Voyager Aufnahmen

Voyager und Cassini Aufnahmen

Am 31.1.2006 wurden die ersten Ergebnisse des deutschen CDA Teams bekannt. Nachdem Ulysses Jupiter als eine Staubquelle mit einer Periode von 27 Tagen entdeckt hatte suchte man auch hier nach derartigen Staubemissionen. Man fand zwei wesentliche Quellen. Die eine liegt jenseits des Orbits von Dione und emittiert vor allem Staubteilchen von kleiner 2 nm  Größe. Die zweite Quelle sind die Hauptringe mit Teilchen von kleiner als 20 nm Größe. Das Flugzeitmassenspektrometer des CDA kann so die chemische Zusammensetzung von Ringteilchen untersuchen. Sie bestehen im wesentlichen aus den Elementen O,C, N, Na, Si und Quarz konnte wegen seiner chemischen Beständigkeit als Verbindung nachgewiesen werden. Im wesentlichen bestehen die Aufschlagsteilchen aus Silikaten mit Wasser, Alkalielementen und Ammoniak. Leider deckt sich dies nicht mit der Zusammensetzung der Ringe die mit anderen Messmethoden bestimmt wurde. Demnach sollten die Ringteilchen vor allem aus Wasser bestehen. Wie bei Jupiter werden die Staubströme durch den Sonnenwind beeinflusst. Er lenkt sie in eine Richtung und beschleunigt die Staubteilchen.

SturmAm 14.2.2006 konnte das Cassini Team eine neue Entdeckung vermelden : Auf dem Saturn tobt derzeit der bislang stärkste je beobachtete Sturm. Er wurde auch auf der Erde registriert. Cassini stellte ihn nahezu zeitgleich mit erdgebundenen Aufnahmen am 23.1.2006 fest. Allerdings nicht visuell sondern über die Daten des RPWS Instrumentes, welche die elektrischen Entladungen der Blitze registrierte. Es wurden 3 mal mehr Blitze registriert als die Voyager 1 tat (der im November 1980 tobende Sturm war mit 0.2 Blitzen/s bislang der Rekordhalter gewesen). Visuell war eine Registrierung schwierig. Denn seit Ende letzten Jahres befindet sich Cassini auf einer Magnetotailmission. Die elliptische Bahn liegt so, dass die meiste Zeit sich Cassini auf der Nachtseite von Saturn befindet um den Magnetschweif zu durchfliegen und diesen genauer zu untersuchen. Aufnahmen des Sturmes im direkten Sonnenlicht sind nur wenige Stunden pro Orbit möglich wenn die Sonde ihren saturnnächsten Punkt auf der Seite durchfliegt welche der Sonne zugewandt ist. So machte man aus der Not eine Tugend und programmierte die Kamera für lange Belichtungszeiten um und nahm den Sturm im Licht der Ringe auf. Diese streuen Licht auch auf die Nachtseite.

Man versuchte auch einen Film von 10 Sekunden Dauer zu erstellen um die Blitze zu beobachten, doch leider war es just zu diesem Zeitpunkt ruhig.

Orbit 22

Der Orbit 22 dauert vom 25.2.2006 bis zum 21.3.2006. Cassini nähert sich Saturn bis auf 338000 km und entfernt sich bis auf 2920000 km. Kurz nach Passieren des saturnnächsten Punktes gibt as am 27.2.2006 einen weiteren nahen Vorbeiflug an Titan. Dieser wird in 1813 km Entfernung passiert. Der Vorbeiflug T11 verkürzt den Orbit für einen Umlauf um fast 1.2 Millionen km.

