Tag-und-Nacht-Gleiche auf dem Saturn: Frühlingsanfang auf der Nordhalbkugel. Wie bei der Erde steht auch die Rotationsachse des Saturn, des zweitgrößten Planeten des Sonnensystems, schräg auf ihrer Bahn um die Sonne. Das bedeutet, dass es während der 29 Jahre und 164,5 Tage, die der Saturn für eine Umrundung der Sonne benötigt, auch auf diesem Himmelskörper zu Jahreszeiten kommt: Ein halbes "Saturnjahr", also knapp 15 Jahre, empfängt die Südhalbkugel mehr Sonnenlicht, und 15 Jahre die Nordhalbkugel. Die Menge an Sonnenenergie, die der Planet in etwas mehr als 1,4 Milliarden Kilometern Entfernung von der Sonne empfängt, ist allerdings nur ein Neunzigstel so groß wie auf der Erde. Im August 2009 durchlief der Saturn den Frühlingspunkt, das heißt, für einen virtuellen Beobachter auf den Wolken des Saturn überquert die Sonne scheinbar den Himmelsäquator. Der Südsommer ist zu Ende gegangen, und nach dieser Tagundnachtgleiche am 11. August 2009, dem sogenannten Äquinox, begann auf der Nordhalbkugel der Frühling. Zum Zeitpunkt der Äquinoktien scheint die Sonne exakt senkrecht auf die Kante der Saturnringe, die den Planeten in seiner Äquatorebene umgeben. Dieses doch eher rare astronomische Ereignis ist nicht nur für irdische Beobachter mit ihren Teleskopen ein kleines Fest, denn dann sieht man die Kante der Ringscheibe als schmale Linie. Auch für den Saturnorbiter Cassini ergeben sich durch das nur ganz flach über die Ringscheibe streifende Licht außergewöhnliche Beobachtungsmöglichkeiten, die besondere wissenschaftliche Ergebnisse zur Struktur und Dynamik der Ringe ermöglichen. Aus einer Saturnentfernung von circa 847.000 Kilometern und einer Perspektive von 20 Grad über der Ringebene nahm Cassinis Weitwinkelkamera anderthalb Tage nach dem Äquinox 2009 eine Folge von 75 Bildern auf, aus denen das gezeigte Bildmosaik von Saturn, seinen Ringen und einigen seiner Monde entstand. Der Bildmaßstab beträgt 50 Kilometer pro Pixel. Durch die ungewöhnliche Beleuchtungsgeometrie sind die Ringe dabei stark verdunkelt. Im Kontrast dazu wirken Strukturen außerhalb der Ringebene ungewöhnlich hell und werfen lange Schatten über die Ringe. Zudem zeigen sich zur Tagundnachtgleiche die Schatten der ausgedehnten Saturnringe als ein einziges, zusammengestauchtes schmales Band, das auf dem Planeten liegt.
Quelle: NASA/JPL/Space Science Institute.
Farbaufnahme des Saturnmondes Dione vom 11. Oktober 2005. Auf dem Bild erkennt man hinter Dione in goldenen und blauen Farben den Saturn. Die horizontal verlaufenden Streifen in der unteren Bildhälfte sind die Saturnringe. Zum Zeitpunkt der Aufnahme des Bildes befand sich Cassini beinahe auf einer Höhe mit den Saturnringen. Für diese Aufnahme wurden blaue, grüne und infrarote Spektralfilter benutzt. Aufgenommen wurde es mit der Weitwinkelkamera an Bord der Cassini-Raumsonde aus einer Entfernung von etwa 39.000 Kilometern von Dione. Die Auflösung des Bildes beträgt etwa zwei Kilometer pro Bildpunkt.
