Cassini-Huygens: 13 Jahre in der Welt des Saturn, seiner Ringe und Monde
Ein Sonnensystem im Kleinen - so wird die Welt des Saturn gelegentlich bezeichnet. Tatsächlich erinnert der Riesenplanet, umgeben von einem System von Ringen, umkreist von 62 heute bekannten Monden, ein klein wenig an die Sonne und die sie umgebenden Körper. Mit dem exotischen Mond Phoebe, der den Saturn gegen den Drehsinn des Planeten und aller seiner anderen Monde umkreist, scheint sich sogar ein kometenartiger Körper aus dem äußeren Sonnensystem dazu gesellt zu haben. Aus den Ringen mit ihren Lücken und kleinen Unregelmäßigkeiten lernen die Wissenschaftler Vieles über die früheste Zeit des Sonnensystems, als sich in einer Scheibe aus Staub und Gas um die Sonne die Planeten entwickelt haben. Dank Cassini versteht man heute, dass die Ringe ein dynamisches und kein statisches System sind - sie kommen und vergehen, neue Monde bilden sich in ihm und andere werden zerrieben.
In über einer Milliarde Kilometer Entfernung von der Sonne gibt es entgegen früherer Lehrmeinung mit Enceladus und Titan zwei Körper, die in ihrem Innern noch so viel Wärme erzeugen, dass Ozeane unter der minus 170 Grad Celsius kalten Eiskruste existieren können. Die Stoffe, die in den Eisfontänen von Enceladus identifiziert wurden, deuten darauf hin, dass am Grund dieser Wasserwelten Temperaturen von 90 Grad Celsius und mehr herrschen könnten: Es klingt phantastisch, aber die Planetenforscher halten es für möglich, dass sich dort Leben entwickeln könnte.
Es ist eines der ganz großen Themen der Astronomie, das hier berührt wird: Gibt es jenseits der Erde im Sonnensystem Leben? Damit zukünftige Missionen in der Lage sind, diese Frage wissenschaftlich zweifelsfrei zu beantworten, wurde Cassini heute, am 15. September 2017, in die Wolken des Saturn gesteuert. Dort verglühte die Sonde. So wurde verhindert, dass sie ohne verbleibenden Treibstoff unkontrolliert durch das Saturnsystem fliegt und durch einen möglichen Absturz auf Enceladus dort Mikroorganismen von der Erde "deponiert". Denn Enceladus wird wieder Besuch von der Erde bekommen! Das darf man am Ende der wissenschaftlich unglaublich ergiebigen Mission Cassini-Huygens, die hier noch einmal mit einigen der schönsten Bilder gewürdigt wird, prophezeien.
Eineinviertel Tage nach dem astronomischen Frühlingsbeginn auf der Nordhalbkugel des Saturn fotografierte Cassini am 12. August 2009 den Planeten unter einem Winkel von etwa 20 Grad zur Ringebene, die nur ganz flach vom Sonnenlicht gestreift wird. Die Jahreszeiten auf Saturn und seinen Monden sind ähnlich ausgeprägt, wie auf der Erde, nur dauern sie jeweils etwas mehr als sieben Jahre.
Ausführliche Informationen zu diesem und den nachfolgenden Bildern finden Sie im hier (auf Englisch). Quelle: NASA/JPL/Space Science Institute
Im Dezember 2004 fotografierte Cassini die Ringe aus einer Entfernung von 1,8 Millionen Kilometern. Der Bildausschnitt ist etwa 20.000 Kilometer breit. Der nur 500 Kilometer große Mond Enceladus sorgte mit der Entdeckung von Wasserfontänen, die aus den linienförmigen Strukturen am Südpol aus dem Innern gepresst werden und sofort zu Eis gefrieren, für die wissenschaftlich größte Überraschung der Cassini-Mission: Das beweist, dass es unter der minus 170 Grad Celsius kalten Eiskruste des Mondes einen Ozean gibt. Dieses Bild ist aus mehreren Aufnahmen aus dem Jahr 2005 zusammengesetzt. Quelle: NASA:
Die ungewöhnliche, an einen Schwamm erinnernde Oberfläche des nur 360 mal 280 mal 250 Kilometer großen Mondes Hyperion verblüffte die Wissenschaftler: Vermutlich wegen eines hohen Anteils an Hohlräumen wird bei den Einschlägen, die zu den Kratern führen, die Eiskruste mehr zusammengedrückt, und nicht, wie auf anderen Körpern mit fester Oberfläche, Material ausgeworfen. Quelle: NASA.
