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Cassini Mission im zweiten 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 zweite Halbjahr bringt eine neue Phase in der Mission. Seit einem Jahr befand sich Cassini in einem stark geneigten Orbit um die Ringe zu untersuchen und das Magnetfeld genauer zu bestimmen. Dabei passierte sie Titan sehr oft, etwa alle 16 Tage. Am 30.6.2007 begann nun eine Phase in der die Sonde über 2 Orbits in einen exzentrischen Orbit umgelenkt wird der schließlich mit einem Iapetus Vorbeiflug - dem einzigen nahen während der Primärmission endet. Dieser Missionsteil endet am 14.9.2007. Danach wird Cassini in den letzten Teil der Mission übergehen in dem man wieder nach und nach die Inklination des Orbits erhöht und die Umlaufdauer erniedrigt. Zuletzt, am 1.7. nächsten Jahres wird sich Cassini in einem sehr kurzperiodischen Orbit von nur 7 Tagen Umlaufszeit befinden.

Es gibt bis zum 10.9.2007 einige sehr nahe Vorbeiflüge an den kleineren Eismonden und danach solange die Sonde noch nahe des Äquators fliegt auch noch einige in mittlerer Entfernung und zwar folgende:

Mond Datum Distanz
Helene 19.6.2007 36.448 km
Tethys 29.8.2007 52.634 km
Rhea 30.8.2007 5.129 km
Iapetus 10.9.2007 1.626 km
Dione 30.9.2007 4.655 km
Tethys 30.0.2007 118.472 km
Enceladus 30.9.2007 98.289 km
Janus 24.10.2007 150.000 km
Rhea 16.11.2007 90.588 km
Epimetheus 3.12.2007 8.711 km

Titan wird auch angeflogen werden, aber nicht mehr so häufig wie in dem vergangenen halben Jahr, es gibt 6 Titanvorbeiflüge, die Nummern T35 bis T40 in diesem halben Jahr.

Orbit 48

Orbit 48, der erste im zweiten Halbjahr beginnt am 28.6.2007 und geht bis zum 9.7.2007. Die Sonde hat eine Bahn im Äquator des Saturns und passiert so wieder die Eismonde in naher Distanz. Der saturnnächste Punkt liegt bei 145000 km, so ziemlich die größte Mögliche Annäherung an die ringe die möglich ist und der fernste bei 2.88 Millionen km.

Am 29.6.2007 fand der Titanvorbeiflug T33 statt. In 1948 km Entfernung von der Oberfläche zog der Roboter seine Bahn um den Mond und erreichte bei 8.1 ° N seinen nächsten Punkt an der Oberfläche, nach einer Reihe von Vorbeiflügen in hohen bis polaren Breiten findet dieser also wieder über dem Äquator statt.

2 Tage zuvor fand ein Vorbeiflug an Tethys statt bei dem vor allem das Ithaka Chasma untersucht wurde, ein Grabensystem welches eine Hälfte des Mondes durchzieht. Der Vorbeiflug in 16459 km Entfernung war sehr nah und wurde für Beobachtungen des Mondes genutzt.

Auf Hyperion, das zeigte sich bei der Auswertung vergangener Untersuchungen gibt es auch Kohlenwasserstoffe. Spuren davon wurden durch VIMS entdeckt. Der nahe Vorbeiflug im September 2005 wurde auch dazu genutzt die Oberfläche in allen Spektralbereichen zu untersuchen. Das Bild links zeigt einen 75 x 75 km großen Ausschnitt aus Hyperions Oberfläche. die Helligkeitsinformationen stammen aus einem hochauflösenden ISS Bild. Dem sind als Farbinformationen die niedrig aufgelösten VIMS Aufnahmen überlagert. Blau ist das vorherrschende Wassereis, rosa-rot das bei diesem Mond erstaunlich häufige Kohlendioxid Eis. und gelb die organischen Kohlenwasserstoffe. Es ist auffällig dass diese mit den dunklen Kraterböden korrespondieren, d.h. diese aus organischem Material bestehen das sich durch UV Strahlung zu dunklen Polymeren verbunden hat (ähnlich unserem Erdöl oder dem Teer auf den Straßen).

