Bei der Cassini-Huygens-Mission handelt es sich um eine Mission zur Erforschung des Saturn und seiner Monde. Das Raumschiff besteht dabei aus zwei Elementen: Dem Cassini Orbiter, der den Saturn und sieben seiner Monde für vier Jahre umrunden soll, und der Sonde Huygens, die zur Untersuchung des Saturnmondes Titan dient und auf ihm landen soll.
Die Mission
Cassini-Huygens ist ein gemeinsames Projekt von NASA, ESA und der italienischen Weltraumagentur ASI. Der Orbiter Cassini wurde vom Jet Propulsion Laboratory der NASA entwickelt und gebaut, die Sonde Huygens, die die Atmosphäre von Titan untersuchen soll, kam von der ESA und ASI fertigte die Hochleistungs-Antenne. 17 Nationen beteiligten sich an der Finanzierung der Mission, die Daten für über 200 Wissenschaftler liefern soll und mehr als drei Milliarden Dollar kostete. Das Berliner Institut für Planetenforschung des DLR ist ebenfalls mit mehreren Experimenten am Orbiter beteiligt.
Gestartet wurde die Sonde am 15. Oktober 1997. Auf ihrer 7-jährigen Reise in Richtung Saturn passierte die Sonde Venus, die Erde und anschließend Jupiter. Die Bordinstrumente konnten bereits bei diesen Begegnungen zahlreiche wissenschaftliche Daten liefern. So ergab das für die Saturnmonde konstruierte Radar die bisher genaueste Kartierung einiger Venus-Regionen. Magnetometer-Tests zeigten, dass es entgegen der Erwartung keine Blitze aus den 40km hohen Venus-Wolken gibt. Die kombinierte Erkundung des Jupiter durch Cassini-Huygens und die noch immer funktionstüchtige Galileo-Sonde lieferte einzigartige Daten über Nordlichter und die Umgebung des Riesenplaneten. Die Daten über die Erde sind interessant für simulierte Suche nach außerirdischem Leben, für den Umweltschutz und für die Geophysik.
Wegstationen Erde-Venus-Jupiter-Saturn
- 6.10. bis 15.11.1997: Startfenster für die ideale Planetenkonstellation. Nach zwei technischen Verzögerungen (Kühlaggregat und Computer) erfolgt der
- Start am 15.10.1997 09:43 UT mit einer Titan-4B, der letzten dieser mit Boostern verstärkten Rakete. Sie kann 12.4 km/s erreichen, zum Saturn wären aber 15.1 km/s nötig. Für spätere Swing-by-Manöver daher
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- Einschuss zur Venus (in die Gegenrichtung) auf eine hinter der Erde zurückbleibende Übergangsbahn. Nach etwa 60% entlang dieser Ellipse erfolgt der
- 24.4.1998 1. Vorbeiflug an der Venus mit 11.7 km/s in nur 300 km Höhe, wodurch sich die Bahnellipse um ein Drittel vergrößert.
- 3.12.1998 Kurskorrektur um 400m/s nahe der Marsbahn, um die Venus nach zwei ihrer Umläufe an geeigneter Stelle zu erreichen.
- 24.6.1999 2. Vorbeiflug an der Venus mit bereits 13.6 km/s in 600 km Höhe. Durch Ausnützen einer günstigen Konstellation kam es schon nach 54 Tagen zum
- 18.8.1999 Swing-by an der Erde mit 19.1 km/s in 1200 km Höhe
- 1.12.1999 wird die HGA-Antenne zur Erde gedreht.
- 23.1.2000 Annäherung an den Asteroid 2685/Masursky auf 1.5 Mio km; er ist aber in der NAC-Kamera nur ein Pünktchen - ebenso wie am
- 18.8.2000 der Kleinplanet Himalia in 4.4 Mio km Distanz.
- Febr.2000 kleine Flugplan-Änderung wegen Empfängerdefekt für Huygens.
- 1.10.2000 Beginn der Jupiterbeobachtungen (84.4 Mio km), und
- 30.12.2000 Swing-by an Jupiter in 9.7 Mio km mit 11.6 km/s, was die Übergangsbahn zum Saturn um 2 Jahre verkürzt.