Am 28. April 2006 gelang Cassini diese ungewöhnliche Aufnahme fast exakt aus der Ebene der Ringe, hinter denen der etwas mehr als 110 Kilometer kleine Mond Epimetheus zu sehen ist, und dahinter in mehr als einer Million Kilometer Entfernung der 5150 Kilometer große Mond Titan. Dessen diffuses Äußeres rührt von einer dichten Atmosphäre aus Stickstoff und Methan her. Quelle: NASA.
Mit einem Durchmesser von 1436 Kilometern ist Iapetus der drittgrößte Mond des Saturn. Er zeigt zwei völlig unterschiedliche Gesichter: in Richtung seiner Bahn um Saturn ist er dunkel wie Holzkohle, auf der gegenüberliegenden Seite hell wie Schnee. Quelle: NASA.
Von 78 Grad Nord bis zum Nordpol des Saturn erstreckt sich eine merkwürdige, sechseckige Wirbelstruktur - das Hexagon. Dieses Falschfarbenbild wurde 2006 mit dem abbildenden Spektrometer VIMS im nahen Infrarot in der Polarnacht aufgenommen und zeigt die Wärmeabstrahlung bei fünf Mikrometern. Wie das Hexagon entstanden ist und warum es diese ungewöhnliche Form hat, ist noch nicht abschließend geklärt. Quelle: NASA.
Das Spektrometer VIMS an Bord von Cassini registrierte 2008 diese Spiegelung des Sonnenlichts an der glatten Oberfläche des mit flüssigem Methan gefüllten Sees am Nordpol des Titan. Quelle: NASA.
Mit einem Durchmesser von 400 Kilometern ist Mimas der kleinste der Saturnmonde mit Kugelgestalt. Der 140 Kilometer große Krater Herschel dominiert die Oberfläche und erinnert an die kreisrunde Öffnung auf dem "Todesstern", einer riesigen Raumstation im ersten Star Wars-Film von George Lucas aus dem Jahr 1977. Allerdings funkte die Raumsonde Voyager 1 das allererste Bild von Mimas, das den Krater Herschel zeigte, erst 1980 zur Erde: Der Mond diente also nicht als Vorlage für den "Death Star". Quelle: NASA.
Das Bild zeigt den 400 Kilometer kleinen Mond Mimas vor dem Hintergrund der Atmosphäre in hohen nördlichen Breiten des Saturn, die 2005, zum Zeitpunkt der Aufnahme, vergleichsweise ruhig war und deshalb in bläulichen Farbtönen schimmerte. Quelle: NASA.
An der Cassinischen Teilung, dem Übergang vom B-Ring zum weiter außen gelegenen A-Ring, stauen sich Ringepartikel und bilden ein 2500 Meter hohes „Gebirge“ am Rand der ansonsten nur hundert Meter bis maximal einen Kilometer mächtigen Saturnringe. Aufgenommen während der Tag-und-Nacht-Gleiche um die nördliche Frühlingssonnwende, trifft das Sonnenlicht fast horizontal auf die Ringe und lässt die Erhebungen lange, spitze Schatten auf die Ringe werfen. Die Ursache für die Struktur dürfte in noch unentdeckten winzigen Monden liegen, die dort ihre Bahnen ziehen. Quelle: NASA.
Schon kurz nach der Ankunft von Cassini wurde die Kamera so programmiert, dass sie am 27. November 2005 die Südpolregion von Enceladus im Gegenlicht der hinter dem Mond verborgenen Sonne fotografieren konnte. Und in der Tat wurde sichtbar, was viele Wissenschaftler vermuteten und auch erhofften: Aus den hundert und mehr Kilometer langen Spalten, den „Tigerstreifen“, wird aus einem Ozean unter der Eiskruste Wasser ins All gepresst, das sofort zu Eispartikeln gefriert. In dieser Falschfarbendarstellung sind die mehrere hundert Kilometer hohen Eisfontänen zur Steigerung des Bildkontrasts in blau dargestellt. Quelle: NASA.
