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Cassini Mission im ersten Halbjahr 2007

Einleitung

SeenDie 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, pro Halbjahr gibt es hier einen laufend aktualisierten Bericht über die Fortschritte der Mission.

Das Jahr 2007 wird sehr viele Titan Vorbeiflüge sehen. Die meisten während dieser Mission. Andere Monde werden nur sporadisch besucht. Insgesamt 17 Titan Vorbeiflüge, jedoch kein gezielter an den Eismonden, auch wenn es einige Vorbeiflüge in mittlerer Entfernung gibt.

Mit dem Erscheinen der Ergebnisse über Cassinis Resultate im Juli 2006 in der Fachzeitschrift "Nature" am 3.1.2007 sind die Ideen über Seen auf Titan etwas ernster zu nehmen, denn anders als bei NASA Veröffentlichungen werden wissenschaftliche Aufsätze in Fachzeitschriften genau geprüft. Was hat man nun herausgefunden?

Die Abbildung aus Natur ist die colorierte Version einer Radaraufnahme vom 22.7.2006. Dunkle Gebiet mit niedriger Rückstreuung wurden blau und Schwarz eingefärbt, dies ist jedoch nicht der Blick wie es ein Mensch sehen würde. Das Bild wurde bei 80° Nord und 35 ° West aufgenommen und der Streifen ist 140 km lang.

Orbit 36

Orbit 36 beginnt noch im alten Jahr am 31.12.2006 und geht bis zum 16.1.2006. Cassini befindet sich auf einer Bahn mit einem saturnnächsten Punkt von 591000 km Entfernung und einem saturnfernsten mit 1.85 Millionen km Entfernung. Auf dem "Rückweg"  findet am 13.1.2007 der T23 Vorbeiflug an Titan statt. Cassini nähert sich Titan bis auf 1000 k Entfernung - näher geht es wegen der ausgedehnten Atmosphäre aus Sicherheitsgründen nicht.

Die ESA gab weitere Ergebnisse von Huygens bekannt: Die Wissenschaftler sind sich nun relativ sicher, dass die runden Steine an Huygens Landeplatz abegrieben wurden - durch flüssiges Methan, welches auf dem Titan die Rolle des Wassers übernimmt und Huygens in einer Schwemmfläche gelandet ist. Darauf deuten auch die Methanfreisetzungen aus dem Untergrund nach der Landung hin. Das Verhältnis Ar-40/Ar-36 ist nun so genau bestimmt, dass man sagen kann, das heute noch Argon 40 aus dem inneren durch Kryovulkanismus freigesetzt wird. Argon 40 entsteht durch den radioaktiven Zerfall von Kalium-40 erzeugt, Argon 36 ist dagegen von Anfang an vorhanden.

Orbit 37

Der Vorbeiflug an Titan hat die Bahn entscheidend verändert, sowohl der saturnfernste Punkt (gerutscht von 1.85 auf 1.68 Millionen km) wie auch den saturnnächsten Punkt (gerutscht von 591000 auf 760000 km). Beides kompensiert sich, so findet bei diesem Orbit erneut ein Titan Vorbeiflug statt T24 am 29.1.2007. Insgesamt dauert Orbit 37 genauso lange wie Orbit 36: Vom 16.1.2007 bis zum 1.2.2007, also 15 Tage.

Als ein Ergebnis von T23 konnte man in Kratern Dünen beobachten. Ein weiteres Indiz für Winde auf dem Boden von Titan. (Diese können weitaus mehr Material als auf der Erde bewegen. Die Atmosphäre des Titan ist dichter als es die 1.6 Bar Bodendruck vermuten lassen: Diese 1.6 Bar entsprechen einer Dichte von 10-15 Bar auf der Erde, weil die Oberflächengravitation viel geringer ist. Selbst geringe Windgeschwindigkeiten können also viel Material bewegen.

T24 findet in 2631 km Höhe statt. Der nächste Punkt liegt über 33 ° Nord. Dieser Vorbeiflug ist nun den spektroskopischen Untersuchung von Titan gewidmet.

