Cassini-Huygens

Cassini - Huygens
Raumsonde Eingefügt in der Umlaufbahn von Cassini - Huygens um Saturn ( künstlerische Darstellung ). Allgemeine Daten

Organisation	NASA ( Cassini ) ESA ( Huygens ) ASI (Antenne Cassini)
Feld	Studium des Saturn-Systems
Art der Mission	Orbiter  : Cassini- Lander  : Huygens
Status	Auftrag erledigt
Startprogramm	Titan IV-Zentaur
COSPAR-Kennung	1997-061A
Seite? ˅	saturn.jpl.nasa.gov

Wichtigste Meilensteine

Designbeginn	1988
Starten	15. Oktober 1997
Fliegen über Jupiter	30. Dezember 2000
Einfügung in die Umlaufbahn um Saturn	1 st Juli 2004
Landung von Huygens auf Titan	14. Januar 2005
Ende der Mission	15. September 2017

Technische Eigenschaften

Masse beim Start	Cassini  : 5.712  kg Huygens  : 320  kg
Masseninstrumente	362 kg ( Cassini ) 48 kg ( Huygens )
Antrieb	Flüssigtreibstoffe
Ergols	Hydrazin
Treibmittelmasse	3.267  kg
v	~ 2  km / s
Einstellungskontrolle	Stabilisiert auf 3 Achsen
Energiequelle	RTG
Elektrische Energie	885  Watt

Orbit

Orbit	Saturnbahn von 2004 bis 2017

Hauptinstrumente

ISS	Kamera
UVIS	Ultraviolett- Bildgebungs-Spektrograph
VIMS	Infrarot / sichtbares Spektrometer
CIRS	Infrarot-Spektroskopie
x	Radar
MIMI	Kartierung der Magnetosphäre
INMS	Massenspektrometer
KAPPEN	Spektrometer
MAG	Magnetometer
RPWS	Untersuchung von Plasmawellen
CDA	Kosmischer Staub Analyse
RS	Radiowissenschaft

Cassini-Huygens ist eine Weltraumforschungsmission des Saturn-Systems mit einer Raumsonde, die von der amerikanischen Weltraumbehörde NASA entwickelt wurde , mit erheblichen Beiträgen der Europäischen Weltraumorganisation (15% der Kosten) und der italienischen Weltraumorganisation . Gestartet am15. Oktober 1997, die Maschine wird 2004 in eine Umlaufbahn um Saturn gebracht . 2005 landete der europäische Lander Huygens , nachdem er Ende 2004 von der Muttersonde gelöst wurde, auf der Oberfläche des Satelliten Titan und kann während des Abstiegs und danach gesammelte Informationen übertragen information Landung. Der Cassini- Orbiter dreht sich dann um Saturn und setzt die wissenschaftliche Untersuchung des riesigen Gasplaneten fort , wobei er seine kurzen Strecken von seinen Satelliten aus nutzt , um detaillierte Daten über sie zu sammeln. Die zunächst auf vier Jahre angelegte Mission wurde zweimal verlängert: von 2008 bis 2010 um die Tagundnachtgleiche- Mission ( Equinox-Mission ), dann von 2010 bis 2017 um die Sonnenwende- Mission ( Solstice-Mission ). Um den Mond des Planeten zu schützen durch Eintauchen in der Raumsonde endet seine Reise Saturnatmosphäre auf 15. September 2017.

1982 untersuchten die amerikanischen und europäischen wissenschaftlichen Gemeinschaften unabhängig voneinander die Entsendung einer Mission zum Studium des Saturn. Nach getrennten Projekten starteten die NASA und die European Space Agency Ende der 1980er Jahre die Entwicklung einer gemeinsamen Mission: Die NASA entwickelte den Orbiter und die ESA den Lander, der auf Titan landen sollte. Das Projekt war aufgrund der Haushaltsschwierigkeiten der NASA wiederholt kurz davor, abgesagt zu werden. Umweltbewegungen versuchen, den Start der Raumsonde zu verbieten, da das Plutonium an Bord die Raumsonde mit Energie versorgt. Schließlich wird die Raumsonde gestartet auf15. Oktober 1997durch die schwere Trägerrakete Titan IV- B.

Mission besonders ehrgeizig und teuer ( 3,26 Milliarden von US - Dollar ), Cassini als solches dem beigefügten Programm Flaggschiff der NASA. Mit seiner Gesamtmasse von 5,7 Tonnen (einschließlich 3.267 Tonnen von Kraftstoff und 320 kg für die Huygens Landers ), ist es das größte Raumfahrzeug in Richtung der gestartete äußeren Planeten . Der Orbiter trägt zwölf wissenschaftliche Instrumente, darunter ein Radar , während Huygens sechs trägt. Cassini ist auf drei Achsen stabilisiert und seine Energie stammt von drei thermoelektrischen Radioisotop-Generatoren (RTGs) mit Plutonium .

Die Cassini-Huygens- Mission erfüllt alle ihre wissenschaftlichen Ziele, indem sie eine Fülle von Daten über Saturn, seine Magnetosphäre , seine Ringe , Titan und die anderen Satelliten des Riesenplaneten liefert . Die Kameras des Orbiters liefern auch einige der schönsten Bilder im Sonnensystem. Cassini ermöglicht es uns, insbesondere unser Wissen über Titan zu verfeinern ( Seen mit flüssigem Methan , Dünen, Zusammensetzung der Atmosphäre usw.), um die Geysire von Enceladus zu entdecken , Zeichen eines unterirdischen Ozeans, der möglicherweise eine Lebensform beherbergt , '' to die ersten detaillierten Bilder von Phoebe zu erhalten , die Struktur der Saturnringe im Detail zu analysieren, die erstaunlichen Formationen der Atmosphäre des Riesenplaneten auf der Höhe seines Nordpols zu beobachten und ein Dutzend neue natürliche kleine Satelliten (weniger als 10 Kilometer ), womit sich die Gesamtzahl der bisher bekannten Saturn-Satelliten auf über 200 (2019) erhöht. Die Daten, die während der letzten Umlaufbahnen der Saturnringe gesammelt wurden, ermöglichen es, ihr Erscheinen zu datieren: Sie wurden vor weniger als 100 Millionen Jahren geschaffen und müssen in weniger als 100 Millionen Jahren verschwinden .

Kontext

Die Vorläufer: Pioneer 11- und Voyager- Sonden

Die ersten amerikanischen Projekte zur Erforschung des Saturn und seines Systems (Ringe und Monde) mit einer Raumsonde, die sich in einer Umlaufbahn um den Riesenplaneten befindet, gehen auf den Anfang der 1970er Jahre zurück . Zu diesem Zeitpunkt war Pioneer 11 auf dem Weg zum ersten Vorbeiflug von Saturn, und die Sonden des Voyager- Programms , die seinen Spuren folgen sollten, befanden sich in der Entwicklung. 1973 arbeitete das Forschungszentrum Ames der NASA an einer Mission zum Saturn, die Technologien wiederverwendete, die für Pioneer Venus und die zukünftige Sonde Galileo entwickelt wurden . 1975 empfahl das Office of Space Science des National Research Council der Vereinigten Staaten , eine Sonde zu schicken, die sich der Erforschung von Saturn, seinen Ringen und Monden, einschließlich Titan, widmete . Beobachtungen von diesem Mond, dem zweitgrößten im Sonnensystem nach Ganymed , ermöglichen es, das Vorhandensein einer Atmosphäre nachzuweisen, in der es Spuren von Methan und zweifellos von komplexen Kohlenwasserstoffen gibt , die ihn wie die frühe Erde aussehen lassen . Das Forschungszentrum Ames gibt eine Studie für ein Titan-Erkundungsfahrzeug in Auftrag. Es werden verschiedene Arten von Raumfahrzeugen in Betracht gezogen, da wenig über die Eigenschaften der Atmosphäre und insbesondere über ihre Dichte bekannt ist. 1976 plante das JPL- Zentrum der NASA im Rahmen seines Purple Pigeons- Programms die gleichzeitige Entsendung einer Maschine, die sanft auf der Oberfläche von Titan landen sollte, und einer Sonde, die in die Umlaufbahn um den Saturn gehen sollte , eine Vorahnung der Cassini -Huygens- Mission . Dieses Set muss vom amerikanischen Space Shuttle aus gestartet werden , wobei eine Centaur- Stufe dafür verantwortlich ist, ihm den Impuls zu geben, den Planeten Saturn zu erreichen. Für das Design des Landers wird davon ausgegangen, dass die Atmosphäre von Titan eine Dichte zwischen 20 und 100 % der Erdatmosphäre hat und eine Landung auf der Oberfläche von Kohlenwasserstoffseen vorgesehen ist. Die Ergebnisse der Überflüge des Saturn-Systems von Voyager 1 im Jahr 1980 und Voyager 2 im Jahr 1981 erhöhten das Interesse einer Mission zur Erforschung des Riesenplaneten. In Bezug auf Titan, eines der Hauptziele des Voyager- Programms , sind die gesammelten Informationen begrenzt, da die Oberfläche des Satelliten vollständig von einer dicken Wolkenschicht verdeckt ist . Nur ein Radar oder ein Lander kann dieses Hindernis durchdringen. Außerdem erfolgt der Flug über das Saturn-System durch Voyager- Sonden mit hoher Geschwindigkeit ( 30 Kilometer pro Sekunde). Unter diesen Bedingungen ist die Datenerhebung durch die Dauer des Überflugs von etwa zwei Wochen sowie durch die verfolgte Flugbahn begrenzt. In diesem Zusammenhang untersucht die NASA den Start einer von Galileo abgeleiteten Raumsonde mit zwei Maschinen, die für die Untersuchung der Atmosphären von Saturn und Titan verantwortlich sind.

Entstehung des Projekts (1980-1988)

In den frühen 1980er Jahren empfahl der Bericht des Solar System Exploration Committee der NASA, der die Ziele der NASA für das nächste Jahrzehnt festlegte, die Entwicklung von vier Missionen: Venus Radar Mapper , Mars Geoscience/Climatology Orbiter , Comet Rendezvous Asteroid Flyby (CRAF) und ein Orbiterbit Saturn zu studieren. Zur gleichen Zeit schlugen Daniel Gautier vom Meudon-Observatorium und Wing-Huan Ip vom Max-Planck-Institut ( Deutschland ) vor, eine Partnerschaft zwischen Europa und den Vereinigten Staaten zur Erforschung des Saturn nach dem Modell der deutschen - Amerikanische Galileo- Mission . Zusammen mit 27 anderen europäischen Forschern schlugen die beiden Männer 1982 ein Projekt vor, das sie Cassini nannten, als Reaktion auf eine Ausschreibung der Europäischen Weltraumorganisation . Europa muss den Orbiter entwickeln, während die NASA für die Entwicklung des Landers zuständig ist , denn nur sie verfügt über das nötige Know-how. Über Tobias Owen von der University of Hawaii werden Kontakte zu amerikanischen Forschern geknüpft . Im selben Jahr 1982 gründeten die European Science Foundation und die American National Academy of Sciences gemeinsam eine Arbeitsgruppe, um gemeinsame Projekte zur Erforschung des Sonnensystems zu definieren . Diese Gruppe empfiehlt die Entwicklung einer Mission zur Erforschung des Saturnsystems bestehend aus einem Orbiter und einem Lander und greift damit den Cassini-Vorschlag auf. Der Orbiter muss die sehr ausgeklügelte Plattform , die für die Galileo- Sonde entwickelt wird , wiederverwenden , die es ermöglicht, einen Lander zu transportieren und viele wissenschaftliche Informationen zu sammeln. Es wird erwartet, dass die ESA den Lander entwickelt, während die NASA den Orbiter zur Verfügung stellt. In ihren Studien entschied sich die NASA jedoch aus Kostengründen, eine einfachere Plattform namens Mariner Mark II zu entwickeln , die von den Maschinen des Mariner-Programms abgeleitet wurde . Dies muss zuerst von der CRAF-Mission umgesetzt werden, dann von der Mission, die in Richtung Saturn gestartet wurde. Die Entscheidungsfindung wurde jedoch auf das Ende des Jahrzehnts verschoben. Von 1984 bis 1985 führten NASA und ESA technische Machbarkeitsstudien zu dem Projekt durch. 1986 stellte der von den amerikanischen akademischen Behörden ( National Academy of Sciences ) veröffentlichte Zehnjahresbericht zur Erforschung des Sonnensystems die Erforschung des Saturn und seines Systems an die Spitze der Prioritäten. Die ESA setzte die Studien zu dem Projekt 1986 fort, während die Astronautin Sally Ride 1987 die Idee eines gemeinsamen Projekts von NASA und ESA in einem Bericht zu diesem Thema verteidigte.

Start des Projekts (1988-1989)

Die Europäische Weltraumorganisation ist die erste, die den Sprung wagt und die25. November 1988, im Rahmen seines wissenschaftlichen Programms Horizon 2000 , der Huygens- Lander , der für die Landung auf Titan verantwortlich ist , unter vier Vorschlägen. Im selben Jahr nahm die NASA in ihr Budget ein Projekt auf, das den Cassini- Orbiter und die CRAF-Raumsonde umfasste, die dieselbe Plattform nutzten, aber erst im November 1989 mit einem geringeren Budget grünes Licht erhielt. Nach ersten Plänen soll die Mission zunächst 1994 vom amerikanischen Space Shuttle gestartet werden . Doch nach dem Unfall der Raumfähre Challenger , der das Wegnehmen der Centaur- Bühne verbietet, muss auf die Militärrakete Titan IV zurückgegriffen werden . Drei Startfenster im Dezember 1995, April 1996 und 1997 werden identifiziert, und das von 1996 wird beibehalten. Es wird erwartet , dass die Raumsonde die verwendet Gravitations Hilfe von Venus, Erde und Jupiter , dass es mit einem kurzen Flug über den Asteroiden führt (66) Maia , und dass es kommt in dem System. Von Saturn im Jahr 2002. Die Nutzlast ausgewählt ist gleichzeitig im September 1990 von den beiden Raumfahrtagenturen. Der Betrieb des Cassini- Orbiters soll vom JPL- Zentrum der NASA gesteuert werden , während Huygens vom ESA-Zentrum in Darmstadt aus geflogen werden soll . Der vom Cassini- Orbiter verwendete Mariner Mark II- Bus muss ein steuerbares Modul enthalten, das es ermöglicht, die Fernerkundungsinstrumente auszurichten, und ein zweites sich ständig drehendes Modul für die Instrumente, die Felder und Partikel messen.

Design und Bau der Raumsonde (1990-1997)

Haushaltsschiedsverfahren

Aufschlüsselung der Dienstreisekosten (2017)

Phase	Bedienung	Kosten	Agentur
Entwicklung (1988-1997)	Cassini mit Instrumenten	1,422 Milliarden US-Dollar	NASA
	Huygens mit Instrumenten	500 Millionen US- Dollar	ESA
	Cassini-Antenne	160 Millionen US- Dollar	UPS
Markteinführung (1997)	Titan IV- Werfer	422 Millionen US- Dollar	NASA
Betrieb (1997-2017)	Betrieb	710 Millionen US- Dollar	NASA
	Telekommunikationsnetz	54 Millionen US- Dollar	NASA

Eine erste Änderung der ursprünglichen Pläne erfolgt 1991: Der Start wird auf 1995 vorverlegt. Die Raumsonde muss während ihres Transits zweimal die Gravitationsunterstützung nutzen (Venus, dann die Erde) und den Asteroiden (302) Clarissa überfliegen . Diese Pläne wurden jedoch schnell durch die Budgetkürzungen der NASA auf den Kopf gestellt, die den Start auf 1997 verschoben. Wenige Monate später wurde die Entwicklung der von der NASA und der deutschen Raumfahrtbehörde gemeinsam durchgeführten Zwillingsmission CRAF abgebrochen, um dies zu ermöglichen um das Cassini-Projekt zu überleben. Aber die Entwicklung der gemeinsamen Mariner Mark II- Plattform , die in diesem neuen Kontext nicht mehr gerechtfertigt ist, überlebt diese Absage nicht. Im Jahr 1992 wurde die Entwicklung eines steuerbaren Moduls aufgrund der steigenden Kosten des Projekts aufgegeben und die Richtantenne repariert. Durch diese Maßnahmen werden 250 Millionen US- Dollar eingespart , auf Kosten einer ernsthaften Verschlechterung der Betriebsfähigkeit der Raumsonde. Es kann nicht mehr wissenschaftliche Daten sammeln und in Echtzeit zur Erde übertragen. In der neuen Konfiguration erfordert die Datenübertragung ebenso wie der Einsatz bestimmter Instrumente eine Neuausrichtung der gesamten Raumsonde. Da die Winkelgeschwindigkeit des Orbiters 18-mal geringer ist als die für die ausrichtbaren Module vorgesehene, reduzieren diese Änderungen die Agilität der Raumsonde und damit die operative Flexibilität von Cassini . Um die Kosten zu verteilen, beschließt die NASA, das Raumschiff mit unvollständiger Software zu starten , deren Entwicklung während der Reise zum Saturn fortgesetzt werden muss. Unter diesen Bedingungen ist es nicht mehr geplant, während des Transits einen Asteroiden zu überfliegen. Um die Kosten weiter zu senken, wurde zwischen der NASA und der italienischen Raumfahrtbehörde (ASI) eine Vereinbarung getroffen, dass letztere die Entwicklung eines Teils des Telekommunikationssystems , des Radars und des Spektrometers für sichtbares Licht und Infrarot des Orbiters unterstützt. 1994 erwog die NASA, erneut unter Haushaltsdruck geraten, das Projekt abzubrechen. Der NASA-Administrator Daniel Goldin hat sein interplanetares Missionsprogramm zu niedrigen Kosten gestartet, mit dem Slogan Schneller, billiger, besser ( "Schneller, billiger, besser" ) kontrastiert er mit dem Ansatz komplexer, kostspieliger und sich langsam entwickelnder Missionen, von, was Cassini ihm als perfekter Vertreter erschien. Die Europäische Weltraumorganisation , die bereits 300 Millionen Dollar in Huygens investiert hat , schickt über ihren Direktor Jean-Marie Luton einen Brief an den Vizepräsidenten der Vereinigten Staaten Al Gore , um ihn auf die Risiken aufmerksam zu machen, die mit der Absage von Cassini-Huygens für gemeinsame wissenschaftliche Projekte zwischen Europa und den USA, was einmal mehr die Unzuverlässigkeit des amerikanischen Partners unterstreicht. Dieser Druck der Europäischen Weltraumorganisation trug dazu bei, die Absage in diesem Jahr sowie einen erneuten Versuch des US-Kongresses 1995 zu verschieben. Weitere Maßnahmen zur Kosteneinsparung wurden ergriffen: die zusätzliche Antenne, die der Orbiter verwenden sollte, um Huygens Radiosendungen wird eingestellt, und Voyager- Programmersatzteile liefern die Weitwinkelkamera. Umgekehrt , da die Produktion des Plutoniumtyps, der von thermoelektrischen Radioisotopengeneratoren (RTG) verwendet wird, mangels ziviler Anwendung aufgegeben wird, muss die Produktionslinie mit großem Aufwand wieder in Betrieb genommen werden, um den für die Mission erforderlichen Treibstoff bereitzustellen.

