Bei der Cassini-Huygens-Mission handelt es sich um eine Mission zur Erforschung des
Saturn und seiner
Monde. Die Raumsonde besteht dabei aus zwei Einheiten: Dem Cassini-Orbiter, der den Saturn für mindestens vier Jahre umrunden soll, und der
Landekapsel Huygens, deren Mission in der Landung auf dem größten Saturnmond
Titan bestand. Die Namensgeber Der Orbiter wurde nach dem italienischen Mathematiker und Astronomen
Giovanni Domenico Cassini benannt, der 1675 die nach ihm benannte
Teilung der Saturnringe entdeckte. Die Sonde Huygens wurde nach dem niederländischen Astronomen, Mathematiker und Physiker
Christiaan Huygens benannt, der am 23. März 1665 den Saturnmond Titan entdeckte. Missionsübersicht Cassini-Huygens ist ein gemeinsames Projekt von
NASA,
ESA und der
Italienischen Raumfahrtagentur (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. Insgesamt 17 Nationen sind an der Mission beteiligt, die Daten für über 200 Wissenschaftler liefern soll und etwa 3,27 Milliarden
US-Dollar (2,5 Milliarden Euro) bis zum Ende der Primärmission im Sommer 2008 kostet. Dabei kostete die Entwicklung und der Bau der Cassini-Sonde 1.422 Millionen US-Dollar, 422 Millionen US-Dollar kostete die
Titan-IVB/Centaur Trägerrakete, 54 Millionen US-Dollar die Bahnverfolgung, 500 Millionen US-Dollar wurden von der ESA beigesteuert, 160 Millionen US-Dollar von der ASI und 710 Millionen US-Dollar kostet die Missionsduchführung bis zum Ende der Primärmission. Das Berliner Institut für Planetenforschung des
DLR ist in Kooperation mit der
FU Berlin ebenfalls mit mehreren Experimenten am Orbiter beteiligt. Eine weitere deutsche Beteiligung ist der Staubdetektor
CDA, der von der Dustgroup des Heidelberger
MPI-K betreut wird. Die Raumsonde ist 6,7 Meter hoch und 4 Meter breit. Die Startmasse beträgt 5712 kg, davon entfallen 3132 kg auf den Treibstoff, 320 kg auf die Huygens-Sonde und 2125 kg wiegt Cassini selbst. Die restlichen 135 kg entfallen auf den Trägerraketenadapter. Damit ist Cassini-Huygens die schwerste je von den USA gestartete Raumsonde, weltweit waren nur sowjetische
Fobos-Sonden mit jeweils 6220 kg noch schwerer. Zur Energieversorgung dienen drei
Radioisotopengeneratoren (RTG) mit insgesamt 33 kg Plutoniumdioxid (hauptsächlich 238
Pu), die beim Start 885 Watt Leistung lieferten, zum Ende der Primärmission soll der Wert auf 633 Watt sinken. Der Start der Sonde am 15. Oktober 1997 geriet wegen dieser radioaktiven Energieversorgung in die Schlagzeilen. Die Risiken beim Start und während des
Swing-by-Manövers an der Erde, das der Sonde noch mal zusätzlichen Schub geben sollte, wurden besonders von Umweltverbänden kritisiert. Die Energie erzeugt der Radioisotopengenerator, indem er die Wärme aus radioaktivem Zerfall in elektrische Energie umwandelt. Eine kontroverse Diskussion entstand aufgrund von Befürchtungen, dass es im Falle eines Verglühens der Sonde in der Atmosphäre möglicherweise zu Krebstoten kommen könnte – geschätzte Zahlenwerte über die möglichen Opfer bewegten sich zwischen 100 und mehreren Millionen. Dies kann allerdings als reine Spekulation bewertet werden, da selbst heute wenig über die Radiobiologie des
Plutoniums bekannt ist und ein Verglühen des Plutoniums durch die Einfassung in einen stabilen, keramischen Körper als unwahrscheinlich bezeichnet werden kann. 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 Daten der sowjetischen