TitanwolkeAm 1.2.2006 wurde die Entscheidung über die Verlängerung der Cassini Mission um weitere 2 Jahre bekannt gegeben, die nun noch von der NASA, vor allem wegen der Mittel die benötigt werden bekannt gegeben. Die neue Mission "PF6-h9" wird 26 weitere Titanvorbeiflüge beinhalten, davon einige polare mit welchen die dort gefundenen Seen besser untersucht werden können. Zuerst werden die Titanvorbeiflüge genutzt um den nahezu polaren Orbit von Cassini wieder in einen äquatorialen umzuwandeln um die Eismonde besser zu untersuchen. Enceladus ist hier das interessanteste Objekt. Nicht weniger als sieben nahe Vorbeiflüge wird es an ihm geben. 3 weitere gezielte gibt es an Helene (1500 km Entfernung), Dione (500 km) und Rhea (100 km). Daneben gibt es natürlich noch einige Vorbeiflüge die einfach nur so nahe am Mond erfolgen, ohne eine gezielte Kursänderung. Hier profitiert Mimas von einem 9700 km Vorbeiflug. Eine weitere Verlängerung ist dann noch möglich, hängt aber stark vom verfügbaren Treibstoff ab. Man möchte auf keinen Fall, dass die Sonde später in einem Orbit ist bei dem sie auf Enceladus oder Titan aufschlagen könnte und würde sie in diesem Falle eher in den Saturn lenken wie man dies bei Galileo tat.

Orbit 38

Orbit 38 geht vom 1-19. Februar. Der saturnnächste Punkt liegt nach T24 wieder bei 585000 km, der saturnfernste weiterhin bei 1.72 Millionen km Entfernung. Bei diesem Orbit gibt es keinen Vorbeiflug an Titan.

Am 1.2.2007 gab die NASA Aufnahmen des VIMS Teams vom 29.12.2006 vom T22 Vorbeiflug frei. Sie zeigen im infraroten eines sehr ausgedehnte Wolke rund um den Nordpol - 2400 km lang, sich bis zum 30 sten Breitengrad nach Süden ausdehnend. Von der Fläche her hat sie die Hälfte des Gebietes der USA. Diese Wolke könnte eine weitere  Erklärung für die Seen im Polgebiet sein. Es scheint wirklich so, dass Titan vom Klima her am erdähnlichsten ist - nur hat dort Methan die Rolle des Wassers übernommen, aber es gibt einen Kreislauf wie auf der Erde : Es regnet, sammelt sich in Flüssen und Seen und verdunstet wieder um sich in Wolken zu sammeln. Ein weiterer unterschied ist, dass alle Phänomene viel langfristiger sind. So dauert eine Jahreszeit über 7 Erdjahre. Die Wolke wurde am 29.12.2006 und 13.1.2007 gesehen und hatte sich in den 16 Tagen nicht verändert. Wahrscheinlich besteht sie für 25 Jahre um im Hochsommer für 4-5 Jahre zu verschwinden.

Enceladus soll nach den neuesten Erkenntnissen nicht nur seine Oberfläche mit den Eisfontänen laufend erneuern (sie ist weniger als 100 Millionen Jahre alt und durch das frische Eis ist Enceladus eines der Objekte im Sonnensystem mit der höchsten Albedo. Er reflektiert wie Neuschnee fast 90 % des einfallenden Lichts). 11 Monde innerhalb des E-Ringes, vor allem kleine Monde sammeln das Material auf. Darunter aber auch zwei größere Mimas und Enceladus. Die Partikel können im Saturnsystem einige Tausend Jahre verweilen bis sie von einem der Monde aufgesammelt werden.

Orbit 40

Insel im SeeWährend Orbit 40 findet wieder ein Titanvorbeiflug statt. Diesmal 3 Tage nach Durchlaufen des saturnnächsten Punktes am 22.2.2006. Mit einer Passagedistanz von 1000 km ist es einer der nächsten Vorbeiflüge und auch diesmal stehen Radaraufnahmen auf dem Programm. Von nun an sinkt die geographische Breite der überflogenen Region wieder und es beginnt eine Serie von Vorbeiflügen nach Passagieren des saturnnächsten Punktes (Die letzten seit T16 waren immer vor erreichen des saturnnächsten Punktes). Dies ist der erste einer Serie die bis zu T34 geht.