Schließlich wird das Gesamtbudget für die Mission auf 3,27 Milliarden US- Dollar geschätzt . Der Beitrag der NASA ist 2,6 Milliarden Dollar, während die ESA etwa trägt 500 Millionen und UPS für 160 Millionen . Für die NASA sind die Hauptausgaben die Entwicklung der Cassini- Sonde und ihrer Instrumente sowie die Herstellung von Plutonium, der Titan-IV- Trägerrakete und -Startoperationen ( 1,422 Milliarden US-Dollar ), In-Orbit-Operationen ( 710 Millionen Euro ) und Telekommunikationsoperationen unterstützt vom NASA Deep Space Network ( 54 Millionen ):

Die Raumsonde ist nach zwei Astronomen benannt, die eine wichtige Rolle bei der Erforschung des Saturnsystems gespielt haben: Giovanni Domenico Cassini , italienischer Astronom, geboren in Perinaldo in der ehemaligen Republik Genua , der vier Satelliten und die Teilung des Saturnrings entdeckt, die trägt seinen Namen, und Christian Huygens , niederländischer Astronom des gleichen Jahrhunderts, der Titan entdeckt.

Da sich die Sonde sehr weit von der Sonne entfernt , ist es nicht möglich, Sonnenkollektoren zu verwenden, um die für die Sonde erforderliche Energie bereitzustellen. Aus diesem Grund sind drei GPHS-RTG- Generatoren eingebettet  : Diese Modelle des thermoelektrischen Radioisotop-Generators (RTG) erzeugen Strom direkt aus der Wärme, die beim natürlichen Zerfall von Plutonium 238 entsteht . RTG-Generatoren haben eine Lebensdauer, die die 11 Jahre der Mission bei weitem überschreitet . Die Cassini-Huygens- Sonde trägt 32,8 Kilogramm Plutonium (hauptsächlich 238 Pu , sehr radioaktiv), was zu Kontroversen mit Umweltschützern , Physikern und ehemaligen Mitgliedern der NASA führt . Bezüglich des Kontaminationsrisikos lauten die offiziellen Schätzungen wie folgt: Die Wahrscheinlichkeit eines Plutoniumlecks während der ersten 210 Sekunden beträgt 1 zu 1.400, eines Lecks während des Aufstiegs der Trägerrakete 1 zu 476, einer Bodenkontamination nach weniger als 1 Zoll eine Million, mit einem Risiko von 120 Todesfällen über 50 Jahre, wenn ein solches Ereignis eintritt. Viele Beobachter geben andere Schätzungen ab. Der Physiker Michio Kaku prognostiziert beispielsweise 200.000 Todesfälle, wenn Plutonium aufgrund atmosphärischer Dispersion ein urbanisiertes Gebiet kontaminiert, selbst wenn der Startweg so geplant ist, dass er weit von großen Metropolen entfernt ist und das RTG so ausgelegt ist, dass die Risiken der Plutonium-Dispersion verringert werden bei Ausfall des Launchers. Ebenso entsteht ein zusätzliches Risiko durch die zweite erdnahe Passage auf der18. August 1999. Die NASA veröffentlicht Informationen, die erschöpfend und beruhigend über die mit dem RTG-Generator verbundenen Risiken sein sollen.

Missionsziele

Als die Cassini-Huygens- Mission entwickelt wurde, hatten bereits drei Raumsonden -  Pioneer 11 , Voyager 1 und Voyager 2  - Saturn untersucht . Sie liefern viele Informationen und ermöglichen es uns, die wissenschaftliche Bedeutung von Titan zu entdecken . Aber ihr kurzer Überblick gibt nur einen kleinen Einblick in die Komplexität der saturnischen Welt. Eine eingehende Studie steht noch aus. Auch die Ziele der Cassini-Huygens- Mission sind zahlreich. Sie beziehen sich sowohl auf jede der Arten von Himmelskörpern, die im Saturnsystem vorhanden sind - Saturn, seine Ringe , Titan , die eisigen Monde des Saturn und die Magnetosphäre des Riesenplaneten  - als auch auf die Wechselwirkungen zwischen diesen verschiedenen Komponenten.

Chronologie der Mission

Datiert	Veranstaltung
15. Oktober 1997	Start der Raumsonde
1997 - 2004	Transit zum Saturn Detaillierte Zeitleiste Datiert Veranstaltung 26. April 1998 Gravitationsunterstützung der Venus 3. Dezember 1998 Deutliche Kurskorrektur ( delta-V 452  m/s ) 24. Juni 1999 Gravitationsunterstützung der Venus 18. August 1999 Schwerkraftunterstützung der Erde (1.171  km ) 30. Dezember 2000 Fliegen über Jupiter
11. Juni 2004 - 30. Juni 2008	Hauptaufgabe Detaillierte Zeitleiste Datiert Veranstaltung 11. Juni 2004 Die Sonde dringt in das Saturnsystem ein und fliegt über den Mond Phoebe 1. Juli 2004 Einschubmanöver im Orbit um Saturn (Delta-V 636  m/s ) 23. August 2004 Orbit-Modifikation ( Delta-V 398  m / s ) 26. Oktober 2004 Erster Nahflug von Titan 25. Dezember 2004 Huygens trennt sich von Orbiter Cassini 31. Dezember 2004 Flug über Iapetus 14. Januar 2005 Huygens landet auf Titan 9. März 2005 Flug über Enceladus (504  km ) 26. September 2005 Überflug von Hyperion (1.010  km ) 11. Oktober 2005 Überblick über Dioné 26. November 2005 Flug über Rhéa (500  km ) 15. Januar 2006 Erste Bedeckung der Titan-Atmosphäre 22. Juli 2006 Mit Hilfe von Titan verlässt Cassini die Äquatorebene von Saturn 9. September 2006 Überblick über Methone 17. September 2006 Passage gegenüber der Sonne hinter den Ringen und Saturn bietet einen bemerkenswerten Blickwinkel auf die C- und D-Ringe 30. Januar 2007 Die Neigung der Umlaufbahn von Cassini gipfelt bei 59 ° 10. September 2007 Flug über Japet (1.640  km ) 12. März 2008 Flug über Japet (50  km )
1. Juli 2008 - September 2010	Erste Erweiterung: Equinox-Mission Detaillierte Zeitleiste Datiert Veranstaltung Juni bis August 2008 Cassini erreicht hohe Breiten und bietet unvergleichliche Ausblicke auf die Ringe 11. August bis 31. Oktober 2008 Serie von drei Überflügen von Enceladus 11. August 2009 Beginn der Saturn-Tagundnachtgleiche und zweimonatige Ringbeobachtungskampagne 2. November 2009 Cassini überquert den Enceladus- Geysir auf einer Höhe von 99  km 2. März 2010 Flug über Rhéa (100  km ) 2. März 2010 Flug über Hélène (1.800  km )
September 2010 - 15. September 2017	Zweite Erweiterung: Sonnenwende-Mission Detaillierte Zeitleiste Datiert Veranstaltung 11. Januar 2011 Flug über Rhéa (76  km ) 1. Oktober bis 6. November 2011 Drei Überflüge von Enceladus 12. Dezember 2011 Flug über Dioné (99  km ) 27. März bis 2. Mai 2012 Drei Überflüge von Enceladus 19. Juli 2013 Sonnenfinsternis von Saturn bietet einzigartige Beobachtungsbedingungen auf den Ringen 29. November 2016 Absenken der Bahn, die nun entlang des F-Rings verläuft 23. April 2017 Absenken der Bahn, die nun zwischen der Saturnoberfläche und den Ringen verläuft 15. September 2017 Orbiter wird durch Eintauchen in die Atmosphäre des Saturn zerstört

Titan

Titan ist das Hauptthema der Mission. Es soll sowohl vom Huygens- Lander als auch vom Cassini- Orbiter untersucht werden . Die diesbezüglichen wissenschaftlichen Ziele sind:

• die Zusammensetzung der Titanatmosphäre einschließlich Edelgasen und Isotopen der häufigsten Komponenten bestimmen ;
• Bestimmen Sie Szenarien für die Entstehung und Entwicklung von Titan und seiner Atmosphäre;
• die vertikale und horizontale Verteilung der im Spurenzustand vorhandenen Gase bestimmen;
• Suche nach komplexen organischen Molekülen;
• bestimmen Sie die Energiequellen, die von der Atmosphärenchemie verwendet werden;
• modellieren Sie die Photochemie der Stratosphäre  ;
• die Bildung und Zusammensetzung von Aerosolen studieren  ;
• globale Winde und Temperaturen messen;
• die Physik von Wolken, die allgemeine atmosphärische Zirkulation und den Einfluss der Jahreszeiten auf die Atmosphäre studieren;
• nach Blitzentladungen suchen;
• untersuchen die obere Atmosphäre von Titan, ihre Ionisierung und ihre Rolle bei der Produktion von neutralen und ionisierten Teilchen in der Magnetosphäre.

Magnetosphäre des Saturn

Einige der sekundären Ziele der Mission betreffen die Magnetosphäre des Gasriesen; es ist :

• die Konfiguration des Saturn-Magnetfeldes und seine Beziehung zur Modulation der Radio-Kilometerwelle des Saturn zu bestimmen;
• Bestimmung der Stromsysteme, Zusammensetzung, Quellen und Senken geladener Teilchen in der Magnetosphäre;
• die Welle-Teilchen-Wechselwirkungen und -Dynamik der tagesseitigen Magnetosphäre und des magnetischen Schweifs des Saturn sowie ihre Wechselwirkungen mit Sonnenwind , Monden und Ringen studieren ;
• die Wirkung der Wechselwirkungen der Titanatmosphäre mit Sonnenwind und Magnetosphärenplasma untersuchen;
• untersuchen die Wechselwirkungen der Titanatmosphäre und der Exosphäre mit dem umgebenden Plasma.

Saturnringe

Seit der Entdeckung der Saturnringe sind sie eines der am besten untersuchten Objekte im Sonnensystem; bei dieser Mission ist es:

• studieren Sie die Konfiguration der Ringe und die dynamischen Prozesse ( Gravitation , Viskosität , Erosion , Elektromagnetismus ), die für ihre Struktur verantwortlich sind;
• die Zusammensetzung und Größenverteilung der Materialien, aus denen die Ringe bestehen, abbilden;
• die Beziehungen zwischen den Ringen und den Monden des Saturn bestimmen;
• bestimmen Sie die Konzentration von Staub und Meteoriten in der Nähe der Ringe;
• untersuchen die Wechselwirkungen zwischen den Ringen, der Magnetosphäre, der Ionosphäre und der Atmosphäre des Saturn.

Monde des Saturns

Die Saturnmonde sind nicht zu überbieten; es ist :

• bestimmen Sie die allgemeinen Eigenschaften der Monde und ihre geologische Geschichte;
• die internen und externen Mechanismen bestimmen, die Krusten- und Oberflächenveränderungen verursachen;
• Untersuchung der Zusammensetzung und Verteilung von Oberflächenmaterialien, insbesondere von dunklen Materialien, die reich an organischen Stoffen sind, und kondensierten flüchtigen Stoffen mit niedriger Schmelztemperatur;
• messen Sie die Eigenschaften, die bei der inneren Struktur und Zusammensetzung von Monden eine Rolle spielen;
• untersuchen Wechselwirkungen mit der Magnetosphäre, Ringe und Gasinjektionen in die Magnetosphäre.

Saturn

Schließlich geht es bei Saturn selbst um:

• Temperaturen messen, Wolke Eigenschaften und die Zusammensetzung der Saturn- Atmosphäre ;
• globale Windmessungen durchführen und die synoptischen Eigenschaften von Wolken und die beteiligten Prozesse untersuchen;
• bestimmen Sie die innere Struktur und die Rotationsgeschwindigkeit der tiefen Atmosphäre;
• die täglichen Schwankungen und die magnetische Kontrolle der Ionosphäre des Saturn untersuchen;
• die aus den Beobachtungen resultierenden Randbedingungen (Zusammensetzung der Gase, Isotopenanteil, Wärmefluss usw.) ermitteln, die in den Szenarien für die Entstehung und Entwicklung von Saturn eine Rolle spielen;
• Studieren Sie den Ursprung und die Struktur der Blitze des Saturn.

Technische Eigenschaften des Cassini-Orbiters

Um die Cassini-Huygens- Mission zu erfüllen , haben die NASA und die Europäische Weltraumorganisation die schwerste Raumsonde entwickelt, die jemals in das Sonnensystem geschossen wurde. Mit einer Masse von 5.712  kg beim Start wiegt es das Doppelte der Galileo- Sonde, die den Jupiter (1995-2003) umkreiste . Zu diesem Raumschiff gehören der Cassini- Orbiter und der Huygens- Lander . Der Cassini Orbiter ist eine Raumsonde, die für die Erforschung des Planetensystems Saturn zuständig ist und mit insgesamt 12 wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet ist. Dieser Orbiter trägt den Huygens- Lander . Der Lander, der in der Nähe von Titan , dem größten Satelliten des Saturn, abgeworfen wird, muss seine Atmosphäre durchsuchen, indem er sie untersucht, bevor er auf seinem Boden landet.

Der Cassini- Orbiter wird vom JPL- Weltraumzentrum der NASA unter Beteiligung der ESA für das PSE-Modul ( Probe Support Equipment ), das als Relais mit Huygens dient , und ASI für den hohen Kommunikationsantennengewinn entwickelt. Die Raumsonde ist mehr als 6,7 Meter hoch und 4 Meter breit. Die Raumsonde besteht aus einem Stapel von 4 Fächern. Von oben nach unten finden wir die Satellitenschüssel mit 4 Metern Durchmesser, das obere Gerätemodul, das Antriebsmodul und das untere Gerätemodul. An diesem Set sind an den Seiten eine Palette mit wissenschaftlichen Fernerkundungsinstrumenten wie Kameras, eine Palette mit wissenschaftlichen Instrumenten zur Untersuchung von Feldern und Partikeln sowie der Huygens- Lander angebracht . Ein 11 Meter langer Ausleger , der die Magnetometersensoren trägt, und drei Antennen zur Untersuchung des Plasmas werden im Orbit senkrecht zur Achse der Raumsonde eingesetzt.

Cassinis Leermasse beträgt 2.125 Kilogramm, dazu kommen 3.267 Kilogramm Treibstoff sowie die 320 Kilogramm schwere Huygens- Sonde . Der Treibstoff wird für Kurskorrekturen während des Transits zum Saturn und für Bahnänderungen während seiner Mission im Saturnsystem verwendet, um Überflüge über die Monde zu optimieren. Der Großteil der Treibstoffmasse wird verwendet, um die Raumsonde in die Umlaufbahn um Saturn zu bringen. Der Orbiter ist nach dem Astronomen Giovanni Domenico Cassini benannt , der die Saturnringe im Detail untersucht und einige der wichtigsten Monde des Riesenplaneten ( Japet , Rhea , Tethys und Dione ) entdeckt hat.

Antrieb

Der Hauptantrieb erfolgt durch zwei Raketenmotoren mit Flüssigtreibstoffen mit einem festen und nicht lenkbaren Schub von etwa 445  Newton . Diese wiederstartbaren Treibmittel verbrennen eine Mischung aus Monomethylhydrazin (MMH) und Stickstoffperoxid, die mit Helium unter Druck gesetzt wird .

Haltungskontrollsystem

Die Sonde wird in allen Phasen der Mission auf 3 Achsen stabilisiert . Das Lageregelungssystem ist dafür verantwortlich, die Orientierung der Raumsonde aufrechtzuerhalten. Praktisch die gesamte Ausrüstung des Orbiters ist fixiert, es liegt an diesem System, diese auf ihre Ziele auszurichten. Dazu gehören insbesondere das Ausrichten der Antennen auf die Erde für Telekommunikationssitzungen, die Verwendung der High-Gain-Antenne als Radar-Transceiver oder für radiowissenschaftliche Sitzungen, die Ausrichtung der optischen Achse der Fernerkundungsinstrumente auf das Zielobjekt und die Beibehaltung der Orientierung, wenn die Haupttriebwerke aktiviert werden. Die Orientierungskontrolle erfolgt hauptsächlich mit Hilfe von Sternvisieren , Sonnensensoren und Trägheitseinheit , die alle doppelt vorhanden sind, um einen Ausfall bewältigen zu können. Die Richtlinienänderungen werden mit vier Reaktionsrädern , einschließlich eines Reliefs, und vier Gruppen von vier kleinen Triebwerks- Monotreibstoffen , die Hydrazin verbrennen, vorgenommen.

Energie

Drei thermoelektrische Radioisotop-Generatoren liefern elektrische Energie, indem sie die durch die Radioaktivität des Plutoniums erzeugte Wärme in Elektrizität umwandeln . Dieses System macht den Satelliten unabhängig von der Sonnenbeleuchtung, die auf der Umlaufbahn des Saturn hundertmal schwächer ist als in der Erdumlaufbahn. Die drei RTGs leisten zusammen 885 Watt zu Beginn der Mission und 630 Watt am Ende der Nominalmission im Jahr 2008. Der Strom wird in Form von Gleichstrom mit 30 Volt verteilt.

