Auf Schmusekurs mit dem Saturn

Im September 2017 soll die Raumsonde Cassini kontrolliert in den Saturn stürzen. Das Ende der Mission wird schon jetzt eingeläutet: Cassini beginnt ihre Annäherung an den Planeten.

29. November 2016

Die NASA-Mission Cassini, die den Planeten Saturn, seine Ringe und Monde seit 2004 erforscht, tritt morgen in ihre letzte Phase ein. In den neuneinhalb Monaten, die der Raumsonde verbleiben, soll Cassini in zwei Schritten in das weiter innen liegende Ringsystem des Gasriesen vordringen. Im September nächsten Jahres wird der Treibstoff verbraucht sein; Cassini geht dann auf Kollisionskurs mit dem Planeten und soll bis zum letzten Moment Daten sammeln und zur Erde senden. Auch die Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS), die an dem Cassini-Teilchendetektor MIMI beteiligt sind, hoffen auf Einblicke in einen bisher nicht aus der Nähe erforschten Teil des Saturnsystems.

Die Umlaufbahnen der nächsten neuneinhalb Monate führen Cassini immer näher an den Saturn heran. In einem ersten Schritt fliegt Cassini 20 mal nah am äußeren Rand des F-Rings vorbei (graue Linien). Danach folgen Umlaufbahnen zwischen Planet und dem innersten Ring (blaue Linien). Der Sturzflug der Sonde auf den Gasriesen im September nächsten Jahres ist in Orange dargestellt.

Das Saturnsystem mit seinen sieben Ringen und 62 Monden ist eine einzigartige Welt. Der Gasriese selbst erzeugt ein starkes Magnetfeld, das sich weit in den Weltraum hinein erstreckt und die Flugbahnen geladener Ionen und Elektronen in der Plasma-Umgebung des Planeten bestimmt. Diesen Teilchen – und somit dem Magnetfeld – ist das Instrument MIMI auf der Spur. „Obwohl wir das Zusammenspiel aus Magnetfeld und geladenen Teilchen in der Umgebung des Saturn seit zwölf Jahren mit MIMI untersuchen, können wir erst jetzt auf ein vollständiges Bild hoffen“, erklärt Dr. Norbert Krupp vom MPS, Leiter des Teilchendetektors MIMI-LEMMS, das in den Laboren des MPS entwickelt wurde.

Seit ihrer Ankunft im Saturnsystem umkreist Cassini den Gasriesen in einer Entfernung von weit mehr als 150000 Kilometern – und somit weit außerhalb des F-Rings, des (von innen betrachtet) fünften von sieben Ringen des Saturn. In den nächsten Monaten soll nun auch die Region weiter innen direkten Messungen zugänglich werden.

Der erste Schritt dazu wird morgen getan. Die Raumsonde beginnt dann ihren Schmusekurs mit dem F-Ring, den sie insgesamt 20 mal nah passieren soll. Zudem wird sich die Raumsonde nach und nach immer weiter aus der Bahnebene der Saturnringe und -monde entfernen, bis sie aus einem Winkel von 60 Grad auf das Ringsystem blickt. „Auf diese Weise können wir erstmals die Teilchen analysieren, die entlang der magnetischen Feldlinien zu den Polen des Saturn wandern“, so Krupp. Wie bei der Erde entsteht durch die Wechselwirkung der geladenen Teilchen mit dem Gas der Atmosphäre das Polarlicht.

Ein Blick auf den Saturn durch die Augen der Raumsonde Cassini. Diese Aufnahme entstand am 12. August 2014.

Bereits bei ihrer Ankunft im Saturnsystem flog die Sonde durch die Ringe hindurch, bevor sie in eine Umlaufbahn in größerer Entfernung vom Planeten einschwenkte. „Damals konnte MIMI zwischen dem Planeten und dem innersten Ring, dem D-Ring, eine Verteilung geladener Teilchen messen, die bisher unbekannt war“, erinnert sich der MPS-Forscher. Weder der Ursprung dieser Teilchen, noch ihre genaue Zusammensetzung ließen sich bei dem raschen Vorbeiflug aus großer Entfernung bestimmen. Nun, zwölf Jahre später, hoffen die Forscher auf Antworten.Im April nächsten Jahres wagt Cassini nämlich den zweiten Schritt in Richtung Saturn. Die Raumsonde wird sich noch näher an den Gasriesen heranwagen und erstmals Umlaufbahnen zwischen dem Planeten und dem D-Ring fliegen. Die Flugbahn führt dann durch die unbekannte Teilchenverteilung.

Bis zum Schluss dürfte Cassini somit spektakuläre Bilder und neue Erkenntnisse liefern. Die letzten Daten wird die Sonde von ihrem Sturzflug auf den Planeten senden. Am 15. September 2017 soll sie auf den Planeten stürzen und schließlich in seiner Atmosphäre verglühen. 

Cassini zählt zu den Methusalems unter den Raumsonden. Bereits 1997 startete sie auf ihre Entdeckungstour und erreichte nach knapp siebenjährigem Flug den Saturn. Am 14. Januar 2005 landete die mitgeführte Landeeinheit Huygens auf dem Saturnmond Titan. Die Bordkamera, die unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut worden war, lieferte die ersten und bisher einzigen Bilder von der Oberfläche des größten Saturnmondes – und zeigen eine gefrorene, karge Welt. Zu den Aufsehen erregendsten Entdeckungen von Cassini gehört der Nachweis eines unterirdischen, flüssigen Ozeans auf dem Saturnmond Enceladus.

Die Flugeinheit des MIMI/LEMMS-Sensors aus den Laboren des MPS, die seit 1997 an Bord von Cassini durchs All fliegt. MIMI/LEMMS misst die energiereichen Elektronen und Ionen in der Umgebung des Saturn.

Das Detektorsytem MIMI (Magnetosphere Imaging Instrument) besteht aus drei Teilsensoren, die insgesamt die geladenen und ungeladenen Teilchen in der Umgebung des Saturn messen. Der Sensor LEMMS (Low Energy Magnetospheric Measurement System) wurde am MPS entwickelt und gebaut.


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