Wissenschaftler vermuteten seit längerem, dass es auf dem Titan, dessen dichte Atmosphäre keinen direkten Blick auf seine Oberfläche ermöglicht, flüssiges Methan, Ethan oder andere leichte Kohlenwasserstoff-Verbindungen gibt. Allerdings ist die Titanatmosphäre so dicht, dass mit gewöhnlichen Kameras nur ein verschwommener Blick auf die eisige Oberfläche des Mondes möglich ist. Nur durch so genannte "atmosphärische Fenster", in ganz bestimmten, eng begrenzten Wellenlängen des nahen Infrarot, ist es möglich, Details der Titanlandschaft zu erkennen. Im Vordergrund des Bildes sind die Saturnringe sowie der Saturnmond Epimetheus zu erkennen.
Quelle: NASA/JPL /University of Arizona/Space Science Institute.
Die Ringe - das Markenzeichen des Saturn. Die wunderschönen und geheimnisvollen Ringe des Saturn gehören zu den markantesten Erscheinungen unseres Sonnensystems. Sie haben einen Durchmesser von fast 500.000 Kilometern und sind gleichzeitig extrem dünn. Milliarden wirbelnder Eis- und Gesteinspartikel umkreisen den Planeten mit großer Geschwindigkeit und bilden ein filigranes Muster aus. Das Bild zeigt die von einem hellen Band getrennten C-Ringe (im Innern) und zum linken Bildrand hin die B-Ringe. Noch wissen die Wissenschaftler weder das Alter der Ringe noch die Ursache ihrer Entstehung, aber die Cassini-Mission lieferte zumindest Teile des Puzzles. Die Raumsonde übermittelte bereits bei ihrer Ankunft im Juli 2004 wertvolles Datenmaterial. Während des Durchflugs durch die Ringebene wurden hochauflösende Bilder aufgenommen, ein Querschnittprofil mit Ultraviolett- und Infrarotmessungen erstellt und Infrarot-Wärmeaufnahmen gemacht. Cassini entdeckte bislang unbekannte kleinere Binnenringe und weitere Monde in Ringnähe. Bei dem Material der Ringe handelt es sich überwiegend um Wassereis, Felsgestein und Staub, dessen mineralischer Hauptbestandteil Silikate sind. Allerdings konnten mit dem Spektrometer VIMS (Visible and Infrared Mapping Spectrometer) auch Spuren von Eisen nachgewiesen werden. Dies entspricht dem Material, welches die dunklen Gebiete der Saturnmonde Phoebe und Iapetus aufweisen; VIMS fand auch Hinweise auf organische Kohlen-Stickstoff-Verbindungen in den Ringen.
Die Wolkenhülle des Saturn mit dem Schattenwurf der Ringe. Im Bild ist ein Teil der Nordhalbkugel des Saturn in einer Falschfarbendarstellung zu sehen. Damit lassen sich die einzelnen Wolkenbänder und -wirbel der Atmosphäre in hohen nördlichen Breiten des Gasplaneten besser darstellen. Deutlich wird auch, dass sich die nördlichen Breiten hinsichtlich ihrer Dynamik, aber auch der chemischen Zusammensetzung der obersten Saturnatmosphäre, stark von den eher monotonen äquatorialen Zonen unterscheiden. Diese Zone ist im unteren rechten Bildquadranten in hellen, bläulichen Tönen zu sehen. Im linken unteren Bildquadranten sind als ganz dünne Linien die innersten Ringe des Saturn zu sehen. Da die Sonne von schräg unterhalb der Ringebene scheint, sind die Schatten der Ringe als klar umrissene Linien auf die Wolkenhülle des Saturn projiziert. Das Bild, das mit dem Imaging-Science Subsystem (ISS) von Cassini aufgenommen wurde, entstand aus einem Winkel von 52 Grad oberhalb der Ringebene aus einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern.