Telekommunikation

Für die Telekommunikation mit der Erde verwendet Cassini drei verschiedene Antennen: eine feste Parabolantenne mit hohem Gewinn von vier Metern Durchmesser und zwei Antennen mit niedrigem Gewinn. Die Parabolantenne mit einer Masse von 100 kg wird von konfektionierten Waben von Aluminium und mit großen thermischen Beanspruchungen zu bewältigen ausgelegt: umkreist Saturn es bei einer Temperatur von arbeiten muß -200  ° C nach angehoben wurde 180  ° C zu Beginn der Mission wenn es auf der Umlaufbahn der Venus zirkuliert, wo es als Sonnenblende verwendet wird. Das Signal benötigt zwischen 68 und 84 Minuten , um die Erde zu erreichen, abhängig von der Position von Saturn und der Erde in ihrer Umlaufbahn. Die Telekommunikation erfolgt im X-Band (8,4  GHz beim Senden, 7,2  GHz beim Empfang) mit einer Sendeleistung von 20 Watt. Auf der Ebene des Saturn der Einsatz der Hochleistungsantenne ermöglicht es , eine zu erreichen Abwärtsströmung von 116  Kilobit pro Sekunde , wenn der Empfang auf der Erde mit einer erfolgten Parabolantenne von 60 Metern im Durchmesser (aber nur 36 Kilobit mit einer Antenne 34 Meter ).

Wissenschaftliche Instrumentierung

Schema der Cassini- Sonde mit der Position von wissenschaftlichen Instrumenten und wichtigen Geräten

1 MAG-Magnetometer , 2 VIMS-Spektrometer für sichtbares und Infrarot , 3 RPWS-Plasma- und Radiowellen-Analysator , 4 ISS-Kameras , 5 CIRS-Infrarotspektrometer , 6 UVIS-Ultraviolett- Spektrometer , 7 MIMI-Magnetosphären-Imager , 8 CAPS-Plasmaspektrometer , 9 Ionen- und Atommassenspektrometer neutral INMS , 10 Radar , (der kosmische Staubdetektor und die wissenschaftliche Radiobox sind in diesen Ansichten nicht sichtbar) .

Der Cassini- Orbiter trägt zwölf Instrumente. Vier davon sind Fernerkundungsinstrumente , dh Fernbeobachtung . Diese sind auf einem nicht beweglichen Tisch befestigt und ihre optischen Achsen sind aufeinander ausgerichtet. Um auf einen bestimmten Punkt zu zielen, muss die gesamte Sonde neu ausgerichtet werden. Diese Instrumente sind:

• ISS ( Imaging Science Subsystem ), bestehend aus zwei Kameras, eine mit einer Brennweite von 200 Millimetern und eine zweite mit 2.000 Millimetern für Nahaufnahmen. Der Detektor ist ein 1-  Megapixel- CCD- Sensor . Jede Kamera deckt das elektromagnetische Spektrum von 200 bis 1.100 Nanometern ab, das dem sichtbaren , nahen Ultraviolett und nahen Infrarot entspricht . Die mit einem Teleobjektiv ausgestattete Kamera ermöglicht Bilder mit einer räumlichen Auflösung von 6 Metern in einer Entfernung von 1000 Kilometern. Sie beinhalten viele Filter, die es ermöglichen, unterschiedliche Bedürfnisse zu erfüllen: Untersuchung des Wolkensystems von Saturn und Titan, Fotografie der eisigen Monde des Riesenplaneten, Bestimmung der Struktur der Saturnringe, Suche nach nicht identifizierten Monden. Diese Kameras werden auch für die optische Navigation der Raumsonde verwendet.
• UVIS ( Ultraviolet Imaging Spectrograph ), Spektrograph , der die ultraviolette Analyse von Atmosphären und Ringen ermöglicht, um deren Struktur, Chemie und Zusammensetzung zu untersuchen.
• VIMS ( Visible and Infrared Mapping Spectrometer ), ein Spektrometer, das für die Identifizierung der chemischen Zusammensetzung der Oberflächen, Atmosphären und Ringe des Saturns und seiner Monde verantwortlich ist, indem es die im sichtbaren Licht und im nahen Infrarot emittierten oder reflektierten Farben misst.
• CIRS ( Composite - Infrared Spectrometer ), ein Infrarot - Spektrometer , dass Maßnahmen Infrarotstrahlung von den Oberflächen und Atmosphären von Saturn und seinen Satelliten sowie seine Ringe, deren Temperatur und Zusammensetzung zu untersuchen.

Sechs weitere Instrumente widmen sich der Untersuchung von Feldern und Teilchen und führen ihre Messungen in situ durch , also in der Umgebung ihrer Sensoren. Sie sind an verschiedenen Stellen montiert. CAPS, INMS und zwei Sensoren von MIMI sind auf derselben festen Platte platziert. Das MIMI-Instrument ist auf derselben Bühne wie die Fernerkundungsinstrumente montiert und seine Sichtlinie ist mit der dieser Instrumente ausgerichtet. Diese Instrumente sind:

• CAPS ( Cassini Plasma Spectrometer ), Spektrometer , das die Untersuchung von Plasma (stark ionisiertes Gas) in der Nähe oder im Magnetfeld des Saturn ermöglicht.
• CDA ( Cosmic Dust Analyzer ), ein Instrument zur Analyse von Eis- und Staubkörnern, das sich im Saturn-System in der Nähe der Raumsonde befindet.
• INMS ( Ion and Neutral Mass Spectrometer ), Massenspektrometer, das die Analyse neutraler und geladener Teilchen in der Nähe von Titan, Saturn und seinen Monden ermöglicht, um die Ausdehnung ihrer Atmosphären und Ionosphären besser zu verstehen.
• MAG ( Dual-Technique Magnetometer ), Magnetometer zur Untersuchung des Magnetfelds des Saturn und seiner Wechselwirkungen mit dem Sonnenwind , den Ringen und den Monden des Saturn.
• RPWS ( Radio and Plasma Wave Spectrometer ), das Plasmawellen analysiert, die durch Sonnenwind, natürliche Radiowellenemissionen und Staub erzeugt werden.
• MIMI ( Magnetospheric Imaging Instrument ), ein Instrument, das für die Kartierung der Magnetosphäre des Saturn und die Messung der Wechselwirkungen zwischen der Magnetosphäre und dem Sonnenwind verantwortlich ist

Cassini nimmt außerdem mit ins Boot:

• ein Radar , um die Oberfläche von Titan zu kartieren, das die Fähigkeit hat, den Wolkenschleier zu durchdringen. Es wird auch verwendet, um die Höhen von Oberflächenelementen zu messen.
• RS ( Radio Science Subsystem ), ein radiowissenschaftliches Experiment, das den Oszillator des Radiosenders verwendet, um die Atmosphäre von Titan und Saturn, die Struktur und Zusammensetzung der Ringe zu analysieren und das Schwerefeld von Saturn und seinen Monden durch Doppler zu messen Effekt - Analyse .

Technische Eigenschaften der wissenschaftlichen Instrumente von Cassini (zum Anzeigen anklicken) Technische Eigenschaften der wissenschaftlichen Instrumente von Cassini

Instrument	Art	Maße	Technische Eigenschaften	Aufführungen	Masse	Verbrauch	Maximaler Durchfluss	Wissenschaftlicher Mitarbeiter
CIRS	Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrometer.	Messung von Infrarotemissionen.	Teleskop 508  mm Öffnung	• Wellenlängen: mittleres und fernes Infrarot von 7 bis 1000  µm • Räumliche Auflösung:? μrad / Pixel • Spektrale Auflösung: • Sichtfeld: 0,273  mrad 2	39,4  kg	26,7 Watt	6  Kilobit/s	Virgil G. Kunde Goddard Space Flight Center
ISS	Weitwinkel- und Telekamera	Sichtbare, nahe Infrarot- und ultraviolette Bilder		Weitwinkelkamera WAC: Blende 200  mm • Wellenlängen: 380-1.100  nm • Räumliche Auflösung:? μrad / Pixel • Sichtfeld: NAC-Telekamera: Blende 2  m • Wellenlängen: 200-1 100  nm • Räumliche Auflösung:? μrad / Pixel • Sichtfeld:	57,83  kg	55,9 Watt	366  Kilobit / s	Carolyn C. Porco University of Colorado
UVIS	Spektrographen- Imager ultraviolett	Ultraviolett-Bilder und -Spektren		Wellenlängen: 56-190  nm	14,6  kg	11,83 Watt	32  Kilobit/s	Larry L. Esposito University of Colorado
VIMS	Bildgebendes Spektrometer	Bilder und Spektren mit sichtbarem und infrarotem Licht		Wellenlängen: 350-5.100  nm	37,4  kg	27,2 Watt	183  Kilobit/s	Robert H. Brown University of Colorado
KAPPEN	Elektrische Energie und Ladung von Elektronen und Protonen				37,4  kg	27,2 Watt	183  Kilobit/s	David T. Young Southwest Research Institute
CDA	Detektor kosmischer Staub				16,36  kg	18,38 Watt	0,5  Kilobit / s	Eberhard Grün Institut Max-Planck
INMS	Spektrometer	Bestimmung der Zusammensetzung und Struktur von Ionen und Neutralteilchen			9,25  kg	27,7 Watt	1,5  Kilobit/s	Hunter Waite Southwest Research Institute
MAG	Magnetometer	Vektor und Intensität des lokalen Magnetfelds			3  kg	3,1 Watt	3,6  Kilobit/s	David J. Southwood Imperial College London
MIMI	Detektoren für geladene und neutrale Teilchen				16  kg	14 Watt	7  Kilobit/s	Stamatios M. Krimigis Johns Hopkins University
RPWS	Funkwellen- und Plasmadetektor				6,8  kg	7 Watt	0,9  Kilobit/s	Donald A. Gurnett- Universität Iowa
RADAR	Radar mit synthetischer Apertur	Kartographie, Topographie, Temperaturmessung	Ku-Band-Radar 13,78  GHz • Höhenmesser Ku-Band 13,78  GHz • Ku-Band-Radiometer 13,78  GHz	Räumliche Auflösung: 0,5 bis 1,7  km • Horizontale Genauigkeit: 24 bis 27  km Vertikal: 90 bis 150  m . • Auflösung: 7 bis 310  km	41,43  kg	108 Watt	365  Kilobit / s	Charles Elachi Jet Propulsion Laboratory
RSS	Radiowissenschaft	Messung der Verformung von Funkwellen	Funksender Wellenlänge 14  cm . S-Band • Wellenlänge 4  cm . X-Band • Wellenlänge 1  cm . Ka-Band		14,38  kg	81 Watt	Unzutreffend	Arvydas J. Kliore Jet Propulsion Laboratory

 

Huygens- Lander

Die Raumsonde Cassini trägt eine kleine 318 Kilogramm schwere Raumsonde, Huygens , die von der Europäischen Weltraumorganisation entwickelt wurde . Sobald die Raumsonde in der Umlaufbahn um Saturn, Huygens abgeworfen wird und in die Atmosphäre von Titan fällt , analysiert sie ihre Eigenschaften und steigt dann glatt auf ihrer Oberfläche auf, um dann die Datensammlung abzuschließen. Die Lebensdauer von Huygens ist begrenzt, sowohl durch seine nicht erneuerbare Energiequelle (Batterien) als auch durch die Notwendigkeit, ein Relais zu durchlaufen, das vom Cassini- Orbiter gebildet wird , dessen Flugbahn es ihm nicht erlaubt, diese Rolle nur für einige Stunden zu erfüllen. Die Raumsonde ist nach dem Astronomen Christian Huygens benannt , der am 25. März 1655 den Titan- Satelliten entdeckte .

Huygens besteht aus zwei Unterbaugruppen: dem atmosphärischen Wiedereintrittsmodul ( Entry Assembly oder ENA) und dem Abstiegsmodul ( Descent Module oder DM). Der erste sorgt für den Transport des zweiten, von der Trennung mit Cassini zum Titan, schützt ihn mit Hilfe eines Hitzeschildes vor dem enormen Temperaturanstieg beim Wiedereintritt in die Atmosphäre von Titan und bremst die Sonde mit seinem Fallschirme, bevor Sie das Abstiegsmodul loslassen. Letzterer besteht aus einer Aluminiumhülle in Form eines dünnen Zylinders mit abgerundeten Konturen und enthält alle wissenschaftlichen Instrumente sowie eigene Fallschirme für die letzte Phase des Abstiegs sowie das System zur Kontrolle der Sondenorientierung.

Die Instrumentierung von Huygens , die sich im Abstiegsmodul befindet, umfasst die folgenden Instrumente:

• HASI ( Huygens Atmospheric Structure Instrument ) ist eine Reihe von Instrumenten, die für die Untersuchung der physikalischen und elektrischen Eigenschaften der Titanatmosphäre und die Erkennung möglicher Gewitterblitze verantwortlich sind.
• DWE ( Doppler Wind Experiment ) ist ein System zur Messung des Doppler-Effekts , zur Untersuchung von Winden in Titans Atmosphäre und zur Rekonstruktion der Flugbahn, die Huygens während seines Abstiegs verfolgt.
• DISR ( Descent Imager / Spectral Radiometer ) ist ein Imager- Spektrometer zur Messung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre, zur Untersuchung der Wolkenstruktur und zum Fotografieren der Oberfläche.
• ACP ( Aerosol Collector and Pyrolyser ) ist ein Pyrolysesystem , das die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Aerosolen in der Atmosphäre von Titan ermöglichen soll.
• GCMS ( Gaschromatograph und Massenspektrometer ) besteht aus einem Chromatographen und einem Spektrometer zur Analyse von atmosphärischen Bestandteilen, ihrer Verteilung in Abhängigkeit von der Höhe und ihrer Entstehungsweise.
• SSP ( Surface Science Package ) ist eine Reihe von Sensoren zur Charakterisierung des Zustands und der Zusammensetzung des Landeplatzes Huygens .

Start und Transit zum Saturn

Starten

Die Titan- IVB / Centaur- Trägerrakete, die für den Start der Raumsonde ausgewählt wurde, ist die leistungsstärkste der bestehenden Trägerraketen. Die Titan IV B- Version ist bisher nur einmal im April 1997 geflogen, um einen amerikanischen Militärsatelliten in die Umlaufbahn zu bringen. Die Verwendung einer Zentaurenbühne in dieser Version ist völlig neu. Mit diesem besonders hohen Preis (damals 422 Millionen US-Dollar) wird diese Trägerrakete nie wieder zum Start einer Raumsonde verwendet. Huygens und Cassini treffen im April und Mai 1997 für einen letzten Test auf der Startbasis Cape Canaveral ein, bevor sie mit ihrer Trägerrakete zusammengebaut werden.

Cassini-Huygens muss unbedingt während des Startfensters vom 6. Oktober bis 15. November 1997 gestartet werden , da die Raumsonde zuletzt von der Gravitationsunterstützung des Jupiter profitieren kann . Die folgenden Zündlösungen lassen die Raumsonde 2009 statt 2004 im Saturn-System eintreffen. Einen Monat vor dem Öffnen des Fensters beschädigte eine fehlerhafte Klimaanlage den thermischen Schutz der Huygens- Sonde . Sie müssen die Raumsonde, die bereits auf ihrer Trägerrakete auf ihrer Startrampe installiert ist, demontieren, die beschädigte Beschichtung ersetzen und die Sonde unter der Verkleidung ersetzen . All diese Aufgaben können erst am 13. Oktober abgeschlossen werden. Nach dem letzten Vorfall, aufgrund eines Computer - Problem, die zweitägigen Einführung, launcher Federn seit den Dreharbeiten schiebt n o  40 von Cape Canaveral am 15. Oktober 1997 um 8  h  43 Universal Time ( 4  h  43 in Ortszeit). Die Centaur- Stufe bringt die Raumsonde in eine wartende Umlaufbahn und wird dann 19 Minuten später für 7 Minuten und 15 Sekunden wieder eingeschaltet, um Cassini-Huygens in eine heliozentrische Umlaufbahn zu bringen . Die Aufnahme ist nahezu perfekt und erfordert nur eine minimale Korrektur von 2,7  m/s , durchgeführt am 9. November 1997.

Gravitationsunterstützung der inneren Planeten (1997-1999)

Trotz der Kraft seines Trägers reicht die von Cassini-Huygens erreichte Geschwindigkeit nicht aus, um Saturn zu erreichen. Dazu wäre es notwendig gewesen, dass die Titan- Trägerrakete die Raumsonde auf eine Geschwindigkeit von 15,1  km / s im heliozentrischen Bezugssystem (Geschwindigkeit von der Sonne weg) bzw ., der Launcher konnte nur eine Geschwindigkeit von 12,4  km/s mitteilen . Die Konstrukteure der Mission planten daher, die fehlende Geschwindigkeit durch die Gravitationsunterstützung der Venus (zweimal) und der Erde zu erreichen . Eine letzte Gravitationsunterstützung von Jupiter wird verwendet, um die Dauer der Reise zu verkürzen. Die Raumsonde fliegt zuerst auf die Venus zu. Bei Annäherung an die Sonne wird die Parabel der Antenne mit hohem Gewinn zwischen dem Stern und dem Körper des Raumfahrzeugs eingefügt, um die Erwärmung zu begrenzen. Am 27. April 1998 streifte Cassini den Planeten, der 287  km von der Oberfläche entfernt war, was es ihm ermöglichte, seine Flugbahn um 70 ° zu biegen , um 3,7  km / s zu beschleunigen (im heliozentrischen Bezugssystem) und den Platz in einer Umlaufbahn dessen Aphel jenseits des Mars liegt . Am 3. Dezember 1998 wurde mit dem Hauptantriebssystem eine große Geschwindigkeits- (und damit Flugbahn-) Korrektur von 452  m / s durchgeführt , die die Raumsonde am 24. Juni 1999 zum zweiten Mal über der Venus auf 603 . brachte Kilometer über dem Meeresspiegel. Mit der erhaltenen Beschleunigung ( 3,1  km/s im heliozentrischen Bezugssystem) überflog die Raumsonde nur 56 Tage später, in 1.166 Kilometer Höhe, am 18. August 1999 die Erde . Die mit diesem Überflug verbundene Gravitationsunterstützung turn sorgt für eine zusätzliche Beschleunigung von 4,1  km/s und erhöht die Geschwindigkeit der Raumsonde auf 19,1  km/s , wodurch sie nun Saturn erreichen kann. Aus Budgetgründen werden alle Überflüge der Venus ohne wissenschaftliche Datenerhebung durchgeführt. Die Instrumente werden für Kalibrierungsoperationen, während des Überflugs der Erde und des Durchgangs in der Nähe des Mondes verwendet . Der 1 st Dezember 1999 wird die Ausrichtung des Satelliten geändert, so dass die High-Gain - Antenne in Richtung Erde gerichtet ist: die Entfernung von der Sonne gegeben, ist es nicht notwendig , dass es s ‚interposes zwischen der Sonne und dem Körper der Weltraumsonde. Am 23. Januar 2000 passierte die Raumsonde 1,5 Millionen Kilometer am Asteroiden (2685) Masursky . Es wird der einzige Asteroid sein, den Cassini während seines Transits zum Saturn überfliegt , und die Entfernung ist so groß, dass Masursky auf dem mit Cassinis Teleobjektiv aufgenommenen Foto nur als einzelner Punkt erscheint .