HeleneErstmals gab es bei diesem Orbit den kleinen Mond Helene zu beobachten. Helene umkreist Saturn gemeinsam mit Dione, aber in der Bahn in einem  Winkel von 60 Grad verschoben. Derartige Monde nennt man Trojaner, weil man das Phänomen auch von Planetoiden kannte welche die Sonne in der Entfernung von Jupiter umkreisen und dabei 60 Grad Abstand zu Jupiter waren. In einem System von 3 Körpern von denen zwei erheblich schwerer als der dritte sind, sind diese Positionen zwei von fünf in denen der dritte Körper eine stabile Umlaufbahn einschlagen kann. Andere Umlaufbahnen sind nicht auf Dauer stabil. Bislang ist Saturn der einzige Planet der Monde in diesen Punkten aufweisen kann. Helene ist 36 x 30 x 32 km groß, sieht auf den Bildern aber länglicher aus. Die Aufnahmen auf einem Abstand von 67700 km sind die besten die man bislang gemacht werden. Man wird Helene nur einmal noch näher kommen. Auf den Aufnahmen sieht Helene anders als die anderen kleinen Monde aus. Es sind deutliche Helligkeitsunterschiede zu erkennen und nur 2 Krater am Terminator erkennbar. Die anderen kleinen Monde sehen dagegen recht gleichförmig aus und sind stärker verkratert.

RheaWeitere Aufnahmen gelangen von Tethys aus 147000 km Entfernung und Rhea aus 340000 km Entfernung bei dem der helle Einschlagskrater in der Bildmitte gut zu sehen war.

Das wichtigste Ereignis dieses Orbits ist aber der T11 Vorbeiflug an Titan. Er findet am 27.2.2006 in einer Entfernung von 1813 km von der Oberfläche und bei einer Relativgeschwindigkeit von 6.0 km/s statt.

Das wichtigste bei diesem Vorbeiflug ist jedoch eine genaue Vermessung von Titans Gravitationsfeld durch GSS. Zusammen mit den 3 Vorbeiflügen T22, T23 und T38 dient der Vorbeiflug in niedriger Bahnneigung dazu das Gravitationsfeld zweidimensional zu vermessen und nach Indizien für einen Ozean zu suchen, der dieses leicht ändert.

Am 9.3.2006 gab es wieder eine neue Meldung über Enceladus. Nachdem man in den letzten Monaten schon Kryovulkanismus und Fontänen auf dem Mond entdeckt hat, spekulieren nun einige schon, dass es flüssiges Wasser auf dem Mond gaben könnte. Simulationen des ISS Teams ergaben, dass nicht notwendigerweise verdampfendes "warmes" Eis sein muss, sondern unter der Oberfläche auch Wasser flüssig sein könnte welches dann durch Spalten nach oben dringt und diese Jets formt. Dies ist bislang nur eine Hypothese, da man an den Jets direkt nicht erkennen kann wie sie entstanden sind.

Was man weis, ist dass die Jets bis in 490 km Entfernung von Enceladus reichen und die Südpolregion aus der sie entspringen unterscheidet sich nach den CIRS Messungen vom Rest der Oberfläche. Es gibt dort mehr Kohlendioxid und organische Verbindungen.

Was man jedoch weiß, ist dass der Kryovulkanismus seit längerem besteht, denn er versorgt das Saturnsystem mit freien Sauerstoffatomen und diese müssen dauernd nachgeliefert werden. Damit ist nach dem bisherigen Stand Enceladus nur einer von 4 Körpern im Sonnensystem die heute noch aktiv sind : Die Erde, Io, Enceladus und Triton.

EpimetheusDer T12 Vorbeiflug am 19.3.2006 an Titan hat diesmal die Aufgabe Bedeckungsdaten zu liefern. Erstmals seit dem Vorbeiflug von Voyager 1 durchläuft das Radiosignal von der Erde aus gesehen die Ionosphäre und Atmosphäre. RSS wird mit allen 3 Sendern in dem S,X und Ka Band die Ionosphäre und Atmosphäre durchleuchten, von der Oberfläche gibt es für kurze Zeit auch Rückstreuungssignale. Diese können Daten über die Dieelektrizitätskonstante und Oberflächenrauhigkeit liefern.

