Cassini verabschiedet sich vom Titan

Nur wenige Wochen vor dem dramatischen Missionsende, dem Absturz auf Saturn, hat die Raumsonde Cassini noch einen hektischen Zeitplan zu absolvieren, bei dem sie den Planeten jede Woche im sogenannten „Grand Finale“ umkreist. Bei einigen der Orbits war Saturns größter Mond Titan nahe genug, um die Umlaufbahn von Cassini zu optimieren, wodurch sich die Raumsonde etwas näherte oder etwas weiter weg bewegte. Einige dieser entfernteren Pässe drängte Cassini sogar in die inneren Bereiche von Saturns Ringen.

Einmal, vor dem Ende der Mission, wird Titan noch einen Besuch von Cassini bekommen. Diese letzte ferne Begegnung mit dem Mond findet am 11. September statt und wird Cassini seinem Schicksal entgegen bringen, wobei die Sonde noch kostbare wissenschaftliche Daten zurücksendet, bevor sie den Kontakt mit der Erde verliert.

Aber das gravitative Drängen und Schubsen war für Titan kein neues Verhalten, das machte die Sonde die ganze Zeit, darauf war sie programmiert.

Der wahre Motor der Mission

Wiederholte Vorbeiflüge an Titan wurden von der Mission von Anfang an als ein Weg gesehen, den geheimnisvollen großen Mond zu erforschen und Cassini bei seinen Abenteuern, das Saturn-System zu erforschen, zu unterstützen. Die Wissenschaftler waren begierig auf eine Rückkehr zum Titan, da Voyager 1 im Jahr 1980 zwar vorbei flog, aber durch den dichten, goldenen Dunst, der des Mondes Oberfläche umhüllt, nichts sehen konnten.

Titan ist mit einem Durchmesser von 5150 km sogar etwas größer als der Planet Merkur mit 4878 km. Angesichts seiner Größe hat der Mond eine signifikante Schwerkraft, die zur Veränderung des Cassini-Kurses verwendet wird, während die Sonde Saturn umkreist. Ein einziger enger Vorbeiflug an Titan kann mehr an Geschwindigkeitsänderung bringen als eine 90-minütige Triebwerkszündung, die benötigt wurde, um zu verlangsamen, damit die Sonde von Saturns Schwerkraft bei der Ankunft im Jahr 2004 eingefangen werden konnte.

Die Tour-Designer der Mission – Ingenieure, die schon Jahre im voraus mit der Planung des Kurses beauftragt wurden – benutzten Titan als Dreh- und Angelpunkt. Häufige Vorbeiflüge am Mond ersparten riesige Mengen an Raketentreibstoff. Mit der Schwerkraft Titans konnte Cassinis Umlaufbahn bis weit weg von Saturn gestreckt werden, um zum Beispiel die Sonde bis zum fernen Mond Japetus zu senden. Mit dieser Technik nutzten die Ingenieure die Titan-Flybys, um die Orientierung von Cassinis Umlaufbahn während der Mission zu ändern; zum Beispiel die Sonde aus der Ebene der Ringe zu heben, um diese von hoch oben zu betrachten, zusammen mit hohen nördlichen und südlichen Breitengraden von Saturn und seinen Monden.

Was Forscher gelernt haben

Im Lauf seiner 13-jährigen Mission am Saturn hat Cassini 127 enge Flybys an Titan gemacht, mit vielen weiter entfernten Beobachtungen. Cassini setzte auch die ESA-Sonde Huygens ab, die durch die Titan-Atmosphäre abstieg um im Jänner 2005 auf der Oberfläche des Mondes zu landen.

Erfolge für die Sonde Cassini während ihrer Mission inkludieren auch die Erkenntnis, dass, wie Forscher theoretisiert hatten, es tatsächlich Orte mit offenen flüssigen Kohlenwasserstoffen auf Titans Oberfläche gibt. Überraschenderweise stellte sich heraus, dass Titans Seen und Meere auf die Pole beschränkt sind, wobei sich in der jetzigen Epoche fast die gesamte Flüssigkeit in den nördlichen Breiten befindet. Cassini fand auch heraus, dass große Gebiete auf der Titanoberfläche keine Seen haben. Nahe dem Äquator gibt es weite Strecken von linearen Dünen, ähnlich jenen, die in Namibia auf der Erde zu finden sind. Die Sonde beobachtete riesige Kohlenwasserstoffwolken, die über Titans Polen schweben und helle Federwolken, die über die Landschaft driften und Methanregen fallen ließen, der die Oberfläche verdunkelte. Es gab auch Hinweise auf einen Wasserozean unter der eisigen Oberfläche des Mondes.