- 22.3.2001 Ende der Jupitermessungen (84 Mio km).
- 06.2.2004 Beginn der Saturnbeobachtungen (70 Mio km), und 11.6. Phoebe.
Die vier Vorbeiflüge ergaben Geschwindigkeitssteigerungen von 3.7 und 3.1 km/s bei Venus, 4.1 km/s bei Erde, und 2.1 km/s durch Jupiter trotz seiner großen Distanz. Der Saturnmond Phöbe machte nur 29 m/s aus.
Die Weltraumsonde hat am 30. Juni 2004 den Saturn erreicht. Der Start geriet in die Schlagzeilen, da die große Raumsonde ihre Energie mit Hilfe von Radioisotopengeneratoren (RTG) erzeugt, die mit radioaktivem Material arbeiten. Daher hatten besonders Umweltverbände die Risiken während des Starts und der Swing-by-Manöver an der Erde kritisiert. Die Energie erzeugt der RTG, indem er die Wärme aus radioaktivem Zerfall in elektrische Energie umwandelt.
Missionsverlauf
- 27. August 2004: Größte Saturndistanz (Apoapsis), 9 Mio. km
Jupiter
Nach ihrem Start am 15. Oktober 1997 verlief der Flug von Cassini-Huygens alles andere als ereignislos. Sie konnte während mehrerer Swing-By-Manöver bereits ihre Instrumente an den Planeten Erde, Venus und Jupiter testen. Letzterer Vorbeiflug bildete den bisherigen Höhepunkt der Reise, als Cassini zum Jahreswechsel 2000/2001 bisher unerreicht scharfe Aufnahmen vom gesamten Jupiter schoss.
Beweis für die Relativitätstheorie
Nach dem Jupiter-Vorbeiflug ging es direkt in Richtung Saturn. Für diese Strecke sollte die Sonde noch einmal dreieinhalb Jahre brauchen - mehr als die Hälfte ihrer gesamten Flugzeit. Daraus erkennt man die Verlangsamung im Schwerefeld der Sonne. Doch in diesem Zeitraum hatte Cassini Aufgaben: Im Sommer 2002 lagen Erde, Sonne und die Raumsonde genau auf einer Linie. Die Sonne lag also genau zwischen Erde und Cassini. Diese Konstellation nutzten italienische Wissenschaftler die allgemeine Relativitätstheorie Albert Einsteins genauer zu überprüfen.
Das Experiment wurde bereits im frühen 20. Jahrhundert durchgeführt: Während einer totalen Sonnenfinsternis konnte die Ablenkung eines Fixsterns aus seiner Richtung gemessen werden - ein Beweis dafür, dass die Sonne mit ihrer Masse den Raum krümmt und dadurch Lichtstrahlen verbiegt. Das italienische Experiment arbeitete nach demselben Prinzip: Durch die Masse der Sonne wurde das Signal der Sonde so abgelenkt, als ob es scheinbar von einer anderen Position aus abgesendet worden sei. Die Messung erlaubte eine 50-mal genauere Messung des Phänomens, als dies von der Erde aus möglich war. [1]
Titan in Sicht
Priorität bekam vor der Ankunft am Saturn schließlich die genauere Erforschung von Titan. Dies wird auch nach der Ankunft am 1. Juli 2004 fortgesetzt, um die Landung von Huygens auf dem Saturntrabanten im Januar 2005 vorzubereiten. Zu diesem Zweck hatte auch das Hubble-Teleskop kürzlich hochaufgelöste Aufnahmen von dem bewölkten Mond geschossen. Die bisher besten Cassini-Aufnahmen von Titan gelangen im Juni 2004, als die Sonde nur noch 10,4 Millionen Kilometer von dem Mond entfernt war.
Vorbei an Phoebe
Am 11. Juni 2004 passierte die Sonde den äußeren Saturnmond Phoebe mit einem Abstand von nur 2.068 km und untersuchte diesen erstmals seit der Voyager 2 Mission aus der Nähe.