Die helle und die dunkle Seite von Iapetus. Iapetus ist einer der rätselhaftesten Monde des Saturn: Der Eismond von 1468 Kilometern Durchmesser zeigt dem Betrachter zwei völlig unterschiedlich ausgeprägte Hemisphären. Die entgegen der Bewegungsrichtung um den Saturn liegende Halbkugel, die "Heckseite" und die Pole von Iapetus bestehen aus blankem Eis und reflektieren das Sonnenlicht zu fast hundert Prozent; auf der Oberfläche der in Bewegungsrichtung weisenden Hemisphäre, der "Bugseite", bedecken jedoch Kohlenstoffverbindungen das Eis, Cyanide und andere Kohlenstoffverbindungen machen die Oberfläche pechschwarz. Das Falschfarbenbild zeigt das erste Mosaik hoch auflösender Bilddaten der hellen Seite von Iapetus; es besteht aus 60 Einzelbildern, die im September 2007 aus 73.000 Kilometer Entfernung aufgenommen wurden. Dieser Vorbeiflug wurde von Mitarbeitern der Freien Universität Berlin und dem DLR in allen Details geplant. Besonders interessant ist die Übergangszone zwischen den beiden Extremen. Entscheidende Erklärungshinweise auf die Ursache von Iapetus' Eigenart lieferten nicht nur die Bilddaten von Cassini, sondern auch Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop der NASA: Saturn ist jenseits der Iapetusbahn von einem um 27 Grad gegen die Äquator- und Hauptringebene geneigten, riesigen Torus (lat. torus, "Wulst") aus winzigen, dunklen Staubteilchen umgeben. Die Partikel stammen von Einschlägen auf die weiter außen gelegenen, kleinen Monde des Saturns, wie beispielsweise Phoebe, der sich in der Mitte dieses Torus befindet. Die Dichte der Teilchen ist zwar extrem niedrig, dennoch reichen die wenigen, rückläufig zur Bewegungsrichtung des Mondes ins Innere des Saturnsystems wandernden Partikel aus, um von der Bugseite des Iapetus über lange Zeiträume zu einer Art Belag aufgesammelt und zu einer dünnen, schwarzen Schicht verdichtet zu werden.
Titan - Saturnmond mit Kohlenwasserstoffgewässern. Mit 5150 Kilometern Durchmesser ist Titan der zweitgrößte Mond des Sonnensystems und zugleich einer der wohl mysteriösesten. Viele Planeten sind von einer Atmosphäre umgeben. Titan dagegen ist im Sonnensystem der einzige Mond mit einer nennenswerten Gashülle. Diese ist bräunlich-orange und so dicht, dass man im sichtbaren Licht nicht auf ihre Oberfläche blicken kann. Nur durch so genannte "atmosphärische Fenster" in eng begrenzten Wellenlängenbändern des nahen und mittleren Infrarots ist eine Analyse der Oberfläche möglich. Dazu wird auf der Cassini-Sonde, die sich seit Juli 2004 im Saturnsystem befindet, das Infrarotspektrometer VIMS (Visible and Infrared Mapping Spectrometer) eingesetzt. Wegen der großen Entfernung des Titan von der Sonne herrschen auf seiner Oberfläche Temperaturen von etwa minus 180 Grad Celsius. Das Bild zeigt eine Überlagerung von VIMS-Aufnahmen des Titans in drei verschiedenen infraroten Wellenlängen: 1,3 Mikrometer (tausendstel Millimeter; blau), 2 Mikrometer (grün) und 5 Mikrometer (rot). Das kreisförmige Gebilde in der Mitte ist vermutlich ein älteres Einschlagbecken. Die äquatorialen Breiten Titans sind vermutlich trockene Gebiete ohne ausgedehnte "Gewässer". Die zahlreichen Gewässer in der nördlichen Hemisphäre, zu denen auch Kraken Mare gehört, sind wahrscheinlich Teil eines aktiven Flüssigkeitskreislaufes. Diese Seen nehmen flüssige Kohlenwasserstoffe auf, die ihnen ein Abflusssystem aus Tälern zuführt, welches aus Methan- und Ethan-Niederschlägen gespeist wird. Viele Wissenschaftler vermuten, dass die stickstoffhaltige Atmosphäre des Titans starke Ähnlichkeiten mit der Uratmosphäre der Erde aufweist.
Quelle: NASA/JPL/University of Arizona.