Hauptinstrument wird diesmal das SAR Radar sein. Von -5 bis +5 Stunden vor dem Vorbeiflug wird es aktiv sein. Von -15 bis + 15 Minuten (erhofft bis +20 Minuten) soll das SAR einen neuen Streifen im hochauflösenden Modus generieren. Dieser Streifen wird die bisherigen von TA, T3, T16, T18, T19 und T23 kreuzen. Bislang gab es nur eine Überlappung von T23 und T8. Die Überlappung ermöglicht es zum einen einen Blick aus einer etwas anderen Perspektive zu gewinnen (Die Rückstrahlungsrichtung ist eine andere als bei den bisherigen Vorbeiflügen) und natürlich nach jahreszeitlichen Veränderungen zu suchen. T25 überfliegt auch das Seen Gebiet und sollte hier neue Erkenntnisse liefern.

Ansonsten hat der Orbit 40 nahezu die gleichen Bahndaten wie Orbit 39: Einen saturnnächsten Punkt von 585000 km und einen saturnfernsten von 1.72 Millionen km. Die Umlaufdauer beträgt 12 Tage. Er wird vom 19.1.2007 bis zum 3.3.2007 durchlaufen.

Orbit 41

Orbit 41 ist wieder länger er dauert vom 3 bis zu 23. März 2007, also 20 Tage. T25 hat den saturnnächsten Punkt auf 730.000 km angehoben und der Vorbeiflug T26 am 10. März wird die Apopapsis auf 1.86 Millionen km anheben. T26 ist ein Vorbeiflug in 980 km Höhe. Der Vorbeiflug wird vor allem von INMS genutzt. Die niedrige Passagedistanz ist ideal für in situ Untersuchungen der Titan Atmosphäre. Es ist auch die einzige Gelegenheit für dieses Instrument die aufsteigende Flanke vom Äquator zum Norden zu durchlaufen und zu untersuchen. Die nächste Begegnung findet über 30 Grad nördlicher Breite statt. Bei dem letzten Vorbeiflug am 27.2.2007 entdeckte man auf den ISS Aufnahmen nahe des Nordpols einen bis zu 1100 km langen See (den man bei dieser Größe wohl fast als Meer bezeichnen kann).

Die anderen Instrumente die diesmal aktiv sind, sind die optische Instrumente:

Orbit 42

SaturnDer Titanvorbeiflug hat die Fluggeometrie geändert, jedoch die Umlaufszeit nahezu gleich gelassen, so dass es wieder zu einem Vorbeiflug 3 Tage nach dem passieren der Periapsis am 26.3.2007 gibt. T31 wird genutzt werden für eine Radio Science Bedeckung von 71 bis 54 Grad nördlicher Breite. Der Orbit 41 dauert vom 23.3.2007 bis zum 8.4.2007. Die Entfernung schwankt zwischen 580.000 km und 1990.000 km.

Die Radarbeobachtungen von Orbit 40 ergaben einen Hinweis auf einen sehr großen See mit einer Fläche von 100.000 km². Auf den Radaraufnahmen ist er nicht ganz zu sehen, auch nicht die ISS Aufnahmen zeigen das ganze Gebiet, legen die Breite jedoch auf etwa 1000 km fest. VIMS zeigt ebenfalls einen dunklen Bereich. Die Meldung ist nicht neu, dass man diese Seen mit mehreren Instrumenten gesehen hat, doch die Größe im Bereich des kaspischen Meers ist neu. bislang waren die Seen deutlich kleiner. Folgende Beobachtungen sind für T27 geplant:

Einige Neuigkeiten von Cassini gab es auch in diesem Orbit. Seit langem gab es in Mysterium: Bei den großen Gasplaneten kann man die innere Rotation nicht durch die Bewegung der Wolkenbänder beobachten, da diese unterschiedlich je nach Breitengrad rotieren. Man macht dies über Radioemissionen die durch Wechselwirkungen des Magnetfeldes das mit dem interplanetaren Magnetfeld und Teilchen wechselwirkt. Seit den Messungen von Voyager 1+2 im Jahre 1981/82 hatte sich nun die so gemessene Rotationsperiode stark geändert. Man hatte dafür keine Erklärung bis nun eine neueres Modell vorhersagte, dass die Emissionen von Enceladus diese Radioemissionen stark beeinflussen und so eine genaue Bestimmung der Rotationsperiode stark erschweren.