Venera-Sonden keine
Blitze aus den 40 km hohen Venus-Wolken gibt. Die
kombinierte Erkundung des Jupiter durch Cassini-Huygens und die bis zum 21. September 2003 noch immer funktionstüchtige
Galileo-Sonde lieferte einzigartige Daten über
Nordlichter und die Umgebung des Riesenplaneten. Die Daten über die Erde sind interessant für die simulierte Suche nach
außerirdischem Leben, für den Umweltschutz und für die
Geophysik. Wegstationen Erde–Venus–Jupiter–Saturn Vom 6. Oktober bis 15. November 1997 war das
Startfenster für die ideale Planetenkonstellation. Nach zwei technischen Verzögerungen (Aufgrund eines Kühlaggregats, das Huygens beschädigte und eine Reparatur erzwang, wurde der Start am 6. Oktober auf den 13. Oktober verschoben, welcher durch eine Computerpanne erneut verschoben wurde.) erfolgte derStart am 15. Oktober 1997 09:43 UT mit einer
Titan IVB mit einer Centaur-Oberstufe, der damals stärksten US-
Rakete. Sie konnte nur eine
Fluchtgeschwindigkeit von 12,4 km/s aufbringen, um Saturn zu erreichen wären aber 15,1 km/s nötig. Um die Geschwindigkeit zu erreichen, wurden spätere
Swing-by-Manöver benutzt.Einschuss zur Venus (in die Gegenrichtung) auf eine hinter der Erde zurückbleibende
Übergangsbahn. Nach etwa 60 ntlang dieser Ellipse erfolgt am ...24. April 1998 der 1.
Vorbeiflug an der Venus mit 11,7 km/s in nur 300 km Höhe, wodurch sich die
Bahnellipse um ein Drittel vergrößert.3. Dezember 1998 Kurskorrektur um 400 m/s nahe der Marsbahn, um die Venus nach zwei ihrer Umläufe an geeigneter Stelle zu erreichen.24. Juni 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 am ...18. August 1999 zum
Swing-by an der Erde mit 19,1 km/s in 1200 km Höhe1. Dezember 1999 wird die HGA-Antenne zur Erde gedreht.23. Januar 2000 Annäherung an den
Asteroiden (2685) Masursky auf 1.5 Mio. km; er ist aber in der NAC-Kamera nur ein Pünktchen – ebenso wie am ...Februar 2000 kleine Flugplan-Änderung wegen eines Empfängerdefekts für Huygens. Bei der Entwicklung der Transmitter wurde die Frequenzverschiebung durch den
Doppler-Effekt nicht berücksichtigt. Durch die neue Flugbahn wird der Doppler-Effekt abgemildert und die Transmitterfunktionalität annähernd wieder hergestellt.18. August 2000 der Jupitermond
Himalia wird in 4,4 Mio. km Distanz passiert.1. Oktober 2000 Beginn der Jupiterbeobachtungen (84,4 Mio. km), und ...30. Dezember 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. März 2001 Ende der Jupitermessungen (84 Mio. km).6. Februar 2004 Beginn der Saturnbeobachtungen (70 Mio. km),11. Juni 2004 Vorbeiflug am Saturnmond
Phoebe in etwa 2000 km Abstand 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 Phoebe machte nur 29 m/s aus. Die Weltraumsonde hat am 30. Juni 2004 den Saturn erreicht. Missionsverlauf Jupiter Nach ihrem Start am 15. Oktober 1997 von
Launch Complex 40 auf
Cape Canaveral 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. Bestätigung der 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 um 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. Titan in Sicht Priorität bekam vor der Ankunft am Saturn schließlich die genauere Erforschung von Titan. Dies wurde auch nach der Ankunft am 1. Juli 2004 fortgesetzt, um die Landung von Huygens auf dem Saturntrabanten am 14. Januar 2005 vorzubereiten. Zu diesem Zweck hatte auch das