MirandaT12 ist ein Vorbeiflug vor Erreichen des saturnnächsten Punktes. Der Vorbeiflug in einer Höhe von 1951 km wird den saturnfernsten Punkt von 2920.000 auf 4120.000 km anheben.

Orbit 23

Der neue Orbit 23 hat daher einen saturnnächsten Punkt von 332000 km, einen saturnfernsten Punkt von 4120000 km und wird vom 22.3.2006 bis zum 29.4.2006 durchlaufen. Dabei gibt es zwei nahe Vorbeiflüge am 22.3.2006, einmal an Rhea in 82165 km Entfernung und einmal an Mimas in 193000 km Entfernung.

Am 29.3.2006 wurde bekannt, dass Cassini Hinweise für winzige Monde im Ringsystem gefunden hat. Im A-Ring sieht man propellerförmige Dichtewellen. Diese werden von winzigen Monden verursacht die man direkt nicht sehen kann. Sie sollen nur etwa 100 m groß sein. 3 Dieser Verdichtungen wurden beobachtet und sie sind über eine Rotation des Ringsystems stabil. Damit stammen Sie nicht von äußeren größeren Monden, da diese eine andere Rotationsgeschwindigkeit haben. Cassini kann die Monde direkt nicht aufnehmen. Dazu müsste es sich den Ringen zu stark nähern (vielleicht geht dies zum Ende der Primärmission, wenn sich Cassini in einer nahezu polaren Umlaufbahn befindet).

Bisherige Radiobedeckungsmessungen von Voyager und Cassini ergaben, dass die Ringpartikel etwa Größen von wenigen Zentimetern bis zu einem kleinen Haus haben. Dann gibt es eine große Lücke bis zu den kleinsten Ringmonden Pan (30 km) und Daphnis (7 km). Die neuen Messungen zeigen, dass es wahrscheinlich ist, dass diese Monde nur die größten von zahllosen kleinen Körpern sind. Als ein Mond Saturn zu nahe kam, durch Gravitationskräfte zerrissen wurde und das Ringsystem bildete hinterließ er wahrscheinlich Trümmer in allen Größen. Durch Radioexperimente konnte man nur die kleinsten nachweisen. (Größere Körper sind seltener, und damit sinkt die Wahrscheinlichkeit, das einer gerade in der Linie Raumsonde-Erde liegt und das Radiosignal verändert). Kameras können den Ringen nicht zu nahe kommen und nur Körper erfassen die einige Kilometer groß sind. Das Cassini Imaging Team von der Ithaca Universität schätzt die Zahl der "Moonlets" auf 100 Millionen. Es dürfte spannend werden wann man beginnt eine Grenze für einen Mond zu setzen. Bei 100 Millionen potentieller Monde dürften rasch die Bezeichnungen ausgehen.

Eine Untersuchung des A-Ringes mit UVIS bei einer Sternenbedeckung ergab interessantes. Zum einen ist die Dichte um 35 % höher als bei den Voyagermessungen. Zum zweiten ist das Material nicht homogen verteilt, sondern es gibt Fäden in denen es sich aggregiert. Diese Fäden sind 49 m lang, 19 m breit und 5 m hoch. Dazwischen ist der A-Ring weitgehend materiefrei. Damit gibt es auch einen Übergang vom homogeneren B-Ring zum verdrillten F-Ring, den man sich dann als eine Zusammenballung solcher Fäden vorstellen kann.

Ende März präsentierte man bei den CHARM Präsentationen den derzeitigen Status von Cassini. Fast 2 Jahre nach dem Einschwenken in den Orbit verfügt Cassini noch über 422 kg Treibstoff  bei einem Gewicht von 2710 kg. Etwas kritischer ist die Stromversorgung. Von 875 Watt am Anfang wird die Stromversorgung bis zum Ende der Primärmission (Juli 2008) auf 692 Watt sinken. Derzeit verliert Cassini 1 Watt/Monat, 2007 soll dies auf 9 W/Jahr sinken. Das ist nun schon nicht mehr genug um alle Instrumente gleichzeitig zu betreiben. Es gab auch bislang keine Ausfälle im Solid State Recorder, so dass dessen komplette Kapazität noch zur Verfügung steht.