Das Kohlendioxid Eis ist auf komplexe Weise mit dem Wassereis vermischt, was ein entweichend es unter den Bedingungen von Hyperion nicht stabilen Kohlendioxids verhindert.

Eine weitere Überraschung aber angesichts der recht tiefen und dunklen Krater nicht überraschende Erkenntnis war die Auswertung der Bahninformationen nach dem Vorbeiflug von Hyperion. Sie erlaubten eine bessere Bestimmung seiner Masse und Größe und demnach hat der Mond nur etwa die Hälfte der Dichte von Wasser, muss also von größeren inneren Hohlräumen durchzogen sein. Einen ähnlichen Befund kennt man schon von Gesteinsasteroiden, z.B. dem Asteroiden 253 Mathilda den die Raumsonde NEAR beim Vorbeiflug vermaß.

Am 1.7.2007 beginnt das vierte und letzte Jahr der Primärmission von Cassini. Zeit erneut Bilanz zu ziehen. Hier die wichtigsten Eckdaten von Cassini aus dem letzten Jahr:

HeleneOrbit 49

Der Orbit 49 geht vom 9.7.2007 bis zum 20.7.2007. Ein Vorbeiflug an Titan hebt sowohl saturnnächsten wie saturnfernsten Punkt an. Die Periapsis steigt bei diesem Orbit von 145000 auf 320.000 km und die Periapsis (die erst im nächsten Orbit durchflogen wird von 2.880.000 auf 4.170.000 km, damit beginnt eine kleine Reihe von Titanvorbeiflügen um die Sonde in eine hochelliptische Umlaufbahn zu bringen die sie schließlich an Iapetus heranführen wird.

Titan T34 am 19.7.2007 findet in 1322 km Höhe statt. Einen Tag später passiert die Sonde Helene in 36.448 km Entfernung und Tethys in 100.000 km Entfernung. (Bild Links)

Orbit 50

Der Jubiläumsorbit Nummer 50 wird vom 20.7.2007 bis zum 29.8.2007 durchlaufen. Schon an der verlängerten Umlaufdauer sieht man, dass der Vorbeiflug an Titan den Orbit drastisch geändert hat. Er erstreckt sich nun bis zu 4.17 Millionen km von Saturn hinaus ins All. Die nächste Annäherung an Saturn erfolgt auf 320.000 km. Ziel dieses neuen Orbits ist es die Sonde auf einen Orbit zu bringen, bei dem sie beim nächsten Orbit den äußersten großen Mond Iapetus in naher Distanz passiert. Iapetus wird nur zweimal während der Mission in naher Distanz passiert: Einmal vor dem Aussetzen der Huygenssonde in 127.000 km Entfernung, was globale Übersichtaufnahmen erlaubte und das zweite mal dieser gezielte Vorbeiflug am 10.9.2007. Es ist der einzige nahe Iapetus Vorbeiflug, auch während der erweiterten Mission ist kein naher Vorbeiflug geplant. Cassini überfliegt die beleuchtete saturnabgewandte Seite, welche aus den anderen Bahnen niemals beobachtbar ist, da sich sonst Cassini innerhalb des Iapetusorbits befindet. 400-500 Aufnahmen sind geplant, die besten von dem Bergrücken am Äquator, einigen Bergen die Voyager entdeckte und der Übergangszone zwischen hellem und dunklem Gebiet. Ein Bildmosaik der beobachtbaren Hemisphäre mit 400 m Auflösung ist ebenfalls geplant.

Bei diesem Orbit nähert sich Cassini keinem der anderen Monde besonders nahe.

Orbit 51

Rhea vor SaturnMit diesem Orbit beginnt für Cassini eine neue Phase, die letzte bis zum Ende der offiziellen Mission am 1.7.2007. Die Orbits werden nun immer kürzer, und so entfallen in diese letzten 11 Monate weitere 27 Orbits. Die Bahnneigung wird dabei immer größer und erreicht schließlich Werte über 70 Grad. Diese Bahnen sind ideal um das Magnetfeld und die Ringe zu beobachten, weshalb dies auch die "Rings and MAPS" Phase genannt wird.