Anomalie des Telekommunikationssystems von Huygens

Im Februar 2000 ergaben realistische Leistungstests, die die Funkverbindungen zwischen Huygens und Cassini simulierten , die während des Abstiegs auf den Boden der Titan durchgeführt wurden, dass unter diesen Bedingungen 90% der von Huygens übertragenen Daten verloren gingen. Eine Untersuchung einer Kommission aus Vertretern der ESA, der NASA und der betroffenen Industriellen - Alenia Spazio als Konstrukteurin des Telekommunikationssystems und Alcatel ex-Aerospatiale als Integrator - ermöglicht die Feststellung, dass die Änderungen im Design von Cassini haben eine gewisse Unschärfe in den Spezifikationen des Telekommunikationssystems von Huygens verursacht . Als Ergebnis werden die Daten von Huygens in einem Frequenzbereich übertragen, der praktisch außerhalb der Kapazitäten des Cassini- Empfängers liegt , nach Anwendung des durch die Relativbewegungen der beiden Raumfahrzeuge induzierten Doppler-Effekts . Um diese Anomalie zu umgehen, wurde im Juli 2001 eine grundlegende Änderung der Flugbahn des Orbiters und des Trennungsszenarios der beiden Maschinen beschlossen. Um den Doppler-Effekt zu begrenzen, wird der Abstand zwischen Orbiter und Lander zum Zeitpunkt des l he Die Ankunft der letzteren auf Titan wird von 1.200 auf 65.000 Kilometer erhöht, was die relative Geschwindigkeit einer Maschine im Vergleich zu einer anderen stark reduziert. Um dieses Ergebnis zu erzielen, ist es jedoch notwendig, die erste Umlaufbahn um Saturn von 148 auf 116 Tage zu reduzieren, was die Menge der für den Rest der Mission verfügbaren Treibstoffe von einem Viertel auf ein Drittel reduziert. Diese wird potenziell von acht auf zehn Monate verkürzt.

Überflug von Jupiter (Dezember 2000)

Die ersten wissenschaftlichen Daten der Mission werden während des Fluges über den Planeten Jupiter gesammelt . Dies könnte dank einer außergewöhnlichen Konjunktion der beiden Riesenplaneten, die nur alle 19,88 Jahre auftritt , programmiert werden . Der Überflug ist hauptsächlich geplant, um der Raumsonde zu ermöglichen, von der Gravitationsunterstützung des Riesenplaneten zu profitieren und so 2,1  km / s zurückzugewinnen und ihre Geschwindigkeit am Ausgang des Jupiter-Systems auf 11,6  km / s zu erhöhen. Der erzielte Gewinn ermöglicht eine Verkürzung der Transitdauer zum Saturn um zwei Jahre. Die Sonde passiert eine relativ große Entfernung vom Jupiter - 9,72 Millionen Kilometer -, so dass die erzielte Beschleunigung nicht zu groß ist, die mehr Treibstoff benötigt hätte, um die Raumsonde zu bremsen und sie in die Umlaufbahn um den Saturn zu bringen. Die wissenschaftliche Komponente dieses Überblicks umfasst die Untersuchung der Magnetosphäre des Jupiter sowie von Teilchen und elektrischen und magnetischen Feldern in Verbindung mit der Galileo- Sonde , die den Jupiter seit 1996 umkreist. Cassini macht auch Fotos des Planeten (dieser füllt das Feld der Kamera aus einer Entfernung von 23,3 Millionen Kilometern), um die Atmosphäre zu studieren. Die Raumsonde beginnt offiziell ihre Beobachtungskampagne am1 st Oktober 2000, indem er ein erstes Foto des Riesenplaneten macht, während er noch 84,4 Millionen Kilometer entfernt ist. Aber am 15. Dezember 2000 zeigte eines der Reaktionsräder, die für die Orientierungssteuerung der Raumsonde verwendet wurden, Anzeichen einer abnormalen Reibung. Die Bordsoftware , die den Betrieb der Raumsonde überwacht, deaktiviert automatisch die Reaktionsräder und gibt kleinen RCS- Triebwerken , die Hydrazin verbrennen , eine Orientierungssteuerung . Der Vorfall wurde erst zwei Tage später von NASA-Ingenieuren entdeckt. Instrumente, die permanente Orientierungskorrekturen erfordern, wie beispielsweise Kameras, werden abgeschaltet, um den Kraftstoffverbrauch zu begrenzen. Lediglich die in-situ- Messgeräte bleiben in Betrieb . Am 18. August 2000 passierte Cassini 4,42 Millionen Kilometer von Himalia , einem der Monde des Jupiter , aber die Maßnahmen zur Reduzierung des Treibstoffverbrauchs begrenzten die gesammelten Informationen. NASA-Ingenieure stellen fest, dass das Reibungsproblem auf eine schlechte Schmierung zurückzuführen ist, wenn sich das Reaktionsrad für längere Zeit mit niedriger Geschwindigkeit dreht, aber verschwindet, wenn das Rad mit hoher Geschwindigkeit dreht. Der Betrieb der Sonde und ihrer Instrumente normalisierte sich am 28. Dezember, zwei Tage bevor Cassini so nah wie möglich am Jupiter vorbeikam, aber die Beobachtungen der Monde und Ringe, die hauptsächlich während der Untersuchungen der Ingenieure der NASA programmiert wurden, konnte nicht durchgeführt werden. Am 30. Dezember 2000 passierte Cassini den Riesenplaneten in einer Entfernung von 9,72 Millionen Kilometern so nah wie möglich. Die Raumsonde macht über einen außergewöhnlich langen Zeitraum eine kontinuierliche Serie von Fotos der Atmosphäre des Jupiter, die es ermöglicht, deren dynamisches Verhalten zu beobachten. Die Jupiter-Beobachtungskampagne endete am 22. März 2001.

Einschub in die Umlaufbahn um Saturn (1 st Juli 2004)

Auf der Erde wurden seit Cassinis Abreise zahlreiche Beobachtungen des Saturn-Systems mit dem Hubble- Weltraumteleskop , dem Arecibo-Radioteleskop und den leistungsstärksten terrestrischen optischen Teleskopen mit adaptiver Optik gemacht . Die Ergebnisse haben zur Entdeckung zahlreicher irregulärer Saturn- Satelliten geführt . Das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffmeeren auf der Oberfläche von Titan ist ein umstrittenes Thema, aber die gemachten Beobachtungen liefern keine schlüssigen Beweise. Während der Reise zwischen Jupiter und Saturn nimmt Cassini mehrere kleine Kurskorrekturen vor. Eines der Reaktionsräder weist sporadisch Anzeichen einer abnormalen Reibung auf und wird in seiner Rolle durch das Reserverad ersetzt. Das RPWS-Instrument beginnt, von Saturn erzeugte Funksignale zu empfangen, während die Raumsonde noch 2,5 astronomische Einheiten vom Riesenplaneten entfernt ist.

Systematische Beobachtungen der Saturnatmosphäre und seiner Ringe begannen im Dezember 2003, als die Sonde 111 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt war. Die ersten Bilder von Saturn wurden am aufgenommen6. Februar 2004, und die von Titan im April. Alle anderen wissenschaftlichen Instrumente werden nach und nach in Betrieb genommen. Die Mitglieder der Mission suchen mit den Instrumenten der Raumsonde und Teleskopen auf der Erde nach möglichen Hindernissen auf der von Cassini verfolgten Flugbahn , wenn die Sonde die Ebene der Ringe schneidet. Die von der Raumsonde aufgenommenen Fotos zeigen zwei kleine Satelliten mit einigen Kilometern Durchmesser, Méthone und Pallène , die sich in einer Umlaufbahn in der Nähe von Mimas befinden .

Cassini tritt in das Saturnsystem ein, indem er über den Mond Phoebe fliegt , der 13 Millionen Kilometer vom Planeten umkreist und dessen Durchmesser etwa 200 Kilometer beträgt . Phoebe ist der wichtigste der unregelmäßigen Satelliten des Riesenplaneten, der sich durch seine Entfernung von ihm und die erhebliche Neigung , und in einigen Fällen rückläufig , seiner Umlaufbahn auszeichnet . Diese Satelliten bildeten sich angesichts dieser Besonderheiten nicht mit Saturn, sondern wurden vom Riesenplaneten eingefangen. Am 11. Juni 2004 passierte die Raumsonde 2.071 Kilometer vom Mond, der noch nie aus der Nähe beobachtet wurde. Phoebes Fotos zeigen eine unregelmäßige Welt, die von großen Kratern bedeckt ist. Es bleiben noch drei Wochen bis zum Manöver, mit dem die Raumsonde in die Umlaufbahn um Saturn gebracht werden kann. Der 1 st July 2-00 (Universal Time) Raumfahrzeug, Segel unter der Umlaufebene der Ringe des Saturn , geht mit einer Geschwindigkeit von über 22  km / s , in in den theoretisch freien Raum kriecht ‚Hindernisse zwischen dem dünnen Ring angeordnet F , die die Roche-Grenze des Planeten markiert , und den Ring G ( siehe Diagramm ). Diese Überfahrt wird mit nach vorne gerichteter Parabolantenne durchgeführt, um Cassinis Körper vor möglichen Partikeln zu schützen . Eine halbe Stunde später, nachdem sich die Sonde um 180 ° gedreht hat, um ihre Düsen nach vorne zu präsentieren, wird das Haupttriebwerk gezündet, um Cassinis Geschwindigkeit zu reduzieren und seine Einbringung in die Umlaufbahn um Saturn zu ermöglichen. Der Raketenmotor läuft 96 Minuten , verbraucht dabei 830 Kilogramm Treibstoff und die Geschwindigkeit sinkt auf 622  m/s . In dieser Phase geht die Sonde 19.880 Kilometer von der Spitze der Wolken des Planeten, oder das 0,3 - fache der Radius des Saturn. Die Sonde ist das erste von Menschenhand geschaffene Objekt, das den Saturn umkreist: Diese Umlaufbahn wird in 116 Tagen abgedeckt, mit einer Periapsis, die 78.520 Kilometer vom Zentrum des Saturn entfernt (18.000 Kilometer über der Wolkenschicht) liegt, einer Apoapsis bei 9,06 Millionen Kilometern und einer Neigung von 16,8 ° . Unmittelbar nach dem Stoppen des Antriebs nimmt Cassini mit VIMS- und UVIS-Instrumenten Bilder der Ringe auf, denen sie während der restlichen Mission nie so nahe sein wird. Ziel ist es insbesondere, Informationen über deren Struktur zu erhalten. Bei 5  h  50 durchläuft das Raumschiff wieder die Bahnebene der Ringe, die zwischen den Ringen F und G. Am nächsten Tag, das Raumschiff hat seinen ersten Roll Titan, aber es ist weitreich (339 000 km) und die Instrumente zur Verfügung stellen wenig Information. Die Umlaufbahn, in der Cassini zirkuliert, ist vorübergehend, da sie die Sonde durch die Ringe führt. Auch der Hauptantrieb wird zum letzten Mal, am 23. August, 51 Minuten lang verwendet, um die Geschwindigkeit der Sonde von 398  m / s zu beschleunigen und ihre Periapsis auf 300.000 Kilometer zu erhöhen, also außerhalb der dichtesten Ringe, etwa drei Viertel der Erde-Mond-Entfernung .

Operationen während der Primärmission (2004-2008)

Die Studienphase des Saturn-Systems durch den Orbiter hat eine anfängliche Dauer von vier Jahren (2004-2008).

Erste Flüge über Titan und erste Entdeckungen (26. Oktober 2004)

Das 26. Oktober 2004, die Raumsonde Cassini macht einen ersten Durchgang in kurzer Entfernung (1.200 Kilometer) von Titan. Der von einem undurchsichtigen Wolkenschleier umgebene Satellit hat trotz der zahlreichen Beobachtungen von der Erde oder während seines Fluges mit Voyager- Sonden bisher wenig über seine Beschaffenheit verraten . Dank der geringen Entfernung und des Vorhandenseins des Radars, das die Oberfläche durch die Wolken hindurch beobachten kann, werden viele Informationen vom Durchgang der Sonde erwartet. Zu den Hauptzielen dieser Übersicht gehören die Validierung der Modellierung der Atmosphäre, für die Entwicklung des Szenarios des Abstiegs von Huygens auf den Boden von Titan, und die Messung der vertikalen Ausdehnung der Atmosphäre von Titan für nachfolgende Überflüge in niedrigeren Höhen. Wenn alle Instrumente feststehend sind, gerät die Ausrichtung des Radars auf die Oberfläche in Konflikt mit der Verwendung von Fernerkundungsinstrumenten und bestimmten Instrumenten zur Messung von Feldern und Partikeln, die nicht die gleichen Sichtlinien haben. Auch die Nutzung des Radars ist relativ kurz und betrifft nur einen schmalen Landstreifen, 120 Kilometer breit und 2000 lang, oder weniger als 1% der Oberfläche von Titan, mit einer maximalen Auflösung von 300 Metern . Die von Radar und Kameras, die im sichtbaren Licht und infrarot arbeiten, gesammelten Informationen ermöglichen es, eine junge Oberfläche zu unterscheiden, dh praktisch frei von Einschlagskratern , mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften, die eine dynamische Geologie mit den Präsenzkanälen und möglicherweise Kryovulkanen widerspiegeln, die a Mischung aus Wassereis und Methan unter der Oberfläche vergraben. Nach den vor dem Überflug entwickelten Theorien ist das Vorhandensein von Methanmeeren notwendig, um das Vorhandensein einer Atmosphäre zu erklären, die einen erheblichen Anteil dieses Gases enthält, obwohl die Lebensdauer relativ kurz ist. Es wird jedoch keine große Flüssigkeitsoberfläche festgestellt. Das Magnetometer zeigt an, dass Titan kein Magnetfeld erzeugt. Zwei Tage später erreicht der Orbiter seine Periapsis und vollendet damit seine erste Umlaufbahn um Saturn, bevor er sich vom Riesenplaneten wegbewegt. Ein zweiter Flug über Titan fand am 16. Dezember auf nahezu identischer Höhe statt. Diesmal wird auf das Radar verzichtet und die Beobachtungen konzentrieren sich insbesondere auf das Verhalten der Atmosphäre und ihre Zusammensetzung. Titans Schwerkraftunterstützung wird verwendet, um den nächsten Überflug über Titan zu verfeinern, der von der Huygens-Landung begleitet werden muss.

Landung von Huygens auf Titan (14. Januar 2005)

Am 16. Dezember änderte die Cassini- Sonde ihre Flugbahn mit ihren Triebwerken für 85 Sekunden , um den Huygens- Lander ohne Manövriermittel auf Kollisionskurs mit Titan zu bringen. Am 23. Dezember wurde eine letzte kleine Korrektur vorgenommen, und zwei Tage später löste sich der Lander von Cassini  : Federn gaben ihm eine leichte Geschwindigkeitszunahme von 33  cm / s , die ihn allmählich von seinem Trägerschiff entfernte. Zuvor wurde Huygens um seine Achse gedreht ( 7,5 Umdrehungen pro Minute), so dass seine Ausrichtung bis zu seiner Ankunft am Stadtrand von Titan, 22 Tage später, stabil blieb . Am 28. Dezember korrigiert der Cassini- Orbiter seine Flugbahn mit seinen Triebwerken für 153 Sekunden, um Titan zu passieren. Am 31. Dezember 2004 passierte der Orbiter eine relativ kurze Entfernung (123.000 Kilometer) von der beleuchteten Hemisphäre von Iapetus , was es ihm ermöglichte, qualitativ hochwertige Bilder mit einer maximalen Auflösung von 700 Metern zu erhalten . Von diesem Mond, der einen ungeklärten Farbkontrast zwischen seiner Vorderseite (in Richtung seines Fortschreitens im Orbit) und seiner Rückseite aufweist, konnte bisher kein Detailfoto gemacht werden. Mehrere Merkmale faszinierten die Wissenschaftler an den während des Vorbeiflugs gesammelten Daten: Iapetus hat einen 20 Kilometer breiten und 13 Kilometer hohen äquatorialen Rücken, der sich entlang seines Äquators erstreckt. Seine Abmessungen von 749 × 747 × 713  km verleihen ihm eine unerklärliche ovale Form für ein Himmelsobjekt dieser Größe. Die spektroskopischen Analysen der Oberfläche liefern zunächst keine befriedigende Erklärung für den Farbkontrast der beiden Gesichter.