Hubble-Teleskop 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 Entfernung am Saturnmond Titan vorbei. Am 15. Juli machte Cassini erstmals Aufnahmen des Mondes
Iapetus 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. Am 26. Oktober flog die Raumsonde in nur 1200 Kilometer Entfernung am Saturnmond Titan vorbei. Auf den dabei gemachten Radarfotos der Titanoberfläche zeigen sich komplexe Oberflächenstrukturen, deren korrekte wissenschaftliche Interpretation noch unklar ist. Zusammenfassung 26. Oktober 2004: 1. gezielter Titan-Vorbeiflug, 1.200 km13. Dezember 2004: 2. gezielter Titan-Vorbeiflug, 2.340 km25. Dezember 2004: Absetzen der Huygens-Sonde14. Januar 2005: Huygens – Titanlandung14. Januar 2005: Cassini – Titan-Vorbeiflug. Siehe auch
[1]. Die aktuelle Lage von Cassini zu Saturn, Titan und Erde ist auf
[2] zu sehen. Insgesamt sind 74 Umläufe um den Saturn geplant. Am Saturnmond Titan sind 45 Vorbeiflüge vorgesehen, die auch zur Bahnänderung benutzt werden, damit auch die Monde
Iapetus (am 1. Januar 2005 und am 10. September 2007),
Enceladus (am 17. Februar, 9. März und 14. Juli 2005, sowie am 12. März 2008),
Mimas (am 2. August 2005),
Tethys (am 24. September 2005 und am 27. Juni 2007),
Hyperion (am 26. September 2005),
Dione (am 11. Oktober 2005) und
Rhea (am 26. November 2005 und am 30. August 2007) aus der Nähe beobachtet werden können
[3]. Huygens landet auf Titan Am Morgen des 25. Dezember 2004 trennte sich die europäische Sonde Huygens vom
Orbiter, drang am 14. Januar 2005 in die
Titan-
Atmosphäre ein und landete um 13:47 Uhr auf der Oberfläche. Wegen der langen
Laufzeit der Signale mussten alle Vorgänge vollautomatisch ablaufen, denn Steuersignale von der Erde hätten mit 68 Minuten viel zu lange gebraucht, um Huygens rechtzeitig zu erreichen. Die durch einen
Hitzeschild geschützte Kapsel trat um ca. 11:13
MEZ in die Atmosphäre ein und benötigte 2 h 27 min 50 sek bis zum Aufsetzen. Dabei wurde sie von ca. 6,1 km/s innerhalb von 3 Minuten auf ca. 400 m/s abgebremst und der Hitzeschild auf 1.200 Grad erwärmt. Bei
Mach 1,5 wurde in ca. 180 km Höhe der Pilotschirm, der erste von drei
Fallschirmen, mit 2 Meter Durchmesser aktiviert, wodurch das Back-cover entfernt und der Hauptschirm (8,3 Meter) geöffnet wurde. Nach 30 Sekunden war Huygens auf Mach 0,6 abgebremst und der Hitzeschild, welcher mit über 100 kg fast ein Drittel des Gewichtes der Sonde ausmacht, wurde abgeworfen. In einer Höhe von 150 km machte die sich drehende Sonde bei stürmischen Bedingungen Bilder, wobei jedoch manchmal die Orientierung verloren ging. Weitere 15 Minuten später wurde in ca. 120 km Höhe bei einer Geschwindigkeit von 40 m/s der Hauptschirm abgeworfen und die Kapsel glitt in den nächsten 2,5 Stunden an dem ca. 3 Meter großen Gleitschirm bis zur Oberfläche herab. Während des gesamten Durchgangs durch die
Atmosphäre wurden chemische, physikalische und meteorologische Messungen ausgeführt. Kurz vor Erreichen der Oberfläche leuchtete ein Scheinwerfer den Landeplatz aus. Nach der Landung machte die starre Kamera immer wieder dasselbe Bild vom Landeplatz in eine Richtung. Außer der obligatorischen Kamera hatte die Sonde weitere Instrumente an Bord, die zur Messung des
Magnetfeldes benutzt wurden und die auch andere
Wellenlängen des
elektromagnetischen Spektrums erkunden.