Orbit 51 verläuft von 278000 bis 3610000 km Entfernung vom Saturn über einen Monat vom 29.8.2007 bis zum 30.9.2007.

Kurz nach Passage des saturnnächsten Punkts in 320.000 km Entfernung wird Tethys in 52.539 km Entfernung am 29.8.2007 und Rhea in 5.109 km Entfernung am 30.8.2007 passiert. Dann folgt ein Titanvorbeiflug am 31.8.2007. T35 in 3.302 km Entfernung ändert die Bahn so, das Iapetus am 10.9.2007 in 1.626 km Entfernung passiert wird. Eine geänderte Missionsstrategie erlaubt es neben der Suche nach einer dünnen Atmosphäre mit UVIS welche bei der ursprünglichen Planung rund um den nächsten Punkt stattfinden sollte nun auch Aufnahmen aus nächster Entfernung und Felder und Magnetfelduntersuchungen. Die Beobachten beginnen schon am 3.9.2007 noch in 1.5 Millionen km Entfernung von Iapetus und die heiße Phase sind die letzten 5.5 Stunden vor der Begegnung mit Distanzen unter 45000 km. Der Roboter nähert sich Iapetus nahe ihres saturnfernsten Punkts mit einer sehr geringen Relativgeschwindigkeit von nur etwas über 2 km/s so, dass über Stunden Aufnahmen und andere Beobachtungen möglich sind.

Am 14.9.2007 wird der saturnfernste Punkt in 3.61 Millionen km Entfernung passiert. Bei der Annäherung an den Saturn gibt es dann in rascher Folge erneut einige nahe Vorbeiflüge an den Eismonden: und zwar am 30.9.2007 kurz vor Erreichen der Periapsis an Dione in 46655 km, Tethys in 118742 km und Enceladus in 98289 km Entfernung.

IapetusDer T35 führt über die saturnabgewandte Seite und erreicht seinen nächsten Punkt bei 63.5 Grad Nord, 110 Grad West, Beobachtungen westlich des Huygens Landeplatzes sind möglich.

IapetusDanach beginnen die Vorbereitungen für den Vorbeiflug an Iapetus, Die besten Aufnahmen, 35 Stück werden 7365 km vor bis 24182 km nach dem Vorbeiflug von dem äquatorialen Rücken gemacht von 8.5 bis -10.1 Grad Breite und 8.2.8 bis 242 Grad Breite, also praktisch über den halben Äquator hinweg. Sie Haben Auflösungen von 44.7 bis 148 m/Pixel, die beste Aufnahme eine von 9.7 m pro Pixel.

Die nächste Annäherung an Iapetus findet über 4 Grad Süd, 156 Grad West in 1644 km Höhe und 2.4 km/s Relativgeschwindigkeit statt. Schon in den Tagen zuvor gab es Bilder aus immer kleinerer Distanz, allerdings wurde der Mond zunehmend zur Sichel, wie diese Sequenz von Aufnahmen vom 6-9.9.2007 aus 893.000-206.000 km Entfernung zeigt. Die Kernfragestellungen bei Iapetus welche man bei diesem Vorbeiflug geklärt haben will drehen sich natürlich um das dunkle Gebiet und woraus es besteht und wie es es gebildet wurde.