Atmosphärischer Wiedereintritt

Nach seiner Trennung von Cassini wird Huygens eingeschläfert . Als sie am 14. Januar in der Nähe von Titan eintraf, wurde die Ausrüstung der Sonde reaktiviert. Der Cassini- Orbiter , der einer parallelen Route folgt, schwenkt, um seine High-Gain-Antenne auf den Lander zu richten, während dieser sich auf den Eintritt in die Atmosphäre vorbereitet. Der relativ nahe Orbiter kann eine größere Datenmenge empfangen und fungiert als Relais zwischen Huygens und den Stationen auf der Erde. Allerdings hören auch mehrere terrestrische Radioteleskope auf Huygens ' Sendungen , um die Funkträgerwelle aufzuspüren, die den erfolgreichen Einsatz des Hauptfallschirms signalisieren soll. Um 21  Uhr tritt die  6 TU Huygens mit einer Geschwindigkeit von 5  km/s in die Atmosphäre von Titan in 1270 km Höhe ein . Die Hochgeschwindigkeitsreibung in der Atmosphäre bringt den Hitzeschild der Sonde auf die Temperatur von 1700  ° C , während er mit einer Verzögerung von maximal 13 g abgebremst wird  . Drei Minuten später, als die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs auf unter 1,4  km/h gesunken ist und es sich in einer Höhe von 160 Kilometern befindet , wird ein erster Pilotenfallschirm mit 2,6 Metern Durchmesser ausgefahren und schleudert den hinteren Hitzeschild aus. Der Hauptfallschirm mit einem Durchmesser von 8,3 Metern wurde 2,5 Sekunden später ausgelöst . Eine Minute vergeht, dann wird der vordere Hitzeschild losgelassen und Huygens' Funksender eingeschaltet. Das gesendete Signal wird vom terrestrischen Radioteleskop der Green Bank etwa 67 Minuten später (Zeit, die das Signal benötigt, um sich mit Lichtgeschwindigkeit fortzubewegen) sehr abgeschwächt aufgenommen. Die Fahrwerksinstrumente sind eingeschaltet. Die DISR-Kamera macht ein erstes Bild, während sich die Sonde zwischen 143 und 140 Kilometer befindet , und stellt eine schwach beleuchtete Atmosphäre wieder her. Der GCMS -Gaschromatograph beginnt mit dem Sammeln von Daten, während der ACP-Pyrolizer 130 Kilometer entfernt mit der Probenahme beginnt . Die Sensoren der Instrumentensuite Huygens Atmospheric Structure Instruments (HASI) werden eingesetzt, und das GCMS-Massenspektrometer führt eine erste Analyse der Atmosphäre in 140 Kilometer Höhe und drei weitere vor der Landung in 85, 55 und 20 Kilometern Höhe durch . Außerdem wird das Surface Science Package (SSP) gestartet, das die Eigenschaften der Atmosphäre misst. Huygens beginnt, die gesammelten Daten in Richtung Cassini zu übertragen , die in einer Entfernung von 60.000 Kilometern scrollt.

Atmosphärische Beobachtungen

Fünfzehn Minuten nach Beginn des atmosphärischen Wiedereintritts wird der Hauptfallschirm ausgelöst und ein weiterer kleinerer Fallschirm (drei Meter Durchmesser) übernimmt. Die Geschwindigkeit ist zwar ausreichend gesunken und der Lander muss schnell den Boden erreichen, damit seine Batterien nach der Landung noch die Energie liefern können, während sich der Orbiter noch über der Horizontlinie befindet. Bei 9  h  42 , während die Sonde 60 km Höhe, Huygens abwechselnd auf seinem Radar - Altimeter, das nun seine Höhe zu messen hat. Die aufgenommenen Bilder des Bodens sind viel weniger scharf als erwartet, da der Lander durch dicken Dunst, bestehend aus Methan bei Sättigung, hindurchfliegt. Das erste Panorama des Bodens, in dem wir vage Formen, leuchtende und dunkle, unterscheiden können, wurde zwischen 50 und 29 Kilometer über dem Meeresspiegel aufgenommen. Rund 35 Kilometer wird die mit 20  m/s horizontal bewegte Sonde von starken Turbulenzen erschüttert. Die Atmosphäre klärte sich rund 30 Kilometer auf . Um 11  Uhr  23 zündet Huygens nahe der Oberfläche eine Lampe an, die Licht und Homogenität und bekannte Eigenschaften für die Entscheidung der nachfolgenden Bilder liefern muss. Bei 11  h  38 , 2 Stunden und einem halben nach dem Wiedereintritt begonnen hat, Huygens den Boden berührt , mit einer Geschwindigkeit von 17 Kilometern pro Stunde. Die Beschaffenheit des Geländes ist unbekannt, aber aller Wahrscheinlichkeit nach könnte es sich um Eis handeln.

Titan Bodenoperationen

Das Surface Science Package beginnt kurz nach der Landung von Huygens mit der Übertragung von Informationen . Eineinhalb Stunden nach der Landung passierte Cassini den Horizont der Titan und verhinderte jede Datenübertragung von Huygens . Der Lander hat es seit Beginn des Sinkflugs geschafft, 474 Megabyte an Daten zu übertragen . Durch einen Programmierfehler des Fahrwerks geht die Hälfte der 1.215 beim Sinkflug und am Boden aufgenommenen Fotos sowie alle Windmessungen des DWE-Instruments verloren.

Eigenschaften der Cassini-Trajektorie im Saturn-System

Der Flugbahn auferlegte Ziele

Während seines Aufenthalts im Saturnsystem kann sich Cassini nicht damit zufrieden geben, in seiner Umlaufbahn zu bleiben, da die Raumsonde, um wissenschaftliche Ziele zu erreichen, verschiedene Objekte (der Planet, die Ringe, die Monde und die Magnetosphäre) überfliegen und dabei die Positionierungsbeschränkungen respektieren muss . Dabei handelt es sich je nach Fall um ein Vorbeifahren in geringer Entfernung zum beobachteten Objekt, eine Neigung zur Ringebene oder eine relative Position zur Sonne oder zur Erde  usw. Die Umlaufbahn muss daher einer sorgfältig berechneten Flugbahn folgen, die häufige Manöver erfordert und gleichzeitig die wenigen zur Verfügung stehenden Treibstoffe spart . Die Hauptziele, die der Flugbahn auferlegt werden, sind wie folgt:

• Nach den ursprünglichen Plänen soll die Sonde während der Primärmission, die von 2004 bis 2008 läuft , zwischen 45 und 55 kurze und gezielte Überflüge der Saturn-Satelliten durchführen Raumsonde passiert einen sehr präzisen Punkt - definiert durch seine Länge, Breite und Höhe - über dem Zielsatelliten. Die meisten der gezielten Überflüge erfolgen über Titan , weil dieser Satellit von Saturn das wichtigste wissenschaftliche Ziel der Mission ist, aber auch, weil er der einzige Satellit ist, der massiv genug ist, um dank Gravitationsunterstützung signifikante Änderungen der Umlaufbahn zu ermöglichen  ;
• Um Saturn zu beobachten, muss die Sonde im Allgemeinen über dem beleuchteten Gesicht des Riesenplaneten fliegen. Die Bedeckungen der Erde durch Saturn ermöglichen es, viele Informationen zu erhalten, wenn die Radioemissionen der Sonde die Schichten der Saturnatmosphäre durchqueren, um unseren Planeten zu erreichen;
• die Deformationen des Funksignals beim Durchgang durch die dünne Schicht der Ringe geben auch viele Informationen über ihre chemische Zusammensetzung, ihre Dicke und die Größe ihrer elementaren Bestandteile;
• Es ist auch wichtig, Ansichten der Ringe zu sammeln, die bei Breitengraden größer oder gleich 55 ° aufgenommen wurden, um einen globalen Überblick über sie zu erhalten. Das Studium der Magnetosphäre erfordert in situ die Untersuchung der Eigenschaften des Plasmas, geladener und neutraler Teilchen, Felder ... in großer Entfernung von der Sonne und in alle Richtungen, insbesondere in der Magnethülle, die sich gegenüber der Sonne erstreckt bis zu 50 bis 60 Strahlen von Saturn;
• Die Beobachtung der Nordlichter des Planeten erfordert Beobachtungen aus hohen Breiten, idealerweise zwischen 75 und 80 ° .

Umsetzung von Trajektorienänderungen

Die Bahnänderungen der Cassini- Sonde nutzen hauptsächlich die Gravitationshilfe von Titan . Jeder Flug über Titan erlaubt, wenn er in ausreichend geringer Höhe stattfindet, eine Änderung der Flugbahn, die einer Geschwindigkeitsänderung von 850  m / s entspricht , während die für Manöver an Bord von Cassini verfügbaren Treibstoffe nur eine Gesamtgeschwindigkeitsänderung von 500 m / s erlauben. s über die gesamte Dauer der Mission. Die anderen Monde des Saturn sind nicht massiv genug, um Cassinis Umlaufbahn signifikant zu beeinflussen  : Rhea , der nach Titan schwerste Satellit des Saturn, hat nur 2% seiner Masse. Die daraus resultierende Einschränkung besteht darin, dass jeder Flug über Titan die Raumsonde näher an Titan bringen muss (möglicherweise nach mehreren Umlaufbahnen), damit die Flugbahnänderungen fortgesetzt werden können. Abhängig von dem Winkel, in dem sich der Mond dem Mond nähert, können verschiedene Arten von Flugbahnmodifikationen erhalten werden. Durch das Überqueren des Hecks von Titan (relativ zu seinem Fortschritt in seiner Umlaufbahn) erhöht die Raumsonde ihre Geschwindigkeit und verlängert die Periode ihrer Umlaufbahn . Umgekehrt verkürzt die Sonde, wenn sie vor Titan vorbeifliegt, ihre Umlaufzeit. Diese Manöver verändern auch die Linie der Apsiden . Aus anderen Flugwinkeln bleibt die Umlaufbahnperiode erhalten, es werden jedoch die Umlaufbahnexzentrizität und ihre Umlaufbahnneigung verändert.  

Orbitänderungen während der Hauptmission the

Die ersten drei Cassini Orbits um Saturn Ziel sowohl die Bahnneigung zu reduzieren, die praktisch aufgehoben wird, und die Periode der Umdrehung der Umlaufbahn, die sich von 48 auf etwa 20 Tage verkürzt wird. Außerdem wird die Linie der Apsiden der Umlaufbahn gegen den Uhrzeigersinn verändert, so dass sie mit der Saturn-Sonne-Achse verschmilzt und die Apoapside auf der Sonnenseite liegt. Damit hat die Raumsonde Zeit, die Atmosphäre des Saturns auf der Seite seines beleuchteten Gesichtes zu beobachten. Ein Vorbeiflug von Titan ermöglicht es dann, die Linie der Knoten so auszurichten , dass sie praktisch senkrecht zur Erde steht, was es ermöglicht, während der nächsten sieben Umlaufbahnen Bedeckungen der Erde durch Saturn zu erhalten. Während der zweiten Phase der Hauptmission, die in . beginntOktober 2005Nach einer engen Reihe von gezielten Überflügen der eisigen Saturn-Satelliten wird die Umlaufbahn durch eine Reihe von Titan-Überflügen "gedreht", die die dem Saturn zugewandte Seite und die nach außen gerichtete Seite abwechseln. Ziel ist es, den Magnetosheath in situ zu analysieren . Während der dritten Phase der Primärmission, die im Juli 2006 begann, wurde die Neigung schrittweise erhöht, während der Zeitraum bei 16 Tagen gehalten wurde , was es ermöglichte, die Ringe aus kurzer Entfernung in einem Winkel mit hohen Pegeln zu beobachten von neuen Nachrichten. Nach dem Höhepunkt bei 55 ° wird die Neigung auf 0 ° gesenkt, während sich die Apsidenlinie um 180 ° dreht , wodurch die Knotenlinie mit der Saturn-Sonne-Achse zusammenfällt. Die Phase 4 , die in . begannAugust 2007, Hauptziel ist es, die Neigung der Umlaufbahn (ca. 75 ° ) für die Untersuchung von Ringen und in-situ- Messungen von Feldern und Teilchen so weit wie möglich zu erhöhen .

Höhepunkte der Hauptmission

Das 17. Februar 2005, passiert die Sonde Cassini 1.577  km vom Mond Enceladus entfernt . Dies hat die Besonderheit, dass die Albedo sehr nahe bei 1 liegt und praktisch das gesamte empfangene Licht reflektiert. Die von den Kameras aufgenommenen Fotos, die zehnmal detaillierter sind als die der Voyager- Sonden , zeigen eine Eiskugel, praktisch jungfräulich von einem Einschlagskrater , durchzogen von Furchen und Schwellungen, die den Monden von Jupiter Ganymed und Europa sehr nahe kommen . . Spektralanalysen zeigen, dass die Oberfläche aus fast reinem Wassereis besteht, was ihre hohe Albedo erklärt. In einem zweiten Durchgang durchgeführt,16. März 2005, erkennt das Magnetometer der Raumsonde eine Änderung im Magnetfeld des Saturn, die auf das Vorhandensein einer Atmosphäre hindeutet. Dies verrät angesichts der Schwäche des Schwerefeldes des Mondes zweifellos den Gasausstoß durch eine Form vulkanischer Aktivität. Bei diesen Überflügen zeigte der Staubdetektor eine besonders hohe Dichte an Partikeln, die entweder von Enceladus oder vom E-Ring stammen könnten finden im Juli statt. Das10. Mai, bestätigt das JPL die Entdeckung eines Neumonds , vorläufig S / 2005 S1 getauft , der später den Namen Daphnis annehmen wird . Dies wurde bereits in . entdecktMai 2004, aber seine Existenz wird dank eines Fotos bestätigt, das während des Fluges über die Ringe aufgenommen wurde. Am 14. Juli führte die Raumsonde einen neuen Überflug in geringer Höhe ( 175 km ) über Enceladus durch. Die aufgenommenen Bilder zeigen, dass die Länder des Südpols geologisch jung sind. Sie sind von vier rätselhaften Verwerfungen blockiert und mit Eisblöcken übersät, die die Größe eines Gebäudes erreichen können. Die vier etwa 130 Kilometer langen und 40 Kilometer voneinander entfernten Verwerfungen, die " Tigerstreifen  " getauft wurden  , sind auf einer sehr jungen geologischen Skala (zwischen 10 und 1000 Jahre alt). Es gibt Lüftungsöffnungen, die ständig Dampf und Wassereis ausstoßen. Die Temperatur am Südpol, gemessen mit dem Infrarotspektrometer, ist viel höher als von den Modellen vorhergesagt, angesichts der hohen Oberflächenalbedo und des streifenden Einfalls der Sonnenstrahlen in diesen Breiten. Das Massenspektrometer misst, dass die Atmosphäre um den Mond zu 65 % aus Wasserdampf, 20 % molekularem Wasserstoff sowie geringeren Anteilen an Kohlendioxid, molekularem Stickstoff und Kohlenmonoxid besteht.

Am 23. September 2005 überflog Cassini Téthys bei 1.500 Kilometern. Das25. September 2005, passiert die Sonde 514 Kilometer von Hyperion entfernt . Dies ist der einzige Überflug der Hyperion, der während der Primärmission geplant war: Er zeigt sehr detailliert die erstaunliche Struktur seiner Oberfläche, ähnlich einem Schwamm, der bei wiederholten Einschlägen auf einem Mond mit geringer Dichte und hoher Porosität entstehen würde. Ein relativ langer Flug über Enceladus erlaubt eine spektrale Messung der Materiejets vom Südpol und bestätigt die Hypothese, dass diese die Quelle des Materials für den E-Ring sind.

• 11. Oktober 2005 : Überflüge von Dioné auf 500 Kilometer und am selben Tag des Satelliten Telesto auf 10.000 Kilometern.
• 28. Oktober 2005 : Flug über Titan , weniger als 1.350 Kilometer entfernt.
• 26. November 2005 : Überflug von Rhéa, 500 Kilometer.
• 21. Juli 2006 : Flug über Titan, in einer Mindesthöhe von 950 Kilometern.
• 30. August 2007 : Zweiter Flug über Rhéa, 5.737 Kilometer.
• 10. September 2007 : Zweiter und letzter Überflug von Japet , weniger als 1.650 Kilometer.

Das 12. März 2008, Cassini nähert sich auf weniger als 50 Kilometer Höhe dem Enceladus und überquert seine Geysire. Die aufgenommenen Fotos zeigen, dass der Nordpol im Gegensatz zum Südpol stark verkratert ist, also alt, aber auch von parallelen Rissen durchzogen ist, die durch tektonische Aktivität entstanden sind. Hochauflösende Temperaturmessungen, die mit dem Infrarotspektrometer durchgeführt wurden, zeigen, dass die Temperatur entlang der "Tigerstreifen" -93  ° C erreichen kann , was 115  ° C höher ist als in anderen Regionen des Mondes. Angesichts dieser hohen Temperaturen ist es wahrscheinlich, dass sich unter der Oberfläche von Enceladus ein flüssiger Ozean befindet. Die Eigenschaften der von Geysiren ausgestoßenen Materialien sind überraschend ähnlich denen der Kometen.

Zweite Phase der Mission (2008-2017)

Erste Missionserweiterung: Cassini Equinox Mission (2008-2010)

Die Hauptaufgabe des Cassini-Programms endet am 30. Juni 2008, nach 76 Umdrehungen um Saturn. Die Sonde verfügt zu diesem Zeitpunkt noch über große Treibstoffreserven, die sie benötigt, um mehrmals im Monat ihre Umlaufbahn zu verändern und durch Überfliegen verschiedener Satellitenziele weiterhin Daten zu sammeln. Das15. April 2008beschließt die NASA unter Berücksichtigung der verbleibenden Treibstoffreserven, die Mission um zwei Jahre zu verlängern. Die Erweiterung der Mission heißt "  Cassini Equinox Mission  ", weil die Tagundnachtgleiche des Saturn am stattfinden soll11. August 2009. Während dieser neuen Phase der Mission wird die Raumsonde 60 zusätzliche Umlaufbahnen um Saturn fliegen und 21 Überflüge von Titan , sieben von Enceladus , sechs von Mimas , acht von Tethys und einem von Dione , Rhea und Helena durchführen .