Cassinis Kamerasystem blickt direkt auf die hauchdünne Kante der Saturnringe und hält dabei auch (von links) die Monde Epimetheus, Janus, Prometheus und Atlas fest, die zwischen 1,2 Millionen Kilometer und 1,3 Millionen Kilometer von Cassini entfernt sind - das ist etwa die dreifache Distanz Erde-Mond. Ausführliche Informationen zu diesem Bild finden Sie hier (auf Englisch). Quelle: NASA/JPL/Space Science Institute
Dieses unscheinbar anmutende, leicht unscharfe Bild war neben den vulkanischen Eisfontänen auf Enceladus die zweite große wissenschaftliche Sensation des Jahres 2005: Beim Abstieg durch die Titanatmosphäre fotografierte die Abstiegskamera auf der europäischen Landesonde Huygens das Gebiet der Landestelle und entdeckte ein verzweigtes Netz von Flüssen und Bächen, in denen flüssiges Methan bei minus 180 Grad Celsius in ein stehendes Gewässer abfließt: Auf Titan gibt es, wie auf der Erde, einen Flüssigkeitskreislauf. Quelle: NASA.
Saturn, der Gasgigant mit seinen ausladenden Ringen, wird von der Sonne von hinten angestrahlt. Dadurch ergeben sich ungewöhnliche Beleuchtungseffekte, die beispielsweise die feine Struktur der Ringe bis ins kleinste Detail und sogar bisher noch unbekannte Ringstrukturen erkennen lassen. Ausführliche Informationen zu diesem Bild finden Sie hier (auf Englisch) - dort auch eine Version mit Beschriftung, sie zeigt, dass Erde und Mond rechts unten im Bild ganz klein unter den Ringen zu sehen sind. Das Bild wurde aus 165 Einzelaufnahmen des Kamerasystems ISS zusammengesetzt, die im Verlauf von drei Stunden am 15. September 2006 aufgenommen wurden. Quelle: NASA/JPL/Space Science Institute
Eine Woche vor der Ankunft von Cassini am Saturn bestand die Gelegenheit, den kleinen Saturnmond Phoebe aus der Nähe zu fotografieren, der in 13 Millionen Kilometer Entfernung zum Saturn seine Kreise zieht – und dies in retrograder Richtung, also entgegen der Bewegungsrichtung der anderen Monde. Aus diesem Grund und aufgrund der Tatsache, dass Phoebe sehr exotische Kohlenwasserstoffverbindungen enthält, sind sich die Forscher sicher, dass Phoebe ein eingefangener Kleinkörper aus dem Kuiper-Edgeworth-Gürtel jenseits der Neptunbahn ist. Quelle: NASA.
Daphnis, ein nicht einmal zehn Kilometer kleiner Mond, wurde am 6. Mai 2005 auf Bildern des Cassini-Kamerasystems im A-Ring des Saturn entdeckt. Er verursacht durch seine Schwerkraft in der 42 Kilometer großen Keeler-Lücke Wellen an den Rändern der benachbarten Ringe. Monde wie Daphne, aber auch Pan oder Atlas, werden auch als Schäfermonde bezeichnet, weil sie wie Hütehunde, die durch eine Schafherde rennen und die Herde dann zur Seite ausweicht und eine Gasse bilden, auch in den Saturnringen eine Lücke entstehen lassen.
Das Bild zeigt den heftigsten Sturm, den Cassini in 13 Jahren in der Saturnatmosphäre verfolgt hatte. Aufgenommen wurde es am 25. Februar 2011 in der Nordhemisphäre des Planeten, zwölf Wochen, nachdem erste Anzeichen des Sturms beobachtet wurden. Die Wissenschaftler halten es für gut möglich, dass, wie auf der Erde, das Einsetzen von Stürmen durch unterschiedliche Sonneneinstrahlung in der Folge von Jahreszeitenwechseln bedingt ist. Quelle: NASA.
Aus einer Position 39 Grad schräg oberhalb der Ringebene fotografierte Cassini den Saturn aus 1,1 Millionen Kilometer Entfernung. Das Bild erinnert an den Rückblick der Raumsonde Voyager 1 aus dem Jahr 1981, als sich die legendäre Mission weiter in Richtung Uranus bewegte. Die tief über der Nordhemisphäre stehende Sonne lässt den Planeten einen langen Schatten über seine Ringe hinweg werfen - im Norden des Saturn ist es 2009 noch später Winter, als die 45 Aufnahmen entstanden, aus denen das Mosaik berechnet wurde.
Die meisten der großen Monde, sieht man von Enceladus und Titan ab, zeigen sehr alte, von Tausenden von Kratern übersäte Oberflächen. Zahlreiche, teilweise über mehr als hundert Kilometer lange linienartige Strukturen lassen erkennen, dass diese Monde, wie in diesem Beispiel der mit einem Durchmesser von 1530 Kilometern zweitgrößte Mond Rhea, unter starken mechanischen Spannungen standen und dieser "Stress" sich in Bruchstrukturen entlud.