EnceladusDie ersten übermittelten Aufnahmen zeigen eindrucksvoll den 10 km hohen Bergrücken, er muss sehr alt sein, denn er ist genauso verkratert wie der Rest des Mondes. Auch im hellen Gebiet finden sich unzählige Krater, allerdings sind viele Kraterböden dunkel, oftmals nicht gleichmäßig und auch dazwischen findet man immer wieder ein marmorierendes dunkles Muster. Offensichtlich liegen hier zwei Schichten übereinander. Wenn die Kraterböden dunkel sind, so ist die helle Schichte die neuere - und das ist das besondere, denn die anderen Saturnmonde haben nur diese helle Schicht. (Eine der Hypothesen ist ja, dass Iapetus das dunkle Material von Phoebe und anderen Minimonden aufgesammelt hat, doch dann wäre das dunkle ja die oberste Schicht. Nun hat Tillmann Denk, Missionsplaner dieses Vorbeiflugs an der FU Berlin und andere erst einmal genügend Bilder von Iapetus. Kurz nach der ersten Übermittlung wurde Cassini von einem Schauer galaktischer Teilchen getroffen und ging in den Safe Mode. Leider gibt das Cassini Team nicht an, wann dies geschah denn nach einer erster Datenübertragung waren weitere Aufnahme vor allem ein globales Mosaik, das nur nach dem Vorbeiflug möglich ist geplant (Cassini sah Iapetus vor dem Vorbeiflug als Sichel und erst nach dem Vorbeiflug als "Dreivertel Mond". Bild links, man sieht sehr deutlich auch, dass sich dieser Vorbeiflug und der erste in der Neujahrsnacht 2005 ergänzen - Damals sah man vor allem die dunkle Seite des Mondes)

Und nun die schlechte Nachricht: Die Liste der gezielten Vorbeiflügen an den Großen Eismonden ist nun von Cassini abgearbeitet. .Dies war der letzte in der Primärmission (die genauen Daten der erweiterten Mission die ja in weniger als 10 Monaten beginnen soll sind noch nicht veröffentlicht). Es gibt noch 3 Vorbeiflüge an kleineren Monden. Nämlich am 3.12. an Epimetheus in 6200 km Entfernung und nochmals am 12.3.2008 in 690 km Entfernung. Janus wird am 1.6.2008 in 12300 km Entfernung passiert.

Auf der Rückkehr ins innere Saturnsystem stehen weitere Vorbeiflüge an: Am 30.9.2007 werden kurz hintereinander Dione in 46.655 km Entfernung, Tethys in 118.543 km Entfernung und Enceladus in 98.289 km Entfernung passiert.

Orbit 52

Der Orbit Nr. 52 wird vom 30.9.2007 bis zum 24.10.2007 durchlaufen. Die Periapsis liegt bei 278.000 km Entfernung, die Apoapsis sinkt durch den Titanvorbeiflug auf 2.970.000 km. T36, am 2.10.2007 ist der erste einer Serie bei denen Titan nach passieren des saturnnächsten Punktes passiert wird und der erste einer Serie von sieben Vorbeiflügen welche über die Südhalbkugel führen, die man bislang noch nicht so gut erforscht hat. T7 führte allerdings in einer ähnlichen Bahn am Titan Vorbei, wodurch Vergleichsuntersuchungen möglich sind.

Die Passage in einer Höhe von 975 km wird für folgende Beobachtungen genutzt:

Kurz vor der Passage des saturnnächsten Punktes am 24.10 gibt es einen entfernten Vorbeiflug an Janus in 150.000 km Entfernung. Bilder wurden bei diesem nicht gewonnen.

Orbit 53

Orbit 53 hat keinen Titanvorbeiflug, trotzdem hat der Vorbeiflug am 2.10. den saturnnächsten Punkt auf 229.000 km abgesenkt, was neue Bilder der inneren Monde ermöglicht. Die Apoapsis wird am 5.11.2007 in 2.990.000 km Entfernung durchlaufen. Am 16.11.2007 wird Rhea in 90588 km Entfernung passiert. Am 17.11.2007 wird die nächste Periapsis durchlaufen.

In der Zwischenzeit konnte man eine neue Entdeckungen vermelden: Gürtel von "Moonlets" also Minimonden, noch kleiner als die kleinsten "echten" Monde wie Pan. Man entdeckte Schnüre dieser Monde im A-Ring. Nur in dieser form sind die Monde für Cassini sichtbar, denn jeder einzelne ist mit 100 m Größe zu klein um von Cassini abgelichtet zu werden.