Dieses Bild wurde aus 30 Bildern zusammengestellt, die die europäische Huygens-Sonde während ihres Sinkflugs durch die Titan-Atmosphäre aufgenommen hat. Sie wurden aus Flughöhen zwischen 13 und acht Kilometer gemacht, als sich die Sonde ihrem Landegebiet näherte. Die Bilder haben eine Auflösung von etwa 20 Meter pro Bildpunkt und bilden ein Gebiet von etwa 30 Kilometer Größe ab.Während dieser Phase des Abstiegs durch Titans Atmosphäre sank die Huygens-Sonde beinah vertikal nach unten mit einer Geschwindigkeit von ungefähr fünf Meter pro Sekunde. Horizontal driftete Huygens mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Meter pro Sekunde.
Quelle: ESA/NASA/JPL/University of Arizona.
Saturn (im Bildvordergrund) und Rhea, aufgenommen am 3. Februar 2006 von der Telekamera an Bord des Cassini-Raumschiffs aus etwa 4,1 Millionen Kilometern Entfernung zum Saturn und 4,6 Millionen Kilometern Entfernung zum Saturnmond Rhea.
Bei nur 500 Kilometer Durchmesser bringt der Saturnmond Enceladus eigentlich zu wenig Masse auf die Waage, als dass in seinem Inneren ausreichend Wärme entstehen würde, die das Eis im Mantel des kleinen Trabanten schmelzen könnte. Cassini entdeckte jedoch auf diesem kleinen, eisigen Saturnmond Spalten, aus denen in hundert Kilometer hohen Fontänen Wasser in das Vakuum des Weltalls gesprüht wird. Die Partikel gefrieren sofort, fallen auf die Eisoberfläche zurück, versorgen teilweise aber auch den äußersten der Saturnringe mit Nachschub. Enceladus scheint durch Gezeitenkräfte, die vom 120.000 Kilometer großen Planeten Saturn ausgehen und an seinem Mondkörper zerren, genügend Energie zu erhalten, damit unter seinem Eispanzer Wasserreservoirs aus geschmolzenem Eis entstehen. Unter hohem Druck wird dieses Wasser entlang von auffallenden Spaltensystemen am Südpol ins Weltall ausgestoßen – eine Form von Vulkanismus, die im Gegensatz zum irdischen, magmatischen Vulkanismus als Eis- oder Kryovulkanismus bezeichnet wird.
Aufnahme der Saturnringe. Erstmalig ist hier auch der B-Ring zu sehen. Dieser hatte sich bisher den Blicken der Raumsonden entzogen. Der Aufbau des B-Rings scheint sich stark von seinen zwei Nachbarn, dem A- und C-Ring, zu unterscheiden.Diese Aufnahme der Saturnringe entstand am 3. Mai 2005, als sich die Cassini-Raumsonde von der Erde aus gesehen hinter den Saturn-Ringen befand. Cassini schickte Radiosignale durch das Ringsystem zur Erde. Die Wissenschaftler konnten dann messen, wie stark das Signal beeinträchtigt wurde, als es die Ringe durchquerte. Je dichter ein Ring ist, desto schwacher ist das empfangene Signal. Dieses Experiment ermöglicht es den Wissenschaftlern, die Verteilung des Ringmaterials und die Größe der Teilchen in den Ringen zu bestimmen. Die violetten Bereiche der Aufnahme zeigen Regionen, in denen es keine Teilchen gibt, die kleiner als fünf Zentimeter sind. Die grünen und blauen Bereiche zeigen Regionen, in denen es Teilchen gibt, die kleiner als fünf und ein Zentimeter sind. Der breite, weiße Bereich nahe der Mitte ist die dichteste Region des B-Rings. Die Entstehung des Saturn-Ringsystems ist immer noch ein Rätsel. Es besteht aus tausenden Einzelringen. Von einer Seite zur anderen gemessen, ist das Ringsystem breiter als der Abstand zwischen Erde und Mond. Die sieben Hauptringe des Saturn wurden in der Reihenfolge ihrer Entdeckung benannt und nicht nach ihrer Entfernung zum Planeten. Vom Saturn ausgehend werden sie als D, C, B, A, F, G und E-Ring bezeichnet.