Das 11. August 2008, fliegt die Sonde über Enceladus und schafft es, hochauflösende Fotos von dem Land zu machen, aus dem die Geysire entspringen. Die Bilder zeigen wieder die „  Tigerstreifen  “, 300 Meter tiefe Verwerfungen , eines V-förmigen Abschnitts, die die Geysire beherbergen. Nach ersten Analysen werden die Entstehungspunkte der Geysire nach einigen Monaten oder einigen Jahren durch das Eis blockiert und bewegen sich daher kontinuierlich. Zwei weitere Überflüge fanden am 9.31. Oktober 2008. Die gesammelten Daten deuten darauf hin, dass Enceladus der Ort einer Form von Plattentektonik ist, aber anders als auf der Erde verläuft die Bewegung in eine Richtung.

Im August 2009 ist es Tagundnachtgleiche auf Saturn. Die Strahlung der Sonne trifft senkrecht zu ihrem Rand auf die Ringe und lässt sie optisch verschwinden. Das wissenschaftliche Team von Cassini nutzt die Gelegenheit, um die vertikale Struktur der Ringe zu untersuchen, die durch Streiflicht hervorgehoben wird. Im Gegensatz zu den aufgestellten Hypothesen, die die Mächtigkeit der Ringe auf etwa zehn Meter schätzten, zeigen die Bilder stellenweise „zusätzliche Mächtigkeiten“, die teilweise bis zu vier Kilometer Höhe erreichen.

Zweite Missionserweiterung: Cassini Solstice Mission (2010-2017)

Tore

Die Gedanken an eine zweite Missionserweiterung beginnen noch bevor die erste Erweiterung beginnt. ImFebruar 2010, Kündigt die NASA , dass es ein Budget von zugeteilt $ 60 Millionen zur Verlängerung der Cassini - Mission um sieben Jahre , läuft ausJuli 2010 bis um September 2017. Die neue Mission heißt Cassini Solstice Mission , weil sie das System des Saturn zur Zeit der Sommersonnenwende des nördlichen Hemisphäre zu beobachten erlaubt, der Platz 2017. In dieser Phase im Mai nimmt, Cassini muss vervollständigt 155 Orbits um von Saturn, Durchführung 54 Überflüge von Titan, 38 , von denen weniger als 2.000 Kilometer entfernt, elf von Enceladus mit zwei in einem kurzen Abstand, drei Dione und drei Rhea. Diese Verlängerung findet jedoch unter ungünstigeren Bedingungen statt: Die begrenzte Menge an Treibmitteln ermöglicht keine Annäherung an Japet und die Unterstützung durch die Bodenteams während der Überflüge wird aus Kostengründen auf wenige Tage reduziert. Während dieser Phase beobachtet Cassini die von zeitlichen und jahreszeitlichen Veränderungen abhängigen Prozesse, die Saturn, Titan, die gefrorenen Monde und die Ringe betreffen. Diese Phase ermöglicht es, Beobachtungen auf Titan und Enceladus abzuschließen. Schließlich ermöglicht es in seiner letzten Phase, eine vergleichende Studie von Saturn und Jupiter durchzuführen, die von der Raumsonde Juno untersucht wurde , deren Beobachtungen im August 2016 beginnen sollen.

Prozess

Am 2. November 2010 schaltet die Raumsonde nach Erkennen einer Bit-Inversion durch den Bordcomputer automatisch in den Survival-Modus (ein Bit mit dem Wert 0 wird 1 oder umgekehrt, innerhalb der Computerdaten), ein Modus, in dem die Maschine schneidet alle nicht unbedingt notwendigen Geräte an Bord ab. Der Vorfall ist der sechste seit Beginn der Mission und ist zweifellos auf den Einschlag eines Teilchens kosmischer Strahlung zurückzuführen . Aber seine Auswirkungen sind wichtiger, weil es kurz vor dem Flug über Titan auftritt und die Lotsen am Boden aus Sicherheitsgründen lieber auf die während dieses Fluges vorgesehene Sammlung wissenschaftlicher Daten verzichten.

Die Wirtschaftskrise der 2010er Jahre führte zu einer deutlichen Kürzung des Budgets der NASA. Anfang 2013 plant die NASA, bestimmte interplanetare Weltraummissionen, darunter Cassini, zu stoppen, um diese Budgetbeschränkungen zu bewältigen . Im Rahmen dieses Haushaltsverfahrens werden die von Cassini vorgelegten Ergebnisse vom wissenschaftlichen Beirat der NASA bewertet, der sie als ausgezeichnet bewertet und die Mission an die Spitze der Missionen setzt, deren Beendigung vorgesehen ist. Endlich inSeptember 2014beschließt die amerikanische Raumfahrtbehörde, die letzten drei Jahre der Cassini-Mission (2015-2017) zu finanzieren.

Im Juli 2012 ändert Cassini seine Bahnneigung , also den Winkel, den seine Flugbahn bildet, wenn er die Äquatorebene des Saturn kreuzt . In dieser neuen Umlaufbahn haben die Instrumente der Raumsonde eine bessere Perspektive, um die Ringe des Saturn sowie die Atmosphäre von Saturn und die Monde zu beobachten. Die Raumsonde kann auch den Nordpol des Saturn überfliegen, der seit Frühlingsbeginn auf der Nordhalbkugel beleuchtet ist. Fotos der erstaunlichen sechseckigen Wolkenformation um den Pol wurden Ende 2012 aufgenommen.

Das 28. Oktober 2015, die Sonde fliegt über Enceladus in einer Höhe von 49 Kilometern und19. Dezember 2015, absolvierte es seinen letzten Flug über den Satelliten in einer Höhe von etwa 4.999 Kilometern.

Missionsende: die Apotheose (von April bis 15. September 2017)

Einschränkungen

Im Jahr 2017 verbrachte die Raumsonde dreizehn Jahre im Orbit um Saturn, gefolgt von sieben Jahren Transit zwischen der Erde und dem Riesenplaneten. Die Treibstoffe , die für die Fortsetzung ihrer wissenschaftlichen Mission und die Kontrolle ihrer Flugbahn unerlässlich sind, sind praktisch erschöpft. Allerdings müssen die Methoden zur Zerstörung der Raumsonde kontrolliert werden, damit Cassini sein Rennen nicht auf der Oberfläche von Enceladus oder Titan beendet . Diese beiden Satelliten könnten tatsächlich Lebensformen beherbergen, und die irdischen Mikroorganismen, die Cassini trägt , dürfen trotz der vor dem Start durchgeführten Sterilisation nicht in der Lage sein, sie zu kontaminieren. Die NASA untersucht mehrere Szenarien für die letzte Phase. Das Senden der Raumsonde zu einem anderen externen Planeten oder zu einem zwischen Jupiter und Neptun befindlichen Zentauren- Asteroiden wird nicht beibehalten, da der Transit zu viel Zeit benötigt. Das Missionsteam plant, Cassini in eine stabile Umlaufbahn zu bringen, außerhalb derjenigen der Phoebe- oder Titan-Satelliten.

Auswahl des Missionsendeszenarios

Die gewählte Trajektorie wird gewählt, weil sie wichtige wissenschaftliche Ergebnisse liefert, die nur im Rahmen eines Missionsendes erzielt werden können. Es besteht darin, die Periapsis von Cassini abzusenken , so dass die Raumsonde für ihre letzten Umlaufbahnen in einem weiten Intervall von 2.400 Kilometern zwischen dem der Oberfläche des Saturn am nächsten liegenden D-Ring gleitet, dessen Randinneres 65.000 Kilometer vom Zentrum entfernt ist des Saturn und der am wenigsten dichte Teil der oberen atmosphärischen Schicht des Riesenplaneten, der auf 62.000 Kilometer ansteigt. Die letzte Phase läuft vonApril 2017 beim September 2017. Es beginnt mit zwanzig Umlaufbahnen, die die Außenseite des F-Rings überfliegen und hochauflösende Bilder der F- und A-Ringe liefern, gefolgt von 22 "Näherungsbahnen", die innerhalb des D-Rings passieren. Die Mission endet mit dem Eintauchen der Raumsonde in die Herz des Riesenplaneten, das15. September 2017. Alle diese Manöver erfordern nur eine Verschiebung von 5 bis 30  m / s , die mit den Kraftstoffreserven vereinbar ist. Die neuesten Umlaufbahnen bringen die Sonde in eine ideale Position, um mehrere wichtige wissenschaftliche Ziele zu erfüllen:

• sehr präzise das Gravitationsfeld des Saturn messen, das Hinweise auf die innere Struktur des Planeten gibt, insbesondere auf die Größe und Masse seines Kerns;
• die Unsicherheit über die Masse der Ringe reduzieren, die von 100 auf 5% sinken sollte. Diese Informationen werden dazu beitragen, ihr Dienstalter zu bestimmen und das Modell zu validieren, das entwickelt wurde, um ihre Ausbildung zu erklären;
• sammeln Daten über die Ionosphäre und den Strahlungsgürtel. Die Sammlung präziser Daten über das Magnetfeld sollte es ermöglichen, die unterschiedliche Rotation des Herzens in Bezug auf seinen Kern zu messen und die Unterschiede zwischen den Messwerten der Raumsonde Voyager 2 (1981) und den mitgeführten zu erklären bis dahin von Cassini.  ;
• studieren Sie die Struktur des D-Rings.

Das große Finale Chronologie der letzten Monate der Mission

Veranstaltung	Bahnnummer	Datum TU ¹	Beschreibung
Apoapside erste Umlaufbahn des Großen Finales	271	23. April 2017
Erster Durchgang zwischen den Ringen und Saturn		26. April	Cassini schlängelt sich zum ersten Mal zwischen dem inneren Ring und der oberen Schicht der Saturnatmosphäre und nutzt die Satellitenschüssel als Schutzschild gegen mögliche Einschläge mit Partikeln. Die Raumsonde wird 22 solcher Umlaufbahnen durchführen, bevor sie in die Atmosphäre eintaucht.
Apoapside letzte volle Umlaufbahn	292	5. September
Apoapside letzte Umlaufbahn	293	12. September
Neueste Bilder des Saturn-Systems		14. September 18  h  58 TU	Cassini macht die letzten Bilder des Saturnsystems und überträgt die Fotos der Monde Titan und Enceladus, des Nordpols und der Saturnringe.
Echtzeit-Datenübertragung starten		15. September 7  h  14 TU	Drei Stunden vor Missionsende dreht sich die Raumsonde alle fünf Minuten mit einer Umdrehungsrate, um die In-situ- Analyse der Atmosphäre durch das INMS-Instrument zu optimieren . Cassini beginnt in Echtzeit mit einer Rate von 27 Kilobit pro Sekunde die von den Kameras CIRS, UVIS sowie den Instrumenten zur Messung des Plasmas und des Magnetfelds gesammelten Daten zu übertragen (normalerweise werden diese Daten nach der Passage höchstens in der Nähe von Saturn übertragen ).
Tauchen Sie ein in die Atmosphäre von Saturn		15. September 10  h  30 TU	Cassini tritt etwa 1.920 Kilometer über der Wolkenschicht in die Saturnatmosphäre ein. Der Schub der Raketenmotoren ist auf 10% ihrer Kapazität eingestellt, um die Ausrichtung der Raumsonde trotz der zunehmenden Kräfte der Atmosphäre beizubehalten, wodurch es möglich ist, die Parabolantenne auf die Erde auszurichten, um die Daten zu übertragen.
Signalverlust		15. September 10  h  31 TU	Die Raumsonde, die sich noch 1.510  km über der Wolkenschicht befindet, nutzt 100 % des Schubs ihrer Triebwerke, kann aber den Luftwiderstand nicht mehr kompensieren. Es läuft wie ein Kreisel und die Parabolantenne ist nicht mehr auf die Erde gerichtet (eine Abweichung von der Sichtachse der Antenne um einen Bruchteil eines Grades führt zum Verlust der Verbindung): Die Kommunikation mit ihr ist unterbrochen. Der Verlust der Funkverbindung tritt ein, während sich die Raumsonde 1.510 Kilometer über der Wolkenschicht befindet.
Zerstörung der Sonde		15. September 11  h  55 TU	In den Minuten nach dem Signalverlust wird die Raumsonde durch die mechanischen Kräfte und die durch ihre Geschwindigkeit erzeugte Wärme in einer immer dichter werdenden Atmosphäre allmählich zerstört.
¹ Die Daten werden 1  h  23  min später auf der Erde empfangen (Übertragungszeit bei Lichtgeschwindigkeit )  ; Frankreich-Zeit = UTC-Zeit + 2 Stunden .

Wissenschaftliche Ergebnisse

Während seiner Mission, die Cassini - Raumsonde abgeschlossen 293 Orbits um Saturn und machte 127 Überflüge von Titan, 23 von Enceladus und 162 anderen Monde des Riesenplaneten unter Bedingungen , die für umfangreiche Untersuchungen erlaubt.. 653 Gigabyte an wissenschaftlichen Daten wurden gesammelt und über 450.000 Fotos gemacht.

Die wichtigsten Entdeckungen der Cassini-Huygens- Mission sind wie folgt.

Jupiter

Cassini-Huygens- Instrumente beobachteten Jupiter fast sechs Monate lang, von1 st Oktober 2000 beim 22. März 2001. Raumsonde auf einen Abstand von genähert 9,7 Millionen von Kilometern der30. Dezember 2000. In dieser Phase der Mission wurden rund 26.000 Bilder des Riesenplaneten aufgenommen, darunter die genauesten, die jemals aufgenommen wurden. Auf einigen Fotos messen die kleinsten sichtbaren Details etwa 60 Kilometer.

Eine wichtige Entdeckung betrifft die atmosphärische Zirkulation des Jupiter . Einige Bilder zeigen dunkle Streifen im Wechsel mit helleren Bereichen in der Atmosphäre. Wissenschaftler hielten diese Gebiete mit ihren klaren Wolken lange Zeit für Aszendent, wenn man davon ausgeht, dass sich auf der Erde Wolken meist so bilden. Aber die Analyse der von Cassini gemachten Bilder lieferte eine andere Erklärung. Einzelne Sturmzellen mit aufsteigenden weißen Wolken, die zu klein sind, um von der Erde aus gesehen zu werden, entstehen fast überall, auch in dunklen Gebieten. Laut Anthony Del Genio vom Goddard Institute for Space Studies der NASA zeigen die Daten, dass die Gürtel die Zonen der Aufwärtsbewegung der Jupiteratmosphäre sein müssen, was bedeutet, dass die Bänder Zonen des Abstiegs der Atmosphäre sind.

Andere atmosphärische Beobachtungen zeigten eine dunkle, wirbelnde ovale Struktur in der oberen Atmosphäre, die in ihrer Größe dem Großen Roten Fleck nahe dem Nordpol des Jupiter ähnelt . Infrarotbilder haben bestimmte Aspekte der atmosphärischen Zirkulation in der Nähe der Pole enthüllt. Sie enthüllten eine bandartige Struktur, die den Planeten umgibt, begrenzt von benachbarten Bändern, in denen die Winde in entgegengesetzte Richtungen wehen. Dieselbe Ankündigung machte es möglich, die Natur der Jupiterringe in Frage zu stellen . Die Streuung des Lichts durch die Partikel der Ringe ergab, dass diese Partikel sehr unregelmäßige Formen hatten und wahrscheinlich von Material stammten, das als Ergebnis des Aufpralls von Mikrometeoriten auf die sehr kleinen Satelliten des Jupiter, wahrscheinlich auf Métis und Adrastée , ausgestoßen wurde , deren Gravitationsfeld (Schwerkraft) ist extrem schwach.

Saturn

Atmosphäre von Saturn

Cassinis langer Aufenthalt in der Nähe von Saturn ermöglichte es, die sehr einzigartige Struktur der Saturnatmosphäre am Nordpol zu studieren, die 1981 von der Raumsonde Voyager 2 entdeckt wurde . Das Wolkensystem hat eine sechseckige Form , die im Laufe der Zeit stabil ist, jede Seite misst 13.800 Kilometer und führt eine vollständige Umdrehung in 10 Stunden und 39 Minuten durch . Im Zentrum dieser Formation befindet sich das zentrale Auge eines Hurrikans mit einem Durchmesser von 2.000 Kilometern, der die Wolken mit einer Geschwindigkeit von mehr als 500  km/h gegen den Uhrzeigersinn treibt . Andere Wirbel, die sich innerhalb des Sechsecks und kleiner befinden, drehen sich in die entgegengesetzte Richtung. Der genaue Mechanismus dieser Bildung ist noch unbekannt.

Das Jahr auf Saturn dauert etwas mehr als 29 Erdenjahre und ist in Jahreszeiten unterteilt, weil die Achse des Planeten wie die der Erde geneigt ist. Ein saisonaler Sturm (also alle 29 Jahre ) im Zusammenhang mit der Erwärmung der Oberfläche wurde vor der Ankunft von Cassini mehrmals beobachtet .  Wegen seiner sichtbaren Eigenschaften als "  Großer Weißer Fleck " bezeichnet, beginnt er mit einer Reihe von weißen Flecken, die sich allmählich in der Länge ausdehnen, bis sie den Planeten umkreisen. Es befindet sich systematisch auf der Nordhalbkugel, ohne dass man erklären kann warum. Der Sturm konnte bei seinem Auftreten im Detail untersucht werdenDezember 2010, also zehn Jahre vor dem geplanten Termin. Die Raumsonde hat festgestellt, dass der Sturm Wasserdampf und anderes Material in eine Tiefe von 160 Kilometern nach oben drückt . Die Instrumente der Raumsonde beobachteten erstmals, insbesondere bei diesem Sturm, Blitze sowohl auf der beleuchteten als auch auf der dunklen Seite des Planeten.

Studium der siderischen Rotationsperiode des Saturn

Die Bestimmung der Sternumdrehungsperiode eines Planeten ist für das Studium aller damit zusammenhängenden physikalischen Phänomene wesentlich, da man sich auf diese Sternumdrehungsperiode zur Aufstellung des Längengrades des Planeten stützt. Bei tellurischen Planeten reicht es aus, den Boden zu beobachten, um diese Rotationsperiode zu erhalten. Bei gasförmigen Planeten gibt es keinen „Boden“ und das Herz ist sehr tief unter der Atmosphäre des Planeten vergraben. Die einzige beobachtbare Periode, die mit der Rotation des Herzens dieser Planeten zusammenhängt, ist die ihres Magnetfelds. Wir untersuchen daher die Modulationen, die durch die Rotation des Magnetfelds des Planeten induziert werden, der auf seine natürlichen Radioemissionen untersucht wird, um seine Periode der siderischen Rotation zu kennen.