Mehrere kleine dieser Bögen wurden im A-ring entdeckt. Jeder ist 10 Meilen (16 km lang). Alle zusammen sind maximal 2000 Meilen (3200 km) lang, nur etwa 1/180 stel der Länge des A-Rings. Es mag noch kleinere Moonlets geben: Cassinis Kamera kann keine Moonlets von weniger als 50 Fuß (16 m) Durchmesser detektieren.

Titan Radar KarteOrbit 54

Dieser Orbit verläuft zwischen 229.000 und 2.290.000 km Entfernung und wird von Cassini zwischen dem 17.11.2007 und dem 3.12.2007 durchlaufen. Erneut steht ein Titanvorbeiflug statt, 2 Tage nach Durchlaufen der Periapsis am 19.11.2007. T37 senkt den saturnnächsten Punkt auf 151.000 km, ab, so dass Cassini beim nächsten Orbit eine erneute Gelegenheit hat die Hirtenmonde zu untersuchen.

Die nächste Annäherung findet bei -21 ° Süd und 117 Grad Breite statt.

Orbit 55

Durch die Erniedrigung der Bahn findet am 3.12.2007, kurz nach der Passage von Saturn eine Passage von Epimetheus statt. Es ist mit 8711 km Entfernung die nächste während der ganzen Tour. (Bild rechts). Zwei Tage später findet am 5.12.2007 der Titanvorbeiflug T38 in 1300 km Entfernung statt. Am 11.12.2007 wird der saturnfernste Punkt durchlaufen und am 19.12.2007 erneut die Saturnperiapsis.

Folgende Beobachtungen sind geplant:

epimetheusInzwischen konnte das Team des Elektonenspektrometers eine weitere Entdeckung vermelden: Nämlich das man mit diesem Instrument (einem Teilinstrument des Massenspektrometers) negative Ionen mit Atommassen von bis zu 10.000 entdeckt hat. Das sind schon recht große und komplexe Moleküle aus (wenn man eine typische Zusammensetzung aus Wasserstoff und Kohlenstoff nimmt) etwa 1000-2000 Atomen.

Inzwischen gab es auch Abschätzungen der Mengen an Flüssigkeit auf Titan. Es müssten nach den derzeitigen Beobachtungen etwa genug Karsteis vorhanden sein um einen 110 m tiefen globalen Gletscher zu formen, 80 % aus Azetylen, 15 % aus Propin und 5 % aus Zyanwasserstoff bestehen. Sie speilen eine Rolle beim Hyrocarbonkreislauf auf Titan und wahrscheinlich sind größere Mengen dieser Feststoffe auch in den Seen gelöst. Zumindest für die größeren, tiefen Seen kann man Cryovulkanismus als Ursache ausschließen. Sie entstehen aus Karst und Flusszuläufen.

Inzwischen liegen auch die Auswertungen aus Vorbeiflug an Iapetus im September vor. Die Beobachtung von Berghängen und Kraterwändern auf hochauflösenden Bildern zeigt, dass die südlichen Hänge dunkler sind. Die Ursache ist die Sonneneinstrahlung. Sie scheint auf die Hänge und verdunstet aus einem gleichförmigen Mix von dunklem Gestein und hellem Eis das Eis. Danach bleibt das dunkle Oberflächengestein zurück. Da dieses durch das verdunstete Eis an Festigkeit verloren hat rutscht sehr oft Material von den Hängen ab auf die Kraterböden, die dann auch dunkler sind. Man findet auch einzelne helle Einschlagkrater im dunklen Gebiet, die zeigen dass unter der Oberfläche das Material hell ist.

Eine Computersimulation zeigt, dass über etwa 90 Millionen Jahre sich das Muster ausbildet das heute Iapetus aufweist: Eine dunkle Seite und eine hell Seite und helle Pole. Es sind kleine Albedounterschiede die sich in einem sich selbst verstärkenden Prozess aufschaukeln. Material wird an einer Stelle wo es dunkler ist leichter sublimiert, wodurch dieses noch dunkler ist und noch schneller sublimiert. Es kann dann entweichen oder sich an der kälteren, helleren Seite ablagern, wodurch diese noch kälter wird.

