Die Raumsonde Cassini/Huygens unterwegs zu Saturn und Titan

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Clara Lichtenberg
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1 Institut für Weltraumforschung Die Raumsonde Cassini/Huygens unterwegs zu Saturn und Titan H.O. Rucker Graz, 8. September 2004

Giovanni Domenico Cassini französischer Astronom italienischer Herkunft erster Direktor der Pariser Sternwarte bestimmte die Rotationsperioden von Mars, Venus und Jupiter

3 Giovanni Domenico Cassini französischer Astronom italienischer Herkunft erster Direktor der Pariser Sternwarte bestimmte die Rotationsperioden von Mars, Venus und Jupiter entdeckte 4 Monde des Saturns: Rhea (1672), Iapetus (1671), Tethys (1684), und Dione (1684) entdeckte eine Teilung des Saturnrings (Cassini, sche Teilung) Nizza, 1625 Paris, 1712

Christiaan Huygens Niederländischer Physiker und Astronom erklärte das Licht als eine Wellenbewegung fand die Gesetze des elastischen Stoßes und der

4 Christiaan Huygens Niederländischer Physiker und Astronom erklärte das Licht als eine Wellenbewegung fand die Gesetze des elastischen Stoßes und der Fliehkraft entdeckte die Ringe des Planeten Saturn und 1655 seinen größten Mond, Titan Erfinder der Pendeluhr erklärte die Doppelbrechung Den Haag,

5 Mittlerer Abstand von der Sonne: 1.4 Milliarden km Dauer eines Saturnjahres: 29.5 Erdjahre Dauer eines Saturntages: 10.6 Stunden Speichen im Ringsystem Oberflächentemperatur: ca. 180 C Ringsystem aus Gesteins- und Eisbrocken sowie Staubteilchen

6 r,ω r M Größe der Erde km Aurora

7 Institut für Weltraumforschung Bisherige Raumsonden zu Saturn: Pioneer 11 ( , 1.35 Rs) Voyager 1 ( , 3.07 Rs) Voyager 2 ( , 2.69 Rs) Cassini / Huygens (seit 1.Juli 2004)

8 Zusammenbau und Test des Orbiters Cassini und der Landesonde Huygens ca. 6 m

11 Optical Remote Sensing: CIRS Composite Infrared Spectrometer ISS Imaging Science Subsystem UVIS Ultraviolet Imaging Spectrograph VIMS Visible and Infrared Mapping Spectrometer Radio Remote Sensing: RADAR Cassini Radar RSS Radio Science Instrument

In Situ Measurement: CAPS Cassini Plasma Spectrometer CDA Cosmic Dust Analyzer MAG Dual Technique Magnetometer INMS Ion and Neutral Mass Spectrometer

12 In Situ Measurement: CAPS Cassini Plasma Spectrometer CDA Cosmic Dust Analyzer MAG Dual Technique Magnetometer INMS Ion and Neutral Mass Spectrometer RPWS Radio and Plasma Wave Science IWF-Beitrag: Kalibration des RPWS Particle Remote Sensing & In Situ Measurements: MIMI Magnetospheric Imaging Instrument

Gas Chromatograph Mass Spectrometer (GCMS): chemisches Profil der Atmosphäre

4. Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR): Struktur der Atmosphäre und

13 Instrumente auf Huygens Oberseite 1. Instrument Huygens Atmospheric Structure (HASI): 2. Gas Chromatograph Mass Spectrometer (GCMS): chemisches Profil der Atmosphäre 3. Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP): Sammeln und Erhitzen von Aerosolen 4. Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR): Struktur der Atmosphäre und Oberflächenbilder 5. Doppler Wind Experiment (DWE): Windmessungen Unterseite 6. Surface Science Package (SSP): Zusammensetzung der Oberfläche des Titan

14 Sammlung flüssiger und fester Teilchen bzw. Tröpfchen (Aerosole) der Atmosphäre in einem Filter Dreistufige Erhitzung des Filters in einem miniaturisierten Ofen Weiterleitung der entstehenden Gasprodukte an ein Massenspektrometer (GCMS) zur chemischen Analyse IWF-Beitrag: Leitung der Entwicklung der Elektronik und Software ACP Aerosol Collector and Pyrolyser

GCMS Instrument zur chemischen Analyse der Titanatmosphäre Identifikation von Atmosphärenbestandteilen bis zu einem Molekulargewicht von 146 Aufschluss über Entstehungsgeschichte des Titan und

