Cassini: Vorstoß ins Innerste des Saturnsystems

Am 26. April taucht die Raumsonde Cassini erstmals in den bisher unerforschten Bereich zwischen dem Saturn und seinem innersten Ring ein.  

18. April 2017

Für die NASA-Raumsonde Cassini beginnt in den nächsten Tagen das letzte Abenteuer ihrer mittlerweile fast dreizehnjährigen Entdeckungstour im Saturnsystem. Nach einem Vorbeiflug am Saturnmond Titan schwenkt die Sonde am 21. April in Umlaufbahnen ein, die sie erstmals in die Region zwischen den Gasriesen und seinen innersten Ring, den D-Ring, führen. Am 26. April durchquert Cassini dieses Neuland zum ersten Mal. Auch den Forschern am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) bieten die geplanten Manöver Zugang zu einem noch weißen Fleck auf der Karte des Saturnsystems. Bevor die Sonde Mitte September auf Kollisionskurs mit dem Planeten geht, hoffen sie, sich ein umfassendes Bild von den geladenen Teilchen und Magnetfeldern in nächster Nähe des Gasriesen zu machen.

Am 22. April schwenkt Cassini auf Umlaufbahnen ein, welche die Sonde von Norden in die Lücke zwischen dem Saturn und seinem innersten Ring führen (hier: Grand Finale Orbits). Am 26. April wird Cassini erstmals in diese Region eintauchen.

Das nahende Ende der Cassini-Mission ist vor allem den Treibstoffreserven der Raumsonde geschuldet, die nach fast 20-jährigem Flug durchs All nun zur Neige gehen. In den Monaten vor den endgültigen Aus im September dieses Jahres sind nun Flugbahnen geplant, die etwas riskanter und deshalb zu Beginn einer Mission undenkbar sind. Bereits seit Ende November vergangenen Jahres ist dieses Endspiel in vollem Gange. Dafür hat Cassini die Ebene verlassen, in der sich die Ringe und Monde des Saturns finden; die Umlaufbahnen der Sonde kreuzen die Ringebene nun in einem Winkel von 60 Grad. Zudem hat sich die Raumsonde in den vergangenen Monaten näher an den Planeten herangewagt: Dicht am F-Ring, dem (von innen betrachtet) fünften von sieben Ringen zieht sie nun ihre Bahnen.

Die geladenen Teilchen wie Elektronen und Protonen, die sich dort entlang der Feldlinien des Saturn-Magnetfeldes bewegen, waren detaillierten Messungen bisher nicht zugänglich. Diese aufzuspüren ist Aufgabe des Teilchendetektors MIMI-LEMMS, der am MPS entwickelt wurde. „Im Laufe der Mission konnten wir Energie und Verteilung von Elektronen und Protonen in größerem Abstand zum Saturn umfassend bestimmen“, so Dr. Norbert Krupp vom MPS, Leiter des MIMI-LEMMS-Teams. Solche Daten lassen beispielsweise Rückschlüsse auf die Lage kleiner Monde und schwacher Ringe zu. „Auf geladene Teilchen wirken sowohl Ringe, als auch Monde wie eine Art kosmischer Staubsauger“, erklärt Dr. Elias Roussos vom MPS. „Ihre Bahnen sind deshalb weitestgehend frei von solchen Teilchen.“ Die Lücken in der Teilchenverteilung verraten somit ihre „Staubsauger“.

Die Anzahl der Elektronen (links) und Protonen (rechts) in der inneren Saturnmagnetosphäre gemessen mit dem MIMI-LEMMS-Instrument aus den Laboren des MPS an Bord von Cassini. Rot steht für viele Teilchen, Dunkelblau für wenige. Für Protonen wirken die Monde in dieser Region wie ein Staubsauger: Auf ihren Bahnen finden sich nur wenige Teilchen. Bisher gibt es keine Daten aus der Region innerhalb des F-Rings. Diese Lücke wird nun in der Zeit zwischen April und September 2017 gefüllt.

Erst seit Kurzem liegen den Forschern nun auch Messdaten aus der Nähe des F-Rings vor. „Unser Bild von der Plasmaumgebung des Saturns können wir in dieser letzten Missionsphase nun endlich vervollständigen“, erklärt Krupp. Besonders gespannt sind die Wissenschaftler auf die innerste Region innerhalb des D-Rings, in die Cassini in den nächsten Tagen vordringt. „Bei der Ankunft am Saturn 2004 ermöglichte uns Cassinis Flugbahn einen kurzen Blick in diese Region“, so Krupp. Die Messungen deuteten auf eine bisher unbekannte Verteilung geladener Teilchen hin; weder ihr Ursprung noch ihre genaue Zusammensetzung ließen sich jedoch so schnell bestimmen. „Seit 13 Jahren warten wir nun darauf, diesen Teilchen endlich genauer nachzuspüren“, fügt der Forscher hinzu.

Die nächsten Monate könnten auch zu einem besseren Verständnis der beeindruckenden Nordlichter des Saturns führen. Denn auch die Elektronen, die sich entlang der innersten Magnetfeldlinien des Saturns in Richtung der Pole bewegen, lassen sich dann erstmals nahe am Saturn detektieren. Dort, wo sie auf die Atmosphäre des Gasriesen stoßen, lösen sie das Himmelsphänomen aus.

Insgesamt 22 Mal wird Cassini in den nächsten knapp vier Monaten in die Lücke zwischen Saturn und seinem innersten Ring vorstoßen. Zwar legen Untersuchungen aus größerem Abstand nahe, dass dort nur wenige größere Staubteilchen der Sonde gefährlich werden können. Um ganz sicher zu sein, wird Cassini jedoch bei den ersten Durchflügen die Antenne in Flugrichtung drehen und als Schutzschild nutzen. Mitte September endet dann auch diese letzte Phase von Cassinis Entdeckungsreise. Am 15. September soll die Sonde kontrolliert in den Gasriesen stürzen und bis zuletzt Daten aufzeichnen und zur Erde senden. Eine letzte Botschaft aus dem Saturnsystem.


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