Bei diesem Orbit gab es am 12.4.2006 wieder eine der seltenen Gelegenheiten Iapetus zu beobachten. Cassini näherte sich ihm bis auf 602000 km, konnte aber nur eine schmale Sichel des Mondes aufnehmen.

Orbit 24

XanaduWieder steht ein Titan Vorbeiflug an. Er findet einen Tag nach der Periapsis statt und reduziert die Apoapsis von 4.11 Millionen km auf 2.91 Millionen km. Dadurch sinkt die Umlaufdauer auf 22 Tage. Bei diesem Umlauf gibt es zweit Titan Vorbeiflüge. Der erste am 30.4. (Vorbeiflug auswärts) senkt die Periapsis ab, der zweite am 20.5.2006 zwei Tage vor Erreichen der Saturnperiapsis erhöht wieder die Apoapsis auf die vorherigen 4.12 Millionen km.

Doch zuerst zum ersten Titan Vorbeiflug am 30.4.2006. Titan wird so passiert, dass Cassini am Äquator über Xanadu fliegt. Von diesem Gebiet werden Aufnahmen mit 45-299 m/Pixel gemacht. Zusätzlich wird aus größerer Entfernung die Wolkenbewegung mit 3-12 km/Pixel beobachtet.

Es gibt eine gute Gelegenheit Janus aus 204400 km Entfernung am 29.4.2006 zu beobachten. Dies ist der nächste Abstand zu diesem Mond bisher.

Im Anschluss an den Titan Vorbeiflug am 30.4.2006 fiel der Kontakt zu Cassini für 5 Stunden aus. Ursache war ein kosmisches Teilchen, dass in einen Stromverteiler einschlug. Die Sonde schützte die Daten die beim Vorbeiflug gewonnen wurde, konnte jedoch keine neuen aufnehmen. Die Aufnahmen des RADAR von Xanadu zeigen wieder neue Strukturen. Doch was sind die runden Gebilde ? Krater oder Vulkane ? Ersteres ist wahrscheinlich, doch letzteres kann man nicht ausschließen. Das gilt auch für die Vertiefungen die von Flüssen gebildet sein können oder geologischen Ursprungs sein können.

Am 4.5.2005 veröffentlichte die ESA neue Aufnahmen des Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR) Teams und einen Film, der zeigt wie die Sonde beim Abstieg Aufnahmen machte. Die Aufnahmen sind beeindruckend und weitaus besser als alles was es bislang gab. Erstmals bekommt man eine genauere Vorstellung ob Gebiete höher oder tiefer liegen.

Huygens LandeplatzNeue Informationen über die Geologie lieferte auch Cassini. Die RADAR Aufnahmen der äquatornahen Region, die auf den Infrarotaufnahmen so dunkel aussieht sind nun ausgewertet. Anstatt Ozeanen oder Seen fand das Team Dünen - enorm ausgedehnte Gebiete von bis zu 1500 km Länge. Die Dünen sind 330 m hoch. Die Daten stammen noch von dem Vorbeiflug an Titan im Oktober 2005. Die Frage ist natürlich: Wie kommen Dünen dieser Größe auf einen Mond im Saturnsystem. Auf der Erde werden sie vom Wind geformt der wiederum eine Folge der unterschiedlichen Erwärmung von Land und See ist. Dieser Mechanismus muss beim Titan ausscheiden. Die dichte Smogschicht und die große Entfernung zur Sonne bewirken zusammen, dass die Temperaturen auf dem Titan überall gleich sind. Quelle sind dagegen die Gravitationskräfte von Saturn die 400 mal stärker als auf unseren Mond einwirken. Sie bewegen die Atmosphäre, ähnlich wie der Mond bei uns Ebbe und Flut bewirkt. Die Dünen sehen so aus wie die auf der Erde, die in Gegenden entstehen bei dem die Windrichtung wechselt. Gerade dies ist aufgrund der Rotation des Mondes zu erwarten wenn man Gezeitenkräfte und zonale Winde kombiniert.