Weiterhin entdeckte Cassini erneut einen sechseckigen Sturm am Nordpol von Saturn. Er hat einen Durchmesser von 25000 km Voyager hatte ihn schon 15 Jahre vorher entdeckt und da er o langlebig ist sollte er vielleicht ein Schlüssel zur Bestimmung der Rotationszeit sein.

Orbit 43

Orbit 43 dauert vom 8-24 April. Ein Titanvorbeiflug am 10.4.2007 wird den saturnnächsten Punkt von 452000 km auf 344000 km absenken. Der saturnfernste Punkt wird nur leicht von 1.99 auf 2.1 Millionen km verschoben. T28 ist wieder einer der sehr nahen Vorbeiflügen mit einer Minimalentfernung von 990 km. Der nächste Punkt bei 50.4 Nord erlaubt es ein Feature das bei T25 schwarz ist nochmals zu beobachten und so Stereobilder mittels RADAR eines "schwarzen" Gebietes zu machen.

SS wird ein Gebiet erneut sehen können, das bisher nicht beobachtet werden konnte - zumindest nicht seit der Annäherung im April 2004. Nun will man es laufend auf Veränderungen durch Wolken untersuchen und auch globale Aufnahmen machen.

CIRS wird die nördliche Hemisphäre im fernen IR beobachten und nach Spuren von Alkanen, Nitrilen, Kohlenmonoxid und Wasser suchen. Weiterhin sucht man mit besonders hoher Empfindlichkeit nach Spuren neuer Substanzen an den Polen. UVIS wird ein Mosaik von Norden nach Süden von Titan erstellen. VIMS sucht nach Wolken vor der Passage und macht hochauflösende geologische Aufnahmen nach der Passage.

Orbit 44

Im 44.sten Orbit gibt es wieder einen Janus Vorbeiflug am 9.5.2007 und einen Titan Vorbeiflug am 26.4.2007. Er dauert vom 24.4.2007 bis zum 10.5.2007. Die Entfernungen liegen zwischen 344000 und 1890.000 km. Der T29 Vorbeiflug gilt wieder der Radarbeobachtung der hohen nördlichen Breiten. Es wird bei der Annäherung Altimetermessungen, Rückstreuungsmessungen und niedrigauflösende SAR Daten geben. Die SAR Daten sollen Lücken bei den bisherigen Beobachtungen schließen. Die Daten die man rund um den titannächsten Punkt gewinnt. gelten dann nur der SAR Beobachtung und dem Füllen von Lücken. Beim Abflug gibt es dann wieder Rückstreuungs- und Höhenmessungen. Nächster Punkt ist bei +60 Grad Nord, 0 Grad Ost.

CIRS wird im Südteil von Titan eine Temperaturkarte erstellen und am Horizont nach Methan und Kohlenwasserstoffspuren in den Spektren suchen. Nach dem Vorbeiflug wird man die Struktur der Thermosphäre untersuchen. ISS macht ein globales Mosaik mit 1 km Auflösung pro Pixel und beobachtet die Scheibe bei niedrigem Phasenwinkel mit 1.5 km/Pixel. VIMS soll an der nördlichen Hemisphäre Untersuchungen machen.

Orbit 45

Der 45.ste Orbit von Cassini ist wieder einer, bei dem die Sonde nicht nur Titan passiert (am 12.5.findet T30 in 960 km Minimalentfernung zur Oberfläche statt) sondern auch kurz vor erreichen des saturnnächsten Punktes am 27.5.2007 die Monde Tethys, Mimas und Rhea kurz nacheinander passiert. Tethys in 102,249 km Entfernung. Mimas in 127.000 km Entfernung und Rhea in 177.000 km Entfernung. Da es keinen gezielten Vorbeiflug  an Mimas während der Primärmission gibt ist diese Gelegenheit natürlich wichtig und sie wurde auch ausgenutzt. Der große Einschlagskrater Herschel war gut an der Seite zu sehen.

Bei T30 standen zum einen RADAR Beobachtungen im Vordergrund. Überlappungen mit vorhergehenden Flügen erlauben Stereoaufnahmen, vor allem wird aber neues Terrain erfasst.