Über 44 Stunden lang fotografierte das Kamerasystem von Cassini am 25. April. 2016 aus Entfernungen zwischen fast drei Millionen und 2,6 Millionen Kilometer die Nordhemisphäre des Saturn. Dabei entstand ein kleines Video, das hier angesehen werden kann. Gut zu sehen ist das Hexagon - ein riesiger Wolkenwirbel und Tiefdruckgebiet am Nordpol des Saturn, dessen Dynamik und Ursprung noch nicht vollständig erklärt werden können. Jede der sechs Seiten hat eine Länge von etwa 15.000 Kilometern, das ist größer als der Durchmesser der Erde.
Ein Bild von einem Krater! Als vor drei bis vier Milliarden Jahren ein Asteroid oder großer Komet auf dem 1066 Kilometer großen Saturnmond Tethys einschlug, hatte es den Mond dabei fast zerrissen. Entdeckt wurde der Mond bereits 1684 vom Namensgeber der Mission, Giovanni Domenico (auch Jean Dominique) Cassini. Der Krater, der nach König Odysseus, einem Helden in der griechischen Mythologie, benannt ist, hat einen Durchmesser von 445 Kilometern, also fast 40 Prozent des Monddurchmessers. In seiner Mitte erhebt sich das mehrere Kilometer hohe Zentralgebirge der Scheria Montes, benannt nach der letzten Station der epischen Irrfahrt des Odysseus. Quelle: NASA/JPL/Space Science Institute
Am 6. Juli 2017 fotografierte Cassini einen 7000 Kilometer breiten Abschnitt in der Mitte des B-Rings aus nur 76.000 Kilometern Entfernung in Echtfarben. Zwar weiß man, dass die Ringe aus Eis- und Staubpartikeln, zum Teil auch hausgroßen Brocken und auch einigen kleinen Monden bestehen, ein Rätsel ist aber immer noch, welche Substanzen für die individuellen Farben verantwortlich sind. Durch die Bahnänderung im Zuge des Grand Finale-Orbits waren solche Aufnahmen, die feinste Strukturen bis zu einer Bildauflösung von drei Kilometern per Pixel erkennen lassen, zum Ende der Mission möglich. Die schmaleren Ringe in der Bildmitte sind etwa 40 Kilometer breit, die breiteren Ringe am rechten Bildrand etwa 300 bis 500 Kilometer
Daphnis war "die" Entdeckung Cassinis in den Ringen. Der kaum zehn Kilometer große Mond sorgt mit seiner Schwerkraft wie ein Schneepflug dafür, dass die Keeler-Lücke in den A-Ringen des Saturn offen bleibt. Wegen dieser Funktion werden Monde wie Daphne oder Atlas und Pan als Schafhirtmonde bezeichnet. Seine Bahn ist gegenüber der Ringebene ein klein wenig geneigt, was vermutlich die Ursache für die Verwirbelungen an den Rändern der Keeler-Lücke ist. Material am Innenrand der Keeler-Lücke umkreist den Saturn schneller als am Außenrand, deswegen erzeugt Daphnis eine Bug- und eine Heckwelle. Die Aufnahme wurde am 5. Juli 2010 aus 75.000 Kilometern Entfernung aufgenommen und zeigt Details bis 450 Meter Größe.
Dies ist eine der wenigen Aufnahmen, auf der die Nordpolregion von Enceladus in hoher Auflösung zu sehen ist. Dort sind sehr viel mehr Krater auf der Oberfläche zu sehen, was bedeutet, dass hier keine aktiven Wassereisvulkane die Landschaft immer wieder mit Eisniederschlag überdecken und die Kraterstrukturen auslöschen, wie dies am vulkanisch aktiven Südpol der Fall ist. Viele der Krater werden von tektonischen Brüchen durchzogen, was zeigt, dass Enceladus mechanischem Stress ausgesetzt ist, der seine Ursache vermutlich in Gezeitenkräften hat, die der massereiche Saturn auf den nur 500 Kilometer großen Mond ausübt. Die beiden markanten Krater in der Bildmitte tragen die Namen Ali Baba und Aladdin, die kraterlose Region links davon heißt Samarkand Sulci: Sämtliche geologischen Strukturen auf Enceladus sind nach Figuren und Orten aus 1001 Nacht benannt.
Ausführliche Informationen zu den hier dargestellten Bildern finden Sie hier (auf Englisch).
Quelle: NASA/JPL/Space Science Institute