Beim Jupiter wird die so erhaltene Periode ( 9  h  55  min  29,68  s ) also mit sehr hoher Genauigkeit bestimmt ( die Differenz zwischen den einzelnen Messungen beträgt nicht mehr als 0,08  s , was eine Genauigkeit von 0,000 1 % ausmacht  ) . Beim Saturn wird zunächst die Rotationsperiode anhand der Daten der Voyager- Sonde bestimmt . Die siderische Periode des Saturn beträgt daher 10  h  39  min  24  s (mit einer relativen Genauigkeit von | 0,02 %). Im Jahr 2000 beobachteten Wissenschaftler mit Hilfe von Funkdaten der Ulysses- Sonde , dass sich die Modulationsperiode der Saturn-Radioemissionen seit den Messungen der Voyager geändert hatte . Die neuen Messungen ergeben einen um 1% längeren Zeitraum als der von Voyager gemessene . Die mit dem Cassini / RPWS / HFR-Instrument erhaltenen Funkmessungen bestätigen die Variation der Periode der Modulationen der Saturn-Funkemissionen. Beobachtungen, die während der ersten zwei Jahre der Umlaufbahn um Saturn (2004-2005) gemacht wurden, scheinen zu zeigen, dass die Radioperiode langsam (auf der Skala des Jahres) um einige Bruchteile von einem Prozent variiert.

Da sich die siderische Rotationsgeschwindigkeit des Saturnherzens nicht ändern kann, muss zweifellos die Interpretation der Modulationen der Radioemissionen überprüft werden. Sie werden hauptsächlich auf der Tagseite der Magnetosphäre des Saturn emittiert und sind stark mit dem dynamischen Druck des Sonnenwinds korreliert. Es werden unterschiedliche Interpretationen vorgebracht:

• saisonaler Effekt: Die Höhe der Sonne auf der Ebene der Ringe ändert die Menge der freien Elektronen auf den Magnetfeldlinien und ändert somit die Emissionsbedingungen von Radiowellen;
• Wirkung des Sonnenzyklus: Die Eigenschaften des interplanetaren Mediums und des Sonnenwinds variieren stark mit der Sonnenaktivität . Es wurde gezeigt, dass die Aurora-Radioemissionen von Saturn sehr stark mit Schwankungen der Sonnenwindparameter korreliert sind;
• Beat-Effekt: nicht zufällige Fluktuation des Standorts der radioaktiven Region in einem lokalen Zeitsektor. Numerische Simulationen haben gezeigt, dass es sehr einfach ist, Perioden scheinbarer Rotation zu erhalten, die sich durch den Schwebungseffekt von der realen Periode unterscheiden;
• Konvektionssystem des Herzens des Saturn: Hypothese inspiriert von dem, was in der Sonne passiert, aber unwahrscheinlich.

Keines erklärt noch wirklich die beobachtete Variabilität, noch erlaubt es, die Periode der siderischen Rotation des Saturn zu erhalten.

Das Problem der Definition eines Längengradsystems bei Saturn bleibt daher ungelöst. Das Problem ist besonders heikel, denn wenn die Rotationsperiode des Saturn tatsächlich 1% langsamer ist als die von Voyager gemessene Periode , dann befindet sich das gesamte atmosphärische System des Saturn in Superrotation (dh es dreht sich schneller als das Herz des Planet), was schwer zu erklären ist.

• Atmosphäre von Saturn

• Saturnwolken.

• Die Atmosphäre des Saturn in falschen Farben.

• Sturm auf der Nordhalbkugel (2012).

• Falschfarbenes Detail des Sturms, das die unterschiedliche Deckkraft der oberen Wolkenschicht zeigt.

Saturnringe

Herkunft der Ringe

Vor dem Abschluss von Cassinis Mission werden zwei Szenarien zur Entstehung der Ringe heraufbeschworen:

• nach dem ersten Szenario wären sie das Ergebnis eines katastrophalen Ereignisses, wie der Zerstörung eines Mondes oder eines zerfallenen Kometen durch Gravitationskräfte, die innerhalb der Roche-Grenze wirken . Als solche wären sie relativ jung;
• nach dem zweiten sind sie die Relikte der Entstehung des Riesenplaneten und reichen daher 4,5 Milliarden Jahre zurück.

Die Heterogenität des vom UIS-Instrument beobachteten Materials schien einen katastrophalen Ursprung auszuschließen, der einen einzelnen Mond zur Quelle des Materials machen würde. Laut Gegnern dieses Szenarios hätte die Staubansammlung seit dieser Zeit die Ringe viel weniger hell machen sollen.

Cassinis letzte Umlaufbahnen Ende 2017, die zwischen den Ringen und der oberen Schicht der Saturnatmosphäre stattfanden, machten eine Entscheidung möglich. Durch Manövrieren in sehr kurzer Entfernung von den Ringen konnte Cassini Gravitationsmessungen durchführen (indem er den Einfluss der Ringe auf ihre Flugbahn beobachtete) und so die Masse der angesammelten Materie bestimmen. Die Ringe bestehen aus etwa 15,4 × 10 15  Tonnen Material, das ist zwanzigmal weniger als frühere Schätzungen. Diese Masse entspricht zwei Fünfteln des Mondes Mimas . Mit Cassinis Instrumenten konnte bereits bestimmt werden, wie hoch der Staubanteil in den Ringen ist und welche Staubmenge periodisch in die Ringe eingeblasen wird. All diese Informationen erlauben es uns zu sagen, dass die Ringe vor 10 bis 100 Millionen Jahren entstanden sind und dass sie wahrscheinlich innerhalb von 100 Millionen Jahren vollständig verschwunden sein werden . Ursprünglich sollten die Ringe viel größer und viel heller sein. Die durchgeführten Messungen erlauben keine genaue Bestimmung des kataklysmischen Ereignisses am Ursprung der Ringe. In den geologischen Schichten der Saturnmonde sind zweifellos Spuren erhalten.

Struktur und Zusammensetzung der Ringe

Cassini entdeckte mehrere Ringe, die weder von der Erde noch von früheren Raumsonden entdeckt worden waren. Ein erster Ring, 5.000 Kilometer breit und nicht sehr dicht, befindet sich auf der Ebene der Umlaufbahn von Janus und Epimetheus . Teile des Rings, sogenannte Bögen, wurden in entdecktSeptember 2006, auf der Ebene der Bahn von Méthone (10 ° Teil der Bahn), inJuni 2007auf der Umlaufbahn von Anthea und 2006 auf der Umlaufbahn von Pallene . Mit Cassinis Instrumenten konnte festgestellt werden, dass das Material des E-Rings, der sich zwischen den Bahnen von Mimas und Rhéa befindet und sich durch den sehr kleinen Durchmesser seiner elementaren Bestandteile auszeichnet, von den Geysiren von Enceladus mit Material versorgt wird . Der Orbiter entdeckte auch den Ursprung der Keeler-Teilung , der sich im A-Ring nicht weit von seinem äußeren Rand befindet. Diese 42 Kilometer breite Furche wird von einem kleinen Mond, Daphnis , geschaffen, der bei dieser Gelegenheit enthüllt wurde. Deren Bahn weicht geringfügig von der Bahnebene der Ringe ab, was Wellen erzeugt, mit einer vertikalen Komponente, die eine Höhe von 1,5 Kilometern erreichen kann . Dieses außergewöhnliche Phänomen in einem Ring, der im Allgemeinen einige Dutzend Meter dick ist, wurde durch seinen Schatten sichtbar, der zur Zeit der Saturn-Tagundnachtgleiche sichtbar war. Ring F ist seit dem Überflug von Pioneer 11 im Jahr 1979 bekannt. Dieser einige hundert Kilometer breite Ring wird von zwei Hirtensatelliten , Prometheus und Pandora , flankiert , die für seine Stabilität sorgen. Spektakuläre Bilder von Cassini haben die ständige Entwicklung des Rings unter der Anziehungskraft von Prometheus unterstrichen, der Materiefilamente auf seinem Weg zerreißt und Draperien bildet, in denen manchmal Mini-Monde mit einem Durchmesser von einem Kilometer rutschen , auch angezogen von der Anziehungskraft des Mondes. ImMai 2005begann Cassini eine Reihe von Bedeckungsexperimenten, um die Größenverteilung der Partikel in den Ringen zu bestimmen und Messungen der Saturnatmosphäre durchzuführen. Die Sonde machte zu diesem Zweck untersuchte Umlaufbahnen. Dazu passierte die Sonde die Ringe und sendete Funkwellen in Richtung Erde aus. Die Variationen in Leistung, Frequenz und Phase dieser Wellen wurden dann untersucht, um die Struktur der Ringe zu bestimmen.

• Saturnringe

• Das Material des F-Rings wird von Prometheus gestört.

• Das vom Saturn maskierte Sonnenlicht ermöglicht die Unterscheidung der diffusen äußeren Ringe E und G.

• Am Rand des B-Rings sind vertikale Strukturen sichtbar, die bei 2,5 km gipfeln  .

Magnetosphäre des Saturn

Die Eigenschaften der Magnetosphäre des Saturn sind vor der Ankunft von Cassini nicht gut bekannt, da nur kurze Beobachtungen von Pioneer 11 und Sonden Voyager während ihrer Vermessung des Saturn in den Jahren 1970 und 1980 hervorgegangen sind. Cassini hat dazu beigetragen, Beobachtungen über mehrere Jahre mit viel genaueren zu machen make Instrumente. Die Mission entdeckte, dass der Saturn im Gegensatz zu anderen Planeten im Sonnensystem mit einem Magnetfeld eine Achse hat, die genau mit der Rotationsachse übereinstimmt. Cassini stellte fest, dass das Magnetfeld des Planeten einer großen Fluktuation unterliegt, die sich mit einer Periodizität von 10 Stunden 47 Minuten wiederholt . Diese Modulation, die Wissenschaftler Ende 2012 noch nicht erklären, hat ihre Entsprechung im Bereich der Radiowellen ( Saturn Kilometric Radiation oder SKR). Mit den wissenschaftlichen Instrumenten der Sonde konnte festgestellt werden, dass die in der Magnetosphäre vorhandene Materie hauptsächlich aus Geysiren am Südpol des Mondes Enceladus stammt . Die Zusammensetzung dieser Materialien wird von den Ionen und Molekülen dominiert, die durch die Kombination der Bestandteile des von den Geysiren ausgestoßenen Wassers entstehen. Entgegen den Annahmen der Wissenschaftler können wir keine nennenswerten Mengen des Stickstoffs finden, von dem erwartet wird, dass er aus der Titanatmosphäre entweicht. Das MIMI-Instrument entdeckte das Vorhandensein eines Donut-förmigen Strahlungsgürtels innerhalb des D-Rings, der der Saturnoberfläche am nächsten ist.

Titan

Umgebung auf Titan

Nach einer Reise von fast sieben Jahren und 3,5 Milliarden Kilometern im Sonnensystem auf der Rückseite des Cassini , Huygens landete auf Titan aufgrund seiner thermischen Abschirmungen und der korrekten Einsatz seiner zwei Fallschirme, die14. Januar 2005, zurück zur Erde, 1,2 Milliarden Kilometer entfernt, Informationen und Bilder (vom DISR aufgenommen ) von einer bis dahin unerreichten Qualität.

Der Scientific Surface Modulus ( SSP ) zeigt, dass der Boden hier unter einer harten, dünnen Kruste die Konsistenz von Sand hat. Die Landschaften von Titan haben Ähnlichkeiten mit denen der Erde, erklärte Martin G. Tomasko, Leiter von DISR , dem Instrument, das die Bilder aufgenommen hat. Nebel, Niederschlagsspuren, Erosion, mechanischer Abrieb, Netze von Entwässerungskanälen, Flusssysteme, Trockenseen, Küstenlandschaften und Inselketten: „Die physikalischen Prozesse, die Titan geformt haben, sind denen der Erde sehr ähnlich. Die Materialien hingegen sind „exotischer““, ergänzt Martin Tomasko von der ESA , da das Wasser (H 2 O) durch Methan (CH 4 ) ersetzt wird, das flüssig oder gasförmig vorliegen kann Titan. Wenn es regnet, ist es der Niederschlag von Methan, gemischt mit Spuren von Kohlenwasserstoffen , die Stoffe aus der Atmosphäre am Boden ablagern. Regen wäre "in nicht allzu ferner Vergangenheit" gefallen, fügt Martin Tomasko hinzu21. Januar 2005.

Titan hat daher nach diesen Informationen eine einheitliche Atmosphäre, bestehend aus verschiedenen Gasen (Methan, Stickstoff usw.) und am Boden kryovulkanische Aktivität mit reichlich flüssigem Methan in Form von Flüssen und Seen. Auf seinem Boden, nach Messungen vor Ort bei −180  °C gefroren , liegen unzählige Eiskiesel, manchmal so groß wie Autos.

Dieser Mission verdanken wir auch die Entdeckung des Lake Ontario , einem See aus flüssigem Ethan , der im Sonnensystem (außerhalb der Erde) der erste Ort ist, an dem Flüssigkeit auf der Oberfläche nachgewiesen wurde, und anschließend die eingehende Untersuchung von Meeren und Seen von Titan .

Analysen

Die Landung selbst wirft einige Fragen auf. Die Sonde sollte in einer Höhe zwischen 50 und 70 Kilometern aus dem Nebel auftauchen . Tatsächlich begann Huygens nur 30 Kilometer über der Oberfläche aus den Wolken aufzutauchen . Dies könnte eine Änderung der Windrichtung in dieser Höhe bedeuten. Die bei der Landung aufgezeichneten Geräusche deuten darauf hin, dass sie eine mehr oder weniger schlammige Oberfläche erreicht hat, zumindest sehr flexibel. „Es gab keine Probleme beim Aufprall. Die Landung verlief viel sanfter als erwartet . "

„Auf dem hochauflösenden Kameraobjektiv des DISR, das nach unten zeigte, haben sich Materieteilchen angesammelt, was darauf hindeutet:

• entweder kann die Sonde in die Oberfläche eingesunken sein;
• oder die Sonde verdampfte Kohlenwasserstoffe an der Oberfläche und sammelte sie auf dem Objektiv. "

„Der letzte Fallschirm der Sonde ist nach der Landung nicht auf den Bildern zu sehen, daher zeigt die Sonde wahrscheinlich nicht nach Osten, wo wir den Fallschirm gesehen hätten. "

Wenn die Sendung konzipiert wurde, wurde beschlossen , dass ein 20 - Watt - Landelicht einschalten sollte 700 Meter über der Oberfläche, und beleuchten die Seite mindestens 15 Minuten nach der Landung. "Tatsächlich ging das Landelicht nicht nur auf genau 700 Metern an , sondern funktionierte auch noch über eine Stunde danach, als Cassini hinter Titans Horizont verschwand, um seine Mission rund um den Saturn fortzusetzen ", sagte Tomasko. Das Massenspektrometer an Bord von Huygens , das zur Analyse von Molekülen in der Atmosphäre verwendet wird, hat eine dicke Methanwolke in 18.000 bis 20.000 Metern Höhe über der Oberfläche nachgewiesen.

Weitere Hinweise des DISR , die an der Vorderseite angebracht sind, um festzustellen, ob Huygens tief in den Boden eingesunken ist, ergaben, dass es sich um nassen Sand oder Lehm handelte. John Zarnecki, Leiter des Gaschromatographen und Massenspektrometers (GCMS), das die Oberfläche von Titan analysiert, sagte: „Wir sind überrascht, aber wir können davon ausgehen, dass es sich um ein Material handelt, das mit einem dünnen Film bedeckt ist, unter dem sich eine relativ dünne Schicht befindet gleichmäßige Konsistenz, wie Sand oder Schlamm. "

• Titan

• Flusstal zum Nordpol von Titan.

• Ein permanenter Zyklon stagniert über dem Südpol von Titan.

• Teil eines kürzlich von Cassini-Radar aufgenommenen Einschlagskraters.

• Sotra Facula , ein hypothetischer Kryovulkan.

Enceladus

Bis zu Cassinis Ankunft im Saturnsystem waren die einzigen bemerkenswerten Merkmale des kleinen Mondes Enceladus ( 500 Kilometer Durchmesser), die sich aus Aufnahmen der Raumsonde Voyager ergaben, seine in bestimmten Regionen besonders glatte Oberfläche und seine höchste Albedo (Reflexionsvermögen) von die Körper im Sonnensystem. Ab 2005 machten mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungen Enceladus neben Titan zum interessantesten Objekt des Saturn-Systems . Die Messung des Saturn- Magnetfeldes in der Nähe des Mondes zeigt, dass es durch die Anwesenheit einer Atmosphäre verzerrt wird. Nahe Überflüge zeigen, dass Geysire, die ständig aus der Südpolregion entspringen, mit einer Geschwindigkeit von 400 Metern pro Sekunde eine Mischung aus Wassereis und einfachen chemischen Verbindungen ausstoßen . Die Geysire deuten auf die Existenz von mehr oder weniger großen Taschen mit flüssigem Wasser unter der Oberfläche hin, aber es wird zehn Jahre dauern, bis wir mit Sicherheit feststellen können, dass Enceladus trotz einer Bodentemperatur von -200 ° C  unter seiner Eiskruste einen flüssigen Ozean beherbergt °C . Ein Teil des ausgestoßenen Materials fällt an die Oberfläche, der Rest ist die Ursache für die Bildung des E-Rings . Die anschließend mit den Instrumenten der Raumsonde durchgeführte Analyse der Bestandteile dieses Rings zeigt, dass sie Kieselsäure enthalten , die sich nur bilden kann, wenn auf eine Temperatur von über 90  °C gebrachtes Wasser mit Gestein wechselwirkt. Eine solche Konfiguration legt nahe, dass die Quelle des flüssigen Wassers in Kontakt mit einem felsigen Kern steht, aus dem hydrothermale Quellen entspringen .