Einschwenken in die Umlaufbahn
Am 1. Juli ist Cassini-Huygens in eine Umlaufbahn um den Saturn eingetreten. Der Mindestabstand zur Wolkendecke des Saturn betrug 19.960 km. Das Manöver galt als missionskritisch, da ein Signal von der Erde bis zu Cassini-Huygens eine Stunde und 24 Minuten benötigt. So konnten die Ingenieure der NASA nur darauf hoffen, dass die von ihnen gesendeten Befehle auch zum richtigen Zeitpunkt ausgeführt werden. Ein Fehler hätte die Sonde nicht in eine Umlaufbahn eintreten lassen.
Am 2. Juli flog die Sonde in 339.000 km am Saturnmond Titan vorbei. Am 15. Juli machte Cassini erstmals Aufnahmen des Mondes Japetus aus etwa drei Millionen Kilometer Entfernung. Die Aufnahmen zeigen, dass die Oberfläche des Saturntrabanten deutlich in zwei verschiedene Hälften geteilt ist, wobei ein Teil sehr dunkel erscheint, was auf unterschiedliche Zusammensetzung schließen lässt. Vielleicht handelt es sich dabei um Gestein aus dem Kern von Japetus.
Im August entdeckte die Raumsonde zwei bislang unbekannte Monde des Saturns, die die vorläufigen Namen S/2004 S 1 und S/2004 S 2 erhielten.
Geplanter Missionsverlauf [2]
- 26. Oktober 2004: 1. gezielter Titan-Vorbeiflug, 1.200 km
- 13. Dezember 2004: 2. gezielter Titan-Vorbeiflug, 2.340 km
- 25. Dezember 2004: Absetzen der Huygens-Sonde
- 14. Januar 2005: Huygens-Titanlandung
- 14. Januar 2005: Cassini-Titan-Vorbeiflug.
Die aktuelle Lage von Cassini zu Saturn, Titan und Erde ist auf [3] zu sehen.
Huygens landet auf Titan
Im Dezember 2004 wird sich die europäische Sonde Huygens vom Orbiter trennen und im Januar 2005 in die Titan-Atmosphäre eindringen. Die Kapsel wird, durch einen Hitzeschild geschützt, in der Atmosphäre abgebremst werden. Nach Unterschreitung der Schallgeschwindigkeit wird ein Fallschirm entfaltet werden, der die Sonde schwebend zur Oberfläche herabsinken lässt. Während des gesamten Durchgangs durch die Atmosphäre werden chemische, physikalische und meteorologische Messungen ausgeführt. Kurz vor Erreichen der Oberfläche wird ein Scheinwerfer den Landeplatz ausleuchten, um genauere Bilddaten zu erhalten.
Außer der obligatorischen Kamera hat die Sonde weitere Instrumente an Bord, die zur Messung des Magnetfeldes benutzt werden und die auch andere Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums erkunden.
Titan ist der einzige bekannte Mond unseres Sonnensystems, der eine dichte Atmosphäre besitzt. Bisher ist völlig unklar, was sich unter den dichten Wolkenschleiern aus Methan verbirgt. So ist Huygens ebenso fähig auf einer festen Oberfläche, wie auf einem Ozean aus flüssigem Methan zu landen und auch im schwimmenden Zustand die Daten zielgenau zu senden. Wegen der sehr niedrigen Temperaturen von minus 183° Celsius wird der Lander nur maximal 30 Minuten arbeiten, bevor seine Instrumente einfrieren. Er ist darauf programmiert, möglichst schnell alle an Bord befindlichen Experimente durchzuführen und an Cassini zu übermitteln, der als Relais-Station zur Kommunikation mit der Erde dient.
Die Namensgeber
Der Orbiter wurde nach dem italienischen Mathematiker und Astronom Giovanni Domenico Cassini benannt, der im Jahre 1683 erstmals eine ausführliche Beschreibung des so genannten Zodiakallichts, einer Leuchterscheinung, machte. Die Sonde Huygens wurde nach dem Astronom, Mathematiker und Physiker Christiaan Huygens benannt, der am 23. März 1665 den Saturnmond Titan entdeckte.
Weblinks
- extrasolar-planets.com - Cassini Huygens (dt.)
- Raumfahrer.net: Cassini-Huygens Sonderseite (dt.)
- NASA: Cassini-Huygens (engl.)
- ESA: Huygens (engl.)
- DLR: Cassini (dt.)