Titan ist der einzige bekannte Mond unseres
Sonnensystems, der eine dichte
Atmosphäre besitzt. Bis zum Einsatz von Cassini-Huygens war völlig unklar, was sich unter den dichten
Wolkenschleiern aus
Methan verbirgt. Damit hat die Atmosphäre Ähnlichkeiten mit der der Erde vor drei bis vier Milliarden Jahren. So war 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. Huygens landete auf einer Geröllwüste und sank mit dem Eigengewicht von 340 Kilogramm 15 Zentimeter in die weiche mit Methan durchtränkte Masse. Wegen der sehr niedrigen Temperaturen von gemessenen minus 179,4°
Celsius konnte der
Lander nur 70 Minuten arbeiten. Maximal wären Huygens nach der Landung zwei Stunden verblieben, bis er (von Cassini aus gesehen) durch die Drehung des Titan hinter dem Horizont verschwindet; denn bevor er wieder im Blickfeld von Cassini aufgetaucht war, waren seine Instrumente bereits eingefroren. Jedoch war die Funktion von Huygens nach der Landung nur für ca. 3 Minuten überhaupt garantiert. Er war darauf programmiert, möglichst schnell alle an Bord befindlichen Experimente durchzuführen und an Cassini zu übermitteln, der als
Relais-Station zur Kommunikation mit der
Erde diente. Um ca. 16:14 Uhr
MEZ trafen die ersten Ergebnisse auf der Erde ein, wo 18 große Radioteleskope auf Cassini ausgerichtet waren, damit keine Daten verlorengingen. Da der Empfänger für Kanal A an Bord von Cassini jedoch durch einen
Bedienfehler abgeschaltet war, fehlt allerdings jedes zweite Bild. An Bord von Huygens waren auch Mikrofone installiert, und man konnte Audiosignale (Windgeräusche) von einem außerirdischen Himmelskörper hören. Ebenso befand sich an Bord von Huygens eine CD-ROM mit Botschaften und Zeichnungen von über 80.000 Menschen, denn einige Zeit vor dem Start der Mission hatte die ESA der Europäischen Bevölkerung die Möglichkeit eröffnet, via Internet eine eigene Botschaft "an das Unbekannte zu übermitteln". (englisch: "[...] to send a message to the unknown.") Die gleiche CD-ROM enthält unter dem Motto "Music2Titan" auch vier Lieder der französischen Musiker Julien Civange and Louis Haéri. Siehe Weblinks. Am 14. März 2007 erhielt der Landeplatz zu Ehren von
Hubert Curien, einem der Gründerväter der europäischen Raumfahrt, den Namen „Hubert-Curien-Gedenkstätte“. Anhang: Cassinis Vorbeiflüge an Saturnmonden (Siehe auch
[4]) Literatur Jonathan I. Lunine: Cassini – Ankunft am Saturn. Spektrum der Wissenschaft, August 2004, S. 48–55, Rüdiger Vaas: Landung auf Titan. Naturwissenschaftliche Rundschau 58 (4), S. 190–196 (2005), Siehe auch
Liste der unbemannten Raumfahrtmissionen Weblinks
Cassini-Huygens Website bei der NASA (engl.)
Offizielle Website der ESA zur Mission (engl.)
Imaging Science Subsystem (ISS)FU Berlin Cassini Webseite und
Aktuelle Cassini-Aufnahmen (dt.)
DLR-Seite zu Cassini-Huygens (dt.)
Flugplan von Cassini (PDF)
sehr ausführliche mehrteilige Beschreibung der Mission (dt.)
interaktive Flash-Animation der Cassini-Flugroute bis 2008 (engl.)
Cassini-Huygens-Seite der Dustgroup (engl.)
Music2Titan informiert über die Lieder, die auf CD-ROM zum Titan transportiert wurden (engl.)
Lebreton, Jean-Pierre et al.: An overview of the descent and landing of the Huygens probe on Titan. Nature 438, 8. Dezember 2005 Das erste Bild von Titans Oberfläche:
[5]; Alle Rohbilder:
[6]; Erste Panoramabilder:
[7]. Quellen <references/>
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