Früher war Cassinis Bild vom Titan unklar, aber jede Begegnung baute auf der vorherigen auf. Im Laufe der gesamten Mission bildeten Cassinis Radaruntersuchungen etwa 67 Prozent der Titanoberfläche ab, indem sie die große, schüsselförmige Antenne der Sonde nutzten, um die zurückgesandten Signale von der Mondoberfläche aufzuzeichnen. Bilder von Cassinis Imaging-Kameras, dem Infrarot-Spektrometer und die Radardaten ergaben ein komplettes hochaufgelöstes Bild vom Titan.

„Nun, da wir Cassinis Untersuchung von Titan abgeschlossen haben, besitzen wir genügend Details, um wirklich zu sehen, was Titan für eine Welt ist, und das global“, sagte Steve Wall, stellvertretender Leiter von Cassinis Radar-Team beim JPL in Pasadena, Kalifornien.

Die Wissenschaftler haben jetzt genügend Daten, um die Verteilung der Oberflächenmerkmale auf Titan (wie Berge, Dünen, Meere) und das Verhalten seiner Atmosphäre im Laufe der Zeit zu verstehen, und so konnten sie sich ein Bild darüber verschaffen, wie die Oberflächenflüssigkeiten von Pol zu Pol wandern.

Unter den Dingen die unsicher bleiben, ist, wie genau das Methan in der Titan-Atmosphäre aufgefüllt wird, da es im Laufe der Zeit durch das Sonnenlicht abgebaut wird. Die Wissenschaftler sehen einen Hinweis auf Vulkanismus mit Methan-beladenem Wasser als „Lava“, aber ein endgültiger Nachweis fehlt.

Cassinis Langzeitbeobachtungen könnten noch Hinweise liefern, denn Forscher haben beobachtet, dass Sommerregenwolken am Nordpol erscheinen, wie ihre Modelle vorhergesagt haben. Cassini beobachtete im Jahr 2004 im südlichen Sommer Regenwolken am Südpol. Aber bisher waren Wolken in hohen nördlichen Breiten spärlich.

„Die Atmosphäre scheint mehr Trägheit zu besitzen, als die meisten Modelle angenommen haben. Grundsätzlich dauert es länger als wir dachten, dass das Wetter mit den Jahreszeiten wechselt“, sagte Elizabeth Turtle, eine Mitarbeiterin des Cassini Imaging-Teams beim Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, Laurel, Maryland.

Das träge Erscheinen der nördlichen Sommerwolken stimmen besser mit Modellen überein, die ein globales Reservoir an Methan vorhersagen, sagte Turtle. „Es gibt aber kein globales Reservoir an der Oberfläche von Titan, wenn es aber im Untergrund existiert, wäre dies eine überraschende Entdeckung.“ Dies zeigt den Wert von Cassinis langfristigem Monitoring der Titan-Atmosphäre, da die Überwachung Daten liefert, die verwendet werden können, um Modelle und Ideen zu testen.

Ergebnisse vom letzten nahen Vorbeiflug

Cassini machte seinen letzten nahen Flyby an Titan am 22. April. Dieser Vorbeiflug gab der Raumsonde den Schub, den sie brauchte, um über die Saturnringe zu springen und ihre endgültige Reihe von Umlaufbahnen zu beginnen, die zwischen den Ringen und dem Planeten absolviert werden.

Während dieses Flyby hatte Cassinis Radar das Sagen – seine Beobachtungen bestimmten, wie die Sonde sich orientierten soll, als sie in einer Höhe von 979 km über die Oberfläche hinweg flog. Eine der Prioritäten war, einen letzten Blick auf die geheimnisvollen Oberflächendetails zu werfen, die das Team „magische Inseln“ nannte, die zu sehen waren und dann bei anderen Beobachtungen, die Jahre dazwischen liegen, wieder verschwunden sind. Beim letzten Vorbeiflug waren keine magischen Inseln zu sehen. Das Radar-Team arbeitet noch immer daran um zu verstehen, was diese Oberflächendetails sein könnten, ob es Blasen sind oder Wellen.

Am interessantesten war für das Radar-Team eine Reihe von Beobachtungen, die sowohl die erste als auch die letzte ihrer Art waren: Das Instrument wurde verwendet, um die Tiefen mehrerer der kleinen Seen zu messen, die Titans Nordpolregion durchziehen. Die Forscher versuchen nun Informationen aus diesen Daten zu bekommen, um mehr über die Zusammensetzung der Seen zu erfahren, in Bezug auf Methan versus Ethan.

Als Cassini seinen letzten engen Vorbeiflug an Titan hatte, ging die Sonde zum Grand Finale über, das Radar bildete einen breiten Streifen von der Oberfläche ab, die auch das Terrain vom allerersten Titan-Flyby vom Jahr 2004 enthielt. „Es ist ziemlich bemerkenswert, dass wir dort endeten wo wir begonnen haben“, sagte Wall. „Der Unterschied ist, wie groß unser Verständnis gewachsen ist und wie die Fragen, die wir über Titan hatten, sich entwickelt haben.“


18. August 2017/SP
Verein Kuffner-Sternwarte