Fotos der Südpoloberfläche, die aus sehr kurzer Entfernung aufgenommen wurden, zeigten eine besonders junge Oberfläche, übersät mit Eisblöcken von der Größe eines Hauses, durchzogen von Brüchen, die an tektonische Aktivität erinnern, und überragt von einer Wasserdampfwolke. Bestimmte tiefe Spalten, Tigerstreifen genannt , sind die Entstehungspunkte von Geysiren. Aufeinanderfolgende Überflüge bestätigten, dass die Oberfläche des Südpols von Enceladus tektonischen Bewegungen ausgesetzt war. Der Motor dieser Aktivität könnte die von Saturn erzeugte Gezeitenkraft sein , wie die Rolle des Jupiter im Vulkanismus von Io . Diese Kraft wirkt nicht nur auf die Oberflächeneisschicht, sondern auch auf den Gesteinskern, was durch das Vorhandensein von Kieselsäure, aber auch von Wasserstoff aus hydrothermalen Quellen belegt wird . Das Vorhandensein eines unterirdischen Ozeans wurde 2015 durch Messungen des Schwerefelds und der Librationsbewegungen des Mondes in seiner Umlaufbahn bestätigt. Aus den gesammelten Daten lässt sich abschätzen, dass sich ein Ozean in zehn Kilometer Tiefe bis auf die Höhe des Südpols erstreckt, begraben unter einer 30 bis 40 Kilometer dicken Eisschicht. Überraschenderweise vereint Enceladus in so großer Entfernung von der Sonne alle Bedingungen für das Auftreten einer Lebensform: Wärme, reichlich flüssiges Wasser und organische Verbindungen. Aber Cassini kein Instrument, um Untersuchungen in diesem Bereich zu ermöglichen. Eine Studie aus dem Jahr 2018 über die von den Instrumenten Cosmic Dust Analyzer und Ion and Neutral Mass Spectrometer bereitgestellten Daten stellte jedoch das Vorhandensein organischer Makromoleküle mit einer Masse von einigen hundert einheitlichen atomaren Masseneinheiten in den Geysiren von 'Enceladus fest.

• Enceladus

• Diagramm, das die innere Struktur von Enceladus unter dem Südpol nach dem häufigsten Szenario zeigt.

• Die Oberfläche des Nordpols ist älter, aber auch von Rissen durchzogen.

• Die Aktivität der Geysire ist auf diesem Foto sichtbar.

• Die Temperatur über den Tigerstreifen ist etwa 20 Kelvin höher.

Andere Monde des Saturn

Phoebe

Phoebe ist der am weitesten entfernte Mond von signifikanter Größe: Er ist viermal weiter ( 13 Millionen Kilometer) von der Oberfläche des Saturns entfernt als der Mond nach Iapetus . Es zirkuliert in einer retrograden Umlaufbahn mit einer quasi-polaren Neigung (173 °). Er ist unregelmäßig kugelförmig, hat einen Durchmesser von etwa 220 Kilometern und ist sehr dunkel. Die einzigen Bilder vor der Cassini- Mission wurden 1981 von Voyager 2 aufgenommen; sie liefern wenig Informationen angesichts der Entfernung (mehr als zwei Millionen Kilometer oder fünf Erde-Mond-Entfernungen), aus der sie entnommen wurden. Cassini überfliegt den Mond nur einmal, 16 Tage vor seinem Eintritt in die Umlaufbahn um Saturn, da er sich außerhalb der Umlaufbahn der Raumsonde befindet. Am 11. Juni 2004 passierte Cassini 2068 Kilometer von Phoebe und konnte dank der Rotationsgeschwindigkeit des Mondes praktisch seine gesamte Oberfläche fotografieren. Diese hat eine sehr dunkle Oberfläche ( Albedo von 0,06), die mit Kratern bedeckt ist, von denen einige einen Durchmesser von 80 Kilometern haben, mit bis zu 16 Kilometer hohen Wänden . Die Hypothese eines von Saturn eingefangenen Asteroiden wird durch die Beobachtung von viel klarerem Material innerhalb der Krater erschüttert, was auf das Vorhandensein von Wassereis unter einer Staubschicht hindeutet, die einen Durchmesser von 300 bis 500 erreichen kann . Wassereis macht 30% der Masse von Phoebe aus (gegenüber 50% bei den Haupteismonden des Saturn). Phoebe ist zweifellos ein Protoplanet mit ähnlichen Eigenschaften wie Pluto, der sich zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems im Kuiper-Gürtel bildet . Es durchläuft zu Beginn seiner Existenz einen Prozess der planetarischen Differenzierung . Nach dem Abkühlen wird seine Oberfläche durch die Stöße gehämmert, wodurch es seine heutige unregelmäßige Form erhält. Anschließend wird es vom Planeten Saturn eingefangen.

Japet

Iapetus ist seiner Größe nach der dritte Saturnmond. Seine Rotation ist synchron mit der des Riesenplaneten, das heißt, das ihm zugewandte Gesicht ist immer das gleiche. Es zeigt einen spektakulären Farbunterschied zwischen der Hemisphäre, die sich in Richtung ihrer Verschiebung auf ihrer Umlaufbahn befindet, sehr dunkel ( Albedo zwischen 0,03 und 0,05) und der gegenüberliegenden Hemisphäre, im Gegensatz dazu hell (Albedo von 0,5 bis 0,6). Die Raumsonde Cassini liefert eine Antwort auf dieses jahrhundertealte Rätsel. Seine im Infraroten arbeitenden Instrumente entdecken, dass Phoebe der Ursprung eines Rings ist , der aus Trümmern gebildet wird, die durch den Einschlag von Meteoriten vom Mond gerissen wurden. Dieser sehr dünne Ring wird von Astronomen nicht entdeckt, die ihre Beobachtungen von der Erde aus machen. Iapetus, der im Bereich dieses Rings zirkuliert, sammelt auf der Vorderseite (in Bewegungsrichtung gedreht) Materialien von Phoebe an, die ihm seine dunkle Farbe verleihen.

Hyperion

Cassini liefert die ersten detaillierten Beobachtungen von Hyperion , dem größten der unregelmäßigen (nicht kugelförmigen) Satelliten des Sonnensystems. Voyager 2 , die 1981 in großer Entfernung darüber flog, ermöglichte es jedoch, ein erstes Porträt dieses kartoffelförmigen Mondes (410 × 260 × 220 Kilometer) zu zeichnen, der von tiefen Kratern bedeckt war und eine chaotische Rotationsachse darstellte. wahrscheinlich aus der Zerstörung eines größeren Himmelskörpers. Die spektakulären Fotos von Cassini zeigen eine Welt, die an einen Schwamm erinnert. Die sehr tiefen Krater, die seine Oberfläche praktisch ohne Auswurfspuren abschirmen, hängen zweifellos mit der sehr hohen Porosität und geringen Dichte des Mondes zusammen: Der Meteoritenbeschuss hat die Materialien nicht ausgestoßen, sondern komprimiert. Die Wände der Krater sind glänzend und verraten das Vorhandensein von Wassereis. Andererseits ist der Boden der Krater dunkel und rötlich, da die sehr niedrige Temperatur ( −180  ° C ) die Sublimation flüchtiger Stoffe und die Ansammlung dunklerer Stoffe bewirkt . Die außergewöhnliche Tiefe der Krater resultiert nach einer umstrittenen Hypothese aus der Konzentration der Sonnenstrahlen durch das dunkle Material, die wiederum zur Sublimation des Wassereises führen würde. Die Exzentrizität der Umlaufbahn des Mondes würde durch die Nähe von Titan (260.000 Kilometer voneinander entfernt zwischen den durchschnittlichen Umlaufbahnen der beiden Monde) aufrechterhalten, mit dem Hyperion in Umlaufbahnresonanz ist . Es wird angenommen, dass die niedrige Albedo von Hyperion (0,3) auf das Vorhandensein von Kohlendioxid und anderen Kohlenwasserstoffen zurückzuführen ist , einschließlich Methan, das aus Titan entwichen ist. Angesichts der geringen gemessenen Dichte von Hyperion (etwas über 0,5) besteht es wohl aus einem Stapel kleinerer Körper, die die relativ geringe Schwerkraft nicht komprimiert hat.

Neumonde des Saturn

Die Cassini-Huygens- Mission ermöglichte es Ende 2012, zehn neue kleine Monde (weniger als zehn Kilometer Durchmesser) zu entdecken, die zu den rund fünfzig bekannten oder in den letzten Jahren mit Teleskopen entdeckten Monden hinzugekommen sind. basierend. Mehrere von ihnen tragen zu diesem Zeitpunkt nur eine vorläufige Seriennummer, bis weitere Bemerkungen ihre Existenz bestätigen. Im Jahr 2004 entdeckt Methone (Durchmesser von 1,6 km ) und Pallene (drei Kilometer im Durchmesser), die sich zwischen Mimas und Enceladus und bildet die Untergruppe der Alcyonides sowie Pollux (drei Kilometer im Durchmesser), die Aktien der Dione Umlaufbahn um Saturns hinterer Lagrange-Punkt L 5 . Daphnis (acht Kilometer Durchmesser), 2005 entdeckt, ist nach Pan ( 26 Kilometer ) der zweitgrößte Satellit, der in den Ringen des Saturn zirkuliert . Es ist der Urheber der Keeler-Division ( 42 Kilometer breit), die den A-Ring des Saturn sehr nahe an seiner Peripherie und über die Encke-Division hinaus teilt . Sein Durchgang löscht die Teilung, aber sein Schwerefeld erzeugt auch Wellen im Inneren des A-Rings, mehrere hundert Kilometer tief, wie die Fotos von Cassini zeigen . Im Jahr 2007 die Cassini Imaging Team entdeckt Anthée , ein Mond zwei Kilometer im Durchmesser liegt wie Methone und Pallene zwischen Mimas und Enceladus. Aegon , 2008 entdeckt und mit einem Durchmesser von 500 Metern , zirkuliert im G-Ring , der zweifellos von Trümmern gebildet wird, die bei Kollisionen mit diesem Mond ausgestoßen wurden.

• Andere Monde des Saturn

• Tethys (groß) und Enceladus (klein).

• Quasi-Ausrichtung von vier Saturnmonden.

• Dione koloriert.

• Mimas .

Überprüfung der Allgemeinen Relativitätstheorie

Am 10. Oktober 2003 hat der italienischen Astrophysiker Bruno Bertotti von der Universität von Pavia und seine Kollegen Luciano Weniger von der Universität Rom „La Sapienza“ und Paolo Tortora von der Universität Bologna präsentieren die Ergebnisse des Theorie - Tests. Einsteinsche Relativitäts , dass die Cassini- Sonde im Vorjahr durchgeführt. Im Sommer 2002 werden Erde, Sonne und die Cassini-Huygens- Sonde exakt ausgerichtet, wobei sich die Sonne zwischen Erde und Sonde befindet. Während der Kommunikation mit der Sonde und dank seiner Antenne von vier Metern Durchmesser sowie auf die neue Bodenstation der NASA Deep Space Network befindet sich in Goldstone in Kalifornien , das Team des italienischen Astrophysiker beobachtet eine Frequenzverschiebung in den Funkwellen empfangen durch und von Cassini-Huygens emittiert , wenn diese nahe der Sonne reisen. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie wird angenommen, dass ein massereiches Objekt wie die Sonne die Raumzeit um sich herum biegt . So muss ein Lichtstrahl oder eine Radiowelle, die in der Nähe des Sterns vorbeikommt, aufgrund dieser Krümmung eine größere Entfernung zurücklegen . Diese Überstrecke, die die von der Sonde ausgesendeten Wellen zurücklegen, um die Erde zu erreichen, verzögert ihren Empfang, eine Verzögerung, die gemessen und quantifiziert wird und es ermöglicht, die Theorie mit einer fünfzigfach höheren Genauigkeit zu überprüfen als bei früheren Experimenten mit Viking- Sonden .

Obwohl einige kosmologische Modelle Abweichungen von der allgemeinen Relativitätstheorie vorhersagen, werden in diesem Experiment keine beobachtet. Die durchgeführten Messungen stimmen mit einer Genauigkeit von 1 zu 50.000 mit der Theorie überein.

Cassini- Nachfolger

Die Erforschung eines so weit entfernten Planeten wie Saturn mit einer Raumsonde ist teuer, insbesondere wegen der Geschwindigkeit, die die Sonde erreichen muss, um ihr Ziel zu erreichen, der Dauer der Mission und der Notwendigkeit, Energiequellen zu verwenden, die die Sonnenstrahlung ersetzen können , 100 mal schwächer in dieser Entfernung von der Sonne: sehr große Sonnenkollektoren oder ein thermoelektrischer Radioisotop-Generator . Trotz des offensichtlichen wissenschaftlichen Interesses von Saturn, seinen Monden (insbesondere Titan und Enceladus ) und seinen Ringen hat Cassini dies nicht getanSeptember 2017 kein Nachfolger in der Entwicklung.

Im Jahr 2008 untersuchten die NASA und die Europäische Weltraumorganisation gemeinsam die Titan Saturn System Mission (TSSM), bestehend aus einem Orbiter sowie einem Lander und einem Heißluftballon , der Titan untersuchen sollte , aber dieses Projekt wurde im folgenden Jahr aufgegeben. TSSM ist eine teure Mission der Cassini- Klasse und anschließend werden weniger ehrgeizige Missionen von der NASA im Rahmen ihres Discovery- Programms (Low-Cost-Missionen) evaluiert : Dies sind Titan Mare Explorer (2011) und Enceladus Life Finder (2015), die2015 auch nicht beibehalten.

Im Jahr 2017 werden im Rahmen des New Frontiers- Programms (NASA Medium-Cost-Missionen) nicht weniger als fünf Missionen angeboten : eine Raumsonde, die eine Vermessung durch Eintauchen in die Saturn-Atmosphäre durchführt (SPRITE), zwei Missionen, die genau die Materialien analysieren, die von den Geysire von Enceladus, indem sie diesen Mond mehrmals überfliegen und das mögliche Vorhandensein von Lebenszeichen (ELSAH und ELF) bestimmen, und schließlich zwei Missionen, die Titan in der Tiefe untersuchen sollen, die erste aus der Umlaufbahn ( Oceanus ) und die zweite, besonders gewagt auf technischer Ebene mit einer Drohne, die Flüge von einigen Dutzend Kilometern durchführt, indem sie die hohe Dichte der Atmosphäre und die geringe Schwerkraft dieses Mondes ( Libelle ) ausnutzt . Die Dragonfly- Mission wird 2019 für einen planmäßigen Abflug im Jahr 2026 und eine Ankunft auf Titan im Jahr 2034 ausgewählt.

Hinweise und Referenzen

Anmerkungen

1. Nach 1997 kann die Raumsonde nicht mehr von der Gravitationsunterstützung des Jupiter profitieren , die für den Saturn unerlässlich ist.
2. er "Battlestar Galactica" nennt .
3. Die Geschwindigkeit der Raumsonde ist von über der Erde stark gesunken, als sie den Gravitationsschacht der Sonne verlässt.
4. Sterilisation ist immer partiell. Darüber hinaus haben Experimente an Bord der Internationalen Raumstation gezeigt, dass im Vakuum des Weltraums exponierte terrestrische Mikroorganismen mehrere Jahre überleben können .
5. Zehn Jahre für Centaurische Asteroiden und 44 Jahre für Neptun.
6. Unterhalb von 61.500 Kilometern kann der Druck der Saturnatmosphäre nicht mehr die Ausrichtung der Raumsonde beibehalten; unter 60.500  km kann sich die Raumsonde nicht mehr aus der atmosphärischen Schicht herauslösen. Der Luftdruck erreicht  ab 60.200 km 1 bar (also den Druck auf der Erdoberfläche)  .
7. Die Sonde könnte später zerstört werden, wenn sie genug Treibstoff hätte, um ihren Aufenthalt im niedrigen Orbit zu verlängern.
8. Tiefe vergleichbar mit der von terrestrischen Ozeanen.

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Siehe auch

Literaturverzeichnis

Projekthistorie

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Technische Beschreibung

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Instrumente

• Siehe die Bibliographie der ausführlichen Artikel über Cassini und Huygens .

Ergebnisse

• (en) Paolo Ulivi und David M. Harland , Robotic Exploration of the Solar System Part 3 Wows and Woes 1997-2003 , Springer Praxis, 2012 , 529  p. ( ISBN  978-0-387-09627-8 , online lesen )Detaillierte Beschreibung der Missionen (Kontext, Ziele, technische Beschreibung, Fortschritt, Ergebnisse) der zwischen 1997 und 2003 gestarteten Raumsonden.
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Filmografie

• 2017: Letzte Reise zum Saturn von Terri Randall, Arte.

Infografiken und Dateien

• "Mit der Huygens-Sonde im Nebel von Titan", Le Monde , Dossier,11. September 2017online (Zugriff am 14. September 2017).
• "Saturn und seine Monde, die atemberaubenden Bilder der Cassini-Sonde", Le Figaro , Dossier,14. September 2017online (Zugriff am 15. September 2017).
• "Ende von Cassini: Wo erkunden die anderen Sonden derzeit den Weltraum?" », Le Parisien , Computergrafik,15. September 2017) online (Zugriff am 15. September 2017).

Zum Thema passende Artikel

• Die natürlichen Satelliten des Saturn
• Saturn
• Saturnringe
• Enceladus
• Titan
• Huygens  : Detaillierte Eigenschaften des Huygens-Landers
• Cassini  : Detaillierte Eigenschaften des Cassini-Orbiters
• Chronologie der Cassini-Huygens-Mission
• Weltraumsonde

Externe Links

• Normdatensätze  :
  • Virtuelle internationale Normdatei
• Hinweis in einem Wörterbuch oder einer allgemeinen Enzyklopädie  : Encyclopædia Britannica
• Astronomische Ressourcen  :
  • (en)  Nationales Weltraumforschungs-Rechenzentrum
  • (de)  Satelliten-Katalognummer
• (en) Cassini-Huygens auf dem Gelände des Jet Propulsion Laboratory .
• (en) Cassini-Huygens auf der ESA-Website .
• Huygens-Cassini auf der CNES- Website .