Die Winde transportieren feines Material aus den mittleren Breiten zum Äquator, wo zonale Winde vorherrschen und die Nord-Süd Bewegung abbremsen, so dass der Staub abgelagert wird. Woraus dieser Staub oder Sand  besteht ist aber bis heute noch nicht geklärt : Aerosole aus organischen Substanzen, Eispartikel, oder beides ?

Dazu kommen die Hinweise auf ein flüssiges Medium, Kanäle und Erosionen. Die Beobachtungen von Huygens beim Abstieg zeigen, dass es Kanäle auf der Oberfläche bis hin zu kleinen Skalen gibt. Bislang entdeckte man nur wenige "echte" Wolken (im Unterschied zur Smogschicht die mehr einem dünnen Nebel entspricht). Aber diese sind sehr beständig. Es scheint so, das würden Wolken sehr langsam wachsen und kaum vorkommen um dann wolkenbruchartig auszuregnen, so wie dies auch in irdischen Wüsten der Fall ist. Mit diesen hat die Titan Oberfläche wohl die größte Ähnlichkeit und weniger mit der Erde und ihren vielen Ozeanen als ganzes.

Der zweite Titan Vorbeiflug (T14) in diesem Orbit umfasst nur 3 Beobachtungen: UVIS wird die Verteilung von Stickstoff und Kohlenwasserstoffen und die Absorption von Methan in der Lyman Alpha Linie beobachten.

RSS nutzt die Radiobedeckung durch Titan für das Durchleuchten der Atmosphäre. Man erwartet hochauflösende Profile der Elektronendichte in der Ionosphäre und der Temperatur, Dichte und Absorption in der neutralen Hochatmosphäre. In der tiefen Atmosphäre erwartet man sich Informationen über Turbulenzen, Wolkenschichten und Gravitationseffekte von der Oberfläche. Das rückgestreute Signal der Oberfläche liefert noch Informationen über die Rauhigkeit, Dieelektrizitätskonstante und Natur des untersuchten Teils der Oberfläche.

CIRS wird am Horizont im fernen Infrarot hochauflösende Untersuchungen über die Verteilung der Spurengase Kohlenmonoxid, Wasser, Methan, Blausäure anfertigen und die globale Bestimmung der Temperaturen verbessern.

Orbit 25

Der "Silberjubiläums" Orbit dauert vom 22.5.2006 bis zum 30.6.2006. Bei diesem Orbit gibt es keinen nahen Titan Vorbeiflug. Cassini entfernt sich bis auf 4.12 Millionen km vom Saturn und nähert sich am 30.6.2006 bis auf 326000 km an das Gravitationszentrum. Am 22.5. machte Cassini seinen nächsten Vorbeiflug am nur 13 km großen Mond Polydeuces. Aus 64000 km Entfernung waren jedoch keine Details auf der Oberfläche zu sehen.

Der weite Flug bis auf 4.12 Millionen km Entfernung erlaubte es einmal mehr Iapetus zu fotografieren. Die Sonde näherte sich am 25.6.2006 bis auf 1.474 Millionen km Entfernung, eine große Anzahl an Bildern zeigen allerdings nicht Iapetus. Danach passierte am 28.6.2006 Cassini in 290.000 km Entfernung Hyperion.