15 GCMS Instrument zur chemischen Analyse der Titanatmosphäre Identifikation von Atmosphärenbestandteilen bis zu einem Molekulargewicht von 146 Aufschluss über Entstehungsgeschichte des Titan und Temperaturverteilung der Titanatmosphäre unter Berücksichtigung der Aerosolkonzentration Kenntnisse über die Bildung komplexer organischer Moleküle Aufschluss über das Teilchen- und Strahlungsverhalten im frühen Sonnensystem Gas Chromatograph Mass Spectrometer

Radar HASI Huygens Atmospheric Structure Instrument IWF-Beitrag: Mitarbeit bei Entwicklung und Bau der digitalen

16 Multifunktionelles Instrument zur Bestimmung elektrischer Messgrößen, sowie von Temperatur, Druck und Beschleunigung in der Titanatmosphäre Untersuchung des Auftretens von Blitzen und Donner Abtastung der Titanoberfläche mittels Radar HASI Huygens Atmospheric Structure Instrument IWF-Beitrag: Mitarbeit bei Entwicklung und Bau der digitalen Signalprozessoreinheit zur Steuerung von fünf Messgeräten, Verarbeitung der Daten und Übertragung zum zentralen Bordcomputer

17 C A S S I N I SATURN ORBITER AND HUYGENS TITAN PROBE

18 Institut für Weltraumforschung

19 Institut für Weltraumforschung

20 Institut für Weltraumforschung

21 Institut für Weltraumforschung

22 Institut für Weltraumforschung

23 Institut für Weltraumforschung

24 Institut für Weltraumforschung Gravity-assist flybys Derzeit für schwere Raumsonden die einzige Möglichkeit, um in relativ kurzer Zeit die äußeren Planeten zu erreichen.

25 Gravity-assist flyby: v-planet

26 Gravity-assist flyby: v-planet v-outbound v-inbound

27 Gravity-assist flyby: v-planet v-resultant v-outbound v-inbound

28 Cassini vor Saturn Orbit Insertion 1 TCM20: Vollständige Überprüfung der Raumsonde einschließlich der Rückstoßraketen Phoebe

29 Saturnmond Phoebe 11.Juni 2004: Vorbeiflug an Phoebe (Distanz 2000 km) Entfernung von Phoebe zu Saturn 12, km Orbitalperiode: Tage (retrograd) Rotationsperiode: 0.4 Tage Durchmesser ca. 220 km

30 Cassini vor Saturn Orbit Insertion 1 TCM20: Vollständige Überprüfung der Raumsonde einschließlich der Rückstossraketen Phoebe Saturn Magnetosphäre

31 Tagseitige Saturn Magnetosphäre Sonnenwindplasma ~ 20 Saturnradien (Voyager-Messungen) Titan- Torus p SW = 1 2µ ( B + B ) 2 P MC RS = µ 0 f0 M 2 π ρ v SW 2 2 SW 1/ 6

32 Tagseitige Saturn Magnetosphäre Sonnenwindplasma Titan- Torus p SW = 1 2µ ( B + B ) 2 P MC RS = 0 8 > 30 Saturnradien (Cassini-Messungen) 2 µ 0 f0 M 2 π ρ v SW 2 2 SW 1/ 6

33 Cassini vor Saturn Orbit Insertion 1 TCM20: Vollständige Überprüfung der Raumsonde einschließlich der Rückstossraketen Phoebe Saturn Magnetosphäre

34 Institut für Weltraumforschung 4 Die kritischste Phase seit dem Start 1997: SOI = Saturn Orbit Insertion RPC = Ring Plane Crossing

35 Durchquerung der Ringebene Maximale Ringdicke ~ 100m ~140,180 km ~11 x Earth Cassini Division 1675

36 Cassini SOI Simulation

37 Cassini SOI Simulation

38 Saturn Orbit Insertion (SOI) 1. Juli 2004 Frequenz ascending ring-plane crossing Zeit

39 SOI burn start

40 SOI burn end

41 descending ring-plane crossing

42 Saturn Kilometric Radiation (SKR)

SKR r,ω r M B r s/c B = ( r B 0 1+ 3 cos 3 / ) r

43 SKR r,ω r M B r s/c B = ( r B cos 3 / ) r p 2 ϑ Planetare Radiostrahlung f c, e = 1 eb 2π m

44 Institut für Weltraumforschung Mauna Kea Observatory Hawaii, USA August 2004 NASA/IRTF (Hz) December 2004: EUROPLANET: Coordinated ground-based and spacecraft observations

45 14. Jänner Dezember 2004

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