CIRS macht eine Temperaturkarte der südlichen Hemisphäre sowohl durch Erfassung der Bodentemperaturen wie auch  der Tropsphärentemperaturen und man sucht nach Spuren von Methan in der Troposphäre.

ISS fertigt globale Aufnahmen mit 1 km/Pixel Größe beim Anflug an und mit 1.5 km/Pixel nach dem Passieren wenn Titan nur noch eine Sichel ist und man sehr gut die Wolken im Gegenlicht beobachten kann.

VIMS wird eine regionale Kartierung nach dem Vorbeiflug durchführen. MAPS hat die Gelegenheit eine Region zu untersuchen von der man sich eine interessante Interaktion des Restmagnetfelds von Titan mit dem Sonnenwind verspricht. Passiert wird Titan bei 66°  Nord, 358° Länge. Der Titanvorbeiflug reduzierte den saturnnächsten Punkt auf 193 000 km (von 253000 km) und machte so die nahe Passage von Mimas möglich. Der  saturnfernste Punkt blieb bei 2.25 Millionen km Entfernung und damit auch die Umlaufsperiode bei etwas mehr als 14 Tagen.

Orbit 46

Orbit 46 beinhaltet wieder einen Titanvorbeiflug, T31 am 28.5.2007. Er führt die Sonde bis auf 2300 km an Titan heran. T32 verändert den Orbit nochmals in Richtung eines niedrigeren saturnnächsten Punktes. Am 12.6.2007 nähert sich dann Cassini bis auf 163000 km an Saturn. Der saturnfernste Punkt der am 4.6.2007 durchlaufen wird bleibt in 2.28 Millionen Km Entfernung.

Saturn im Infraroten, aufgenommen von VIMSDer nächste Punkt liegt bei +76.6 ° Nord und 359 Grad Länge, also nahezu bei dem selben Längengrad wie bei T30, nur 10 Grad nördlicher.

Orbit 47

Orbit 47 ist der letzte in dem ersten Halbjahr 2007, er isst praktisch eine Wiederholung der letzten Orbits. Er wird vom 12-28.6.2007 durchlaufen. Ein Titanvorbeiflug am 13.6.2007 in 975 km Entfernung senkt nochmals den saturnnächsten Punkt ab. Er beträgt nun am 28.6.2007 nur noch 145000 km, am 20.6.2007 wird der saturnfernste Punkt in 2.3 Millionen km Entfernung zum Zentrum durchlaufen. Viel näher kann sich Cassini dem Saturn nicht nähern, da der F-ring den Saturn schon in 139000 km Entfernung umkreist. Am 27/28.6.2007 gibt es 3 sehr gute ungezielte Vorbeiflüge ab Tethys (16.459 km), Mimas (98.369 km) und Enceladus (89.147 km). Der nächste Vorbeiflug an Helene während der Mission ist ebenfalls in diesem Orbit und zwar am 19.6.2007 in 36448 km Entfernung.

UVIS Darstellung der RingeNun noch ein paar Neuigkeiten von Cassini aus den letzten Wochen. Nachdem man schon bei Enceladus eine vulkanische Aktivität in form von Geysiren und heißen Punkten unter der Oberfläche gesehen hat meldete nun das CAPS Team, dass wahrscheinlich Dione und Tethys auch Quellen für Gas sind und eventuell ebenfalls tektonisch aktiv. Messungen zeigen dass diese beiden Monde das Plasma um Saturn mit auffüllen. Visuelle beobachtbare Geysire gibt es aber nicht. Nun sollen Magnetometermessungen in der Zukunft bei Vorbeiflügen näheren Aufschluss bringen.

Untersuchungen von UVIS der Ringe bei Sternbedeckungen zeigten, dass die Ringteilchen sich zu Wolken formen und dort sehr häufig kollidieren wodurch sich die Relativgeschwindigkeit vermindert und die Wolke erhalten bleibt. eine solche Wolke ist etwa 30-50 m groß, es folgt dann eine größere Zone mit wenigen oder keinen Partikeln. Im B.- Ring kommt ein Zusammenstoß alle 30 Minuten vor und die Wolken sind etwa 10-50 dünner als breit. Die Masse der Ringe muss nach diesen Befunden höher angesetzt werden, eventuell doppelt so hoch wie bisher angenommen.



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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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