Auch die VIMS Daten bestätigen dies. Das helle Material besteht weitgehend aus Wasser. Im dunklen findet man noch Absorptionslinien von Kohlenmonoxid, Ammoniak und Kohlendioxid - Elementen aus denen durch UV Bestrahlung leicht dunkle polyzyklische Kohlenwasserstoffe entstehen können. Eine Abschätzung der Partikelgröße für die dunklen Teile in der hellen Zone liefert eine Größe von kleiner als 0.5 Mikrometer und einen Masseanteil von maximal 2 %. Eine Abschätzung der gemessenen Temperaturen mittels CIRS ergab, das die helle Seite etwa 10 cm Dicke in einer Milliarde Jahre verliert. Neu hinzugekommenes Material durch Meteorite liefert etwa dieselbe Menge. So bleibt die Oberflächenzusammensetzung in etwa konstant. Im dunklen Bereich wird aber 20 m, also 2000 mal mehr in einer 1 Milliarde Jahren abgetragen. Im Übergangsbereich wurde ein Temperaturunterschied von 15 K (113 zu 128 K gemessen.

Damit scheint die Theorie der Sublimation von Eis und dadurch Konzentration von schon vorhandenem dunklem Staub wohl die beste derzeitige Erklärung für die helle und dunkle Seite sein. Die früher favoritisierte Theorie des Aufsammelns von dunklem Material, emittiert von Phoebe und anderen kleinen äußeren Saturnmonden scheint nun der Vergangenheit anzugehören.

Eine weitere Neuigkeit kommt von den Saturnringen. Sie sind wahrscheinlich so alt wie der Planet selbst. Nachdem man bei den meisten anderen Planeten feststellte, dass die Ringe instabil sind und innerhalb von Millionen Jahren vergehen nahm man an die Ringe wären nur etwa 100 Millionen Jahre alt und entstanden durch das Zerreisen eines zu nahe gekommenen kleinen Mondes. Die Analyse der Ringstrukturen zeigte aber das diese stabil sind, und diese weisen darauf hin, dass die Ringe aus übrig gebliebenem Material bestehen das bei der Entstehung des Planeten übrig blieb und wegen der Nähe sich nicht zu einem Mond aggregieren konnte. Sie sind damit etwa 4.5 Milliarden Jahre alt. Im F-Ring wird Material dauernd "recycelt" so ergab die Analyse von Aufnahmen. Man entdeckte alleine in diesem äußeren, dünnen Ring 13 Objekte von 27-2000 m Größe.

Orbit 56

Schon zwei Wochen nach dem letzten Titanvorbeiflug findet am 20.12.2007 der letzte Vorbeiflug für dieses Jahr statt. Der Titan 39 Vorbeiflug in 970 km Höhe findet diesmal über der Südhalbkugel statt bei -70 Grad Breite und 176 Grad Länge. Diese Passage erlaubt es zum ersten Mal das Südpolgebiet, das derzeit dauernd von der Sonne beschienen wird mit dem Nordpolgebiet, das dauernd in der Nacht ist zu vergleichen.

Daher gelten die wichtigsten Untersuchungen dem Gewinnen von SAR Aufnahmen des Südpolgebietes um dort ebenfalls nach Seen zu suchen. Auf den ISS Daten sieht man ja einen dunklen Fleck nahe des Südpols - ist dies ein See? Weitere Untersuchungen betreffen Rückstreuungsmessungen und Höhenmessungen.

Mit Orbit 56 endet das Jahr 2007 für Cassini und es beginnt das letzte halbe Jahr der Primärmission. In nur 16 Tagen durchläuft die Sonde nun die Bahn und kehrt schon am 4.1.2008 zu Saturn zurück. Dies wird nun sich immer mehr verstärken, in einem halben Jahr wird die Umlaufszeit nur noch 7 Tage betragen. T39 hat die Bahn wieder etwas angehoben auf inen minimalen Punkt von 241000 km, der saturnfernste bleibt bei 2.2 Millionen km.



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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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