Iapetus TemperaturenWarum ist Iapetus auf einer Seite so dunkel und auf der anderen Seite nicht ? Mit dieser Frage haben sich schon viele beschäftigt, unter anderem auch das ISS Team in Deutschland von der FU Berlin. Man hat nun anscheinend eine etwas bessere Erklärung gefunden. Schon früher war man der Meinung, das Iapetus dunkles Material von den äußeren Monden (vor allem Phoebe) eingesammelt hat, das sich wegen der gebundenen Rotation vor allem auf einer Seite abschied. Das kann jedoch nicht viel gewesen sein, denn sonst gäbe es heute keine Phoebe mehr. Es soll jedoch einen Prozess in Gang gebracht haben. Das Material bewirkt ein Ansteigen der Albedo und damit steigt die Temperatur an. Das führt zur Sublimation von Eis und zurück bleibt dunkles Material aus organischen oder silikatischen Elementen. Dieser Prozess soll recht schnell gehen, wodurch auch Krater innerhalb von einigen Jahrmillionen dunkel werden. Unterstützt wird diese Theorie von Tilman Denk von der FU Berlin auch durch die CIRS Daten die man in der Neujahrsnacht 2004/2005 gewann. Demnach gibt es durch die lange Rotationsdauer von 79 Tagen sehr ausgeprägte Temperaturgegensätze auf Iapetus. Das helle Gebiet wird in der Nacht nur 45 K warm, während in der dunklen Cassini Region am Tag bis zu 120 K erreicht werden. Dies ist um 30 K höher als bei den inneren Monden. Noch kann diese Theorie nicht alles erklären. Die sehr komplexen Muster am Äquator entziehen sich noch diesem einfachen Modell. Vielleicht bringt der Vorbeiflug am 10.9.2007 hier noch mehr Aufschluss.

Pläne für die erweiterte Tour

Inzwischen gibt es schon die Planungen für eine Verlängerung der Mission um zwei weitere Jahre bis Mitte 2010. Nach den Aussagen von Tilmann Denk, Mitglied des deutschen ISS Teams sieht es sehr gut aus, dass diese trotz sinkender Budgets im NASA Haushalt verwirklicht hat. Nach Ende der Primärmission sollte Cassini noch genügend Treibstoff haben um seine Geschwindigkeit um 200 m/s zu ändern. Nach den bisherigen Erfahrungen würde man 80-120 m/s für 2 Jahre brauchen, d.h. es gibt genügend Treibstoff für 3.3-5 Jahre.

Diskutiert werden derzeit 7 mögliche Bahnen. Die ersten 4 haben als Gemeinsamkeit, dass man durch gezielte Titanvorbeiflüge Cassini zwischen Anfang 2009 und 2010 wieder in die Äquatorebene bringt. Dann kann man die Ellipse drehen. Das ergibt vier mögliche Trajektorien in der Äquatorebene. Die fünfte und sechste Trajektorie lassen Cassini entweder sehr lange oder ganz in der Bahn die sie Mitte 2008 hat und die siebte Möglichkeit umfasst einen weiteren 180 Grad Transfer. Ein solcher findet zwischen Sommer 2006 und Frühjahr 2007 statt. Da alle inneren Saturnmonde gebunden rotieren ist dies eine Möglichkeit bestimmte Gegenden die man sonst nur aus größerer Entfernung fotografieren kann genauer zu untersuchen.

Verschiebung der RotationsachseWie schon bei der Primärmission gibt es viele (und zum Teil widersprüchliche Wünsche) an die erweiterte Mission:

Inzwischen wurde auch eine neue Theorie publiziert, warum Enceladus seine Geysire ausgerechnet am Südpol hat. Dies ist doch etwas ungewöhnlich. Diese Theorie nimmt an, das warmes Material nach oben wanderte. Das warme Material hat eine niedrigere Dichte als die Gestein-Eis Mischung aus der Enceladus sonst besteht (Dichte 1.61 g/cm³) und besteht wahrscheinlich nur aus Eis und organischen Stoffen. Die Rotation des Mondes ist aber am stabilsten, wenn das dichteste Material am Äquator ist. Das leichte Material wird so Richtung Pole verschoben um eine stabile Rotationsachse beizubehalten. Modellrechnungen zeigen, dass Eine Verschiebung der Rotationsachse um bis zu 30 Grad möglich ist. Die heiße Blase entsteht durch den leicht exzentrischen Orbit und die 2:1 Resonanzperiode mit Dione.