Globale Ansicht von Dione. Dione ist einer von drei nicht mehr aktiven Saturnmonden, die aber dennoch eine höhere geologische Entwicklung zeigen. Dieses Bild wurde am 24. Juli 2006 aus 365.000 Kilometern Entfernung aufgenommen. Der Mond ist bei einem Durchmesser von 1.125 Kilometern neben Tethys und Rhea einer von drei Eissatelliten annähernd gleicher Größe, die zwischen den Bahnen von Enceladus und Titan um Saturn kreisen. Ihre Oberflächen weisen deutliche Spuren früherer Spannungen in der Eiskruste auf, was sich anhand so genannter tektonischer Deformationen erkennen lässt. Das deutet darauf hin, dass diese drei Monde eine höhere geologische Entwicklung durchlaufen haben, als beispielsweise die Saturnmonde Mimas und Iapetus. In dieser Gruppe ist Dione der geologisch am weitesten entwickelte Satellit. Schon die Voyager-Bilddaten aus dem Jahr 1980 zeigten vorwiegend dicht von Einschlagskratern bedeckte Ebenen, daneben aber auch ein Muster heller, sehr feiner Linien ("wispy streaks"), die zunächst als Zeichen von Eisvulkanismus gedeutet wurden – bei diesem Modell eines "Kryovulkanismus" würde eishaltiges Material entlang von Spalten auf die minus 186 Grad Celsius kalte Oberfläche austreten und rasch gefrieren. Erst die hoch aufgelösten Bilder der Cassini-Mission enthüllten nun die wirkliche tektonische Natur dieser Formen, die durch Episoden von vorwiegend Dehnungs-, aber auch Scher- und Kompressionsspannung entstanden sind, die zu verschiedenen Zeiten in der Vergangenheit aktiv waren. Die hellen Linien, die in den Voyager-Daten zu sehen waren, haben ihre Ursache in fast reinem Wassereis, das durch die tektonischen Deformationen der starren Eiskruste an den Steilhängen dieser Strukturen exponiert ist.
Titans obere Atmosphäre in Ultraviolett. Gut erkennbar sind mehrere Dunstschichten.
Diese farbige zylindrische Karte des Jupiter-Südpols wurde aus Bildern erstellt, die die Telekamera an Bord des Cassini-Raumschiffs am 11. und 12. Dezember 2000 während eines nahen Vorbeiflugs an dem riesigen Planeten aufgenommen hat. Zu dieser Zeit befand sich Cassini noch auf dem Weg ins Saturn-System. Diese Karte ist die detaillierteste, globale und farbige Karte des Planeten Jupiter, die bisher produziert wurde. Die kleinsten noch erkennbaren Details haben einen Durchmesser von etwa 120 Kilometern.Die Karte wurden aus 36 Bildern zusammengestellt. Obwohl die Rohbilder nur in zwei Farben aufgenommen wurden, 750 Nanometer (nahes Infrarot) und 451 Nanometer (Blau), entsprechen die Farben auf der Karte denen, die das menschliche Auge sehen würde, wenn es den Jupiter betrachten würde. Die Karte zeigt eine Menge verschiedener bunter Wolkenstrukturen mit parallel verlaufenden rötlich-braunen und weißen Linien, dem "Großen Roten Fleck" und chaotischen Bereichen mit vielen kleinen Wirbeln. Viele der Wolken sind streifen- und wellenförmig, da sie ständig aufgrund der auf Jupiter herrschenden Winde und Turbulenzen zusammengeschoben und auseinandergezogen werden.
Quelle: DLR (CC-BY 3.0).