Am 28.6.2006 fotografierte Cassini den im Jahre 2004 neu entdeckten Mond Polydeuces aus 73000 km Entfernung. Die aufnahmen des nur 3 km großen Mondes mit 434 m Auflösung lassen nur seine Form erkennen die rund zu sein scheint. Der Ende von Orbit 25 markiert auch die Hälfte der nominellen Mission. 60 GByte an Daten hat Cassini in dieser gesandt. 13 von 45 Titanvorbeiflügen und die meisten an den Eismonden sind erfolgt.

Orbit 26

Orbit 26 dauert vom 30.6.2005 bis zum 23.7.2006. Bei diesem gibt es zwei Titanvorbeiflüge T15 am 2.7.2005 und T16 am 22.7.2006. T15 am 2.7.2006 erniedrigt den saturnfernsten Punkt der Bahn von 4.12 Millionen km auf 2.92 Millionen km. T16 senkt dagegen den saturnnächsten Punkt ab von 326.000 km auf 253.000 km.

Bei T15, bei dem Titan in einer Entfernung von 1906 km über der Oberfläche passiert wird wird MAPS die Gelegenheit nutzen um die schwache Plasmaumgebung von Titan und die Interaktion von entkommenden Ionen mit dem Sonnenwind zu untersuchen. Dies findet 90 Minuten vor dem Vorbeiflug statt. Bis 5 Stunden vor dem Vorbeiflug empfängt das RADAR passiv die Radiostrahlung von Titan und führt Rückstreuungsmessungen durch welche Details über die Zusammensetzung der Oberfläche liefern sollen. Vorher werden CIRS, NIMS und ISS Bilder und Messungen durchführen. Nach dem Vorbeiflug stehen Beobachtungen von CIRS, UVIS und ISS an.

Bei T15 am 22.7.2005 gibt es einen sehr nahen Vorbeiflug bis auf 950 km Entfernung. Da Cassini die nördlichen Breiten überfliegen wird die derzeit permanent im Dunkeln liegen ist dieser Vorbeiflug für die RADAR Beobachtung vorgesehen. Er wird einen Streifen beim zweiten Längengrad vom Äquator bis an den Pol umfassen. Auch INMS wird die niedrige Höhe nutzen um direkt die obere Titanatmosphäre zu untersuchen. UVIS wird den Stern Alpha Virgo verfolgen der von der Raumsonde aus hinter Titan verschwindet. Ziel ist es ein vertikales Profil von Stickstoff, Methan und andere Kohlenwasserstoff zu gewinnen und die Photochemie der oberen Atmosphäre zu verstehen.

Für MAPS ist es der erste Vorbeiflug einer Serie bei der die Sonde Titan vor der Zone passiert wo auf ihm die Sonne aufgeht. Das soll zusammen mit weiteren Vorbeiflügen bis T24 eine gute Untersuchung dieser Region ermöglichen. VIMS wird bei den mittleren Breiten nach höheren Wolken suchen. Das Zentrum der hochauflösenden Aufnahmen wird bei 25 Grad Nord, 110 Grad Ost liegen. CIRS wird den Horizont zwischen 30 und 45 Grad Nord  im fernen Infrarot untersuchen.



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Links

Planetary.org : Viele Hintergrundinfos zu Cassini und Saturn

DLR Cassini Seiten (Deutsche Übersetzung der NASA Seiten)

NASA Cassini Website

Cassini RAW Images

Alle Bilder: Copyright Courtesy NASA/JPL-Caltech.

© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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