Verträumte Farben, von blassem Rosa über Sandgelb bis hin zu Saphirblau, geben dem lebensfeindlichen Gasplaneten Saturn ein romantisches Aussehen. Schatten der Saturnringe legen sich sanft auf seine nördlichen Breiten, die auf diesem Bild blau erscheinen. Man nimmt an, dass diese Farbe ein saisonaler Effekt ist. Der Saturnmond Enceladus mit seinem Durchmesser von 505 Kilometern ist rechts im Bild zu erkennen.Um diese Farbansicht des Saturn zu erstellen, wurden Bilder, die mit verschiedenen Spektralfiltern (rot, grün und blau) aufgenommen wurden, zu einem kombiniert. Diese Ansicht repräsentiert in etwa das, was das menschliche Auge sehen würde.Die Bilder wurden mit der Weitwinkelkamera an Bord des Cassini-Raumschiffs am 16. März 2006 aufgenommen. Zum Zeitpunkt der Aufnahme befand sich Cassini in etwa 2,1 Millionen Kilometer Entfernung zum Saturn. Die Auflösung des Bildes beträgt 120 Kilometer pro Bildpunkt auf Saturn.
Der strahlende Lichtbogen auf diesem Bild ist Saturns eisiger F-Ring. Im Hintergrund ist der Saturnmond Rhea zu sehen (1.528 Kilometer Durchmesser), der durch das von Saturn und seinen Ringen reflektierte Licht erhellt wird. Nur der ganz schmale Streifen am unteren Rand des Mondes stammt von der direkten Sonnenstrahlung.Dieses Bild wurde am 30. Oktober 2005 von der Telekamera an Bord des Cassini-Raumschiffs aus etwa 689.000 Kilometern Entfernung zum Saturn aufgenommen. Die Auflösung des Bildes beträgt etwa vier Kilometer pro Bildpunkt.
Die Oberfläche des zweitgrößten Saturnmondes Rhea besteht überwiegend aus Wassereis und ist von unzähligen Einschlagskratern übersät. Ein auffallend heller, wahrscheinlich deutlich jüngerer Krater war eines der Ziele für die Kamera und das abbildende Spektrometer beim Cassini-Nahvorbeiflug am 27. November 2005.
Auf diesem Bild sieht man Wellen, Spiralen und Stürme, die die in ost-westlicher Richtung fließenden Wolkenbänder des Saturn aufwirbeln.Das Bild wurde mit der Weitwinkelkamera an Bord des Cassini-Raumschiffs aufgenommen. Hierfür wurde ein Spektralfilter verwendet, der empfindlich für Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 728 Nanometer ist. Aufgenommen wurde es am 13. Dezember 2006 aus einer Entfernung von etwa 775.000 Kilometern zum Saturn. Die Auflösung des Bildes liegt bei 43 Kilometern pro Bildpunkt (Pixel).
Am 17. Februar 2005 hat Cassini seinen ersten nahen Vorbeiflug am Saturnmond Enceladus in etwa 1.180 Kilometer Höhe durchgeführt. Dabei entstanden diese Aufnahmen der Mondoberfläche. Enceladus ist eines der am stärksten reflektierenden Objekte in unserem Sonnensystem, seine Oberfläche erinnert an frisch gefallenen Schnee. So nah wie Cassini ist niemals zuvor ein anderes Raumschiff an Enceladus vorbeigeflogen.Das Bild zeigt einen Ausschnitt der Oberfläche des Saturnmondes Enceladus. Es wurde aus einer Distanz von etwa 29.640 Kilometern mit der Schmalwinkelkamera des Cassini-ISS-Kamerasystems (Imaging Science Subsystem) aufgenommen. Die räumliche Auflösung des Bildes beträgt 170 Meter pro Bildpunkt.
Saturn in Farbe, fotografiert am 27. März 2004 vom Kamerasystem des JPL (Jet Propulsion Laboratory) auf dem Cassini-Raumschiff.
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Die europäisch-amerikanische Mission Cassini-Huygens ist am 15. Oktober 1997 gestartet und erreichte den Saturn nach knapp siebenjährigem Flug. Die Aufgabe von Cassini-Huygens ist die genaue wissenschaftliche Untersuchung des Gasplaneten Saturn und seiner Monde.
Für die mittlerweile zweite Missionsverlängerung sind über 60 weitere Vorbeiflüge des Cassini-Raumschiffs an Saturns Monden geplant. Die aktuelle Liste informiert über die Termine der jeweiligen Mond-Vorbeiflüge.