Bahnbrechende Wissenschaft aus ultranahen Umlaufbahnen des Saturn

Künstlerisches Konzept der NASA-Raumsonde Cassini im Orbit um Saturn. Bild überNASA/JPL-Caltech.


NASAsCassiniMission machte ihren endgültigen Anflug auf Saturn und tauchte vor etwas mehr als einem Jahr in die Atmosphäre des Planeten ein. Diese Woche (5. Oktober 2018) haben sechs Forscherteamsveröffentlichtihre Arbeit in derpeer-reviewedTagebuchGeophysikalische Forschungsbriefe, basierend auf Erkenntnissen aus CassinisGroßes Finale.

Als der Raumsonde der Treibstoff ausging, steuerte das Missionsteam Cassini auf 22 Umlaufbahnen spektakulär nahe an Saturn heran, bevor es im September 2017 bei einem letzten Tauchgang in die Atmosphäre absichtlich verdampft wurde.


Da Cassinis Tage gezählt waren, flog das Missionsteam das Raumschiff dorthin, wo es nie zum Fliegen gedacht war. Zum ersten Mal sondierte Cassini die magnetisierte Umgebung des Saturn, flog durch eisige, felsige Ringpartikel und schnupperte die Atmosphäre in der 1.200 Meilen breiten (2.000 Kilometer breiten) Lücke zwischen den Ringen und den Wolkenspitzen. Nicht nur die Flugbahn brachte die Raumsonde an ihre Grenzen, die neuen Erkenntnisse verdeutlichen auch, wie leistungsstark und agil dieInstrumentewurden.

Viele weitere wissenschaftliche Ergebnisse des großen Finales werden folgen, aber einige der Höhepunkte vom 5. Oktober – und Links zu den Papieren – sind unten aufgeführt.

Einige der Ergebnisse von Cassinis direkter Probenahme: Komplexe organische Stoffe regnen aus den Saturnringen; Teilchen des inneren Rings nehmen elektrische Ladungen auf und wandern entlang magnetischer Feldlinien; neu enthülltes Stromsystem und Strahlungsgürtel; und aus nächster Nähe Messung von Saturns Magnetfeld-Neigung nahe Null. Bild überNASA/JPL-Caltech.

Highlights vom 5. Oktober 2018, Artikel inGeophysikalische Forschungsbriefe:




– Komplexe organische Verbindungen, eingebettet in Wasser-Nanokörnchen, regnen von den Saturnringen in seine obere Atmosphäre. Wissenschaftler sahen Wasser und Silikate, aber sie waren überrascht, auch Methan, Ammoniak, Kohlenmonoxid, Stickstoff und Kohlendioxid zu sehen. Die Zusammensetzung der organischen Stoffe unterscheidet sich von der auf dem Mond Enceladus – und auch von der auf dem Mond Titan, was bedeutet, dass es im Saturn-System mindestens drei verschiedene Reservoirs organischer Moleküle gibt.

– Cassini sah zum ersten Mal aus nächster Nähe, wie Ringe mit dem Planeten interagieren und beobachtete, wie Partikel und Gase im Inneren des Rings direkt in die Atmosphäre fallen. Einige Teilchen nehmen elektrische Ladungen an und drehen sich entlang magnetischer Feldlinien, wobei sie in höheren Breitengraden in den Saturn fallen – ein Phänomen, das als „Ringregen“ bekannt ist. Aber die Wissenschaftler waren überrascht zu sehen, dass andere am Äquator schnell in den Saturn hineingezogen werden. Und alles fällt schneller aus den Ringen, als Wissenschaftler dachten – bis zu 22.000 Pfund (10.000 Kilogramm) Material pro Sekunde.

– Wissenschaftler waren überrascht, wie das Material in der Lücke zwischen den Ringen und der Saturnatmosphäre aussieht. Sie wussten, dass die Partikel in den Ringen von groß bis klein reichten. Aber die Probenahme in der Lücke zeigte hauptsächlich winzige, nanometergroße Partikel wie Rauch, was darauf hindeutet, dass ein noch unbekannter Prozess Partikel zermahlt.

– Saturn und seine Ringe sind noch stärker miteinander verbunden, als Wissenschaftler dachten. Cassini enthüllte ein bisher unbekanntes elektrisches Stromsystem, das die Ringe mit der Spitze der Saturnatmosphäre verbindet.


Künstlerisches Konzept der NASA-Raumsonde Cassini, die zwischen Saturn und seinen innersten Ringen taucht, als Teil des großen Finales der Mission. Bild überNASA/JPL-Caltech.

– Wissenschaftler entdeckten einen neuen Strahlungsgürtel um den Saturn, der in der Nähe des Planeten liegt und aus energiereichen Teilchen besteht. Sie fanden heraus, dass der Gürtel zwar den innersten Ring schneidet, der Ring jedoch so dünn ist, dass er die Bildung des Gürtels nicht blockiert.

– Im Gegensatz zu jedem anderen Planeten mit einem Magnetfeld in unserem Sonnensystem ist das Magnetfeld des Saturn fast vollständig auf seine Spinachse ausgerichtet. Die neuen Daten zeigen eine Magnetfeldneigung von weniger als 0,0095 Grad. (Das Erdmagnetfeld ist um 11 Grad von seiner Drehachse geneigt.) Nach allem, was Wissenschaftler darüber wissen, wie planetare Magnetfelder erzeugt werden, sollte Saturn keins haben. Es ist ein Rätsel, an dem Physiker arbeiten werden, um es zu lösen.

– Cassini flog über die magnetischen Pole des Saturn und tastete direkt Regionen ab, in denen Radioemissionen erzeugt werden. Die Ergebnisse haben die Anzahl der direkten Messungen von Radioquellen des Planeten mehr als verdoppelt, einem der wenigen nicht-terrestrischen Orte, an denen Wissenschaftler einen Mechanismus zur Radioerzeugung untersuchen konnten, von dem angenommen wird, dass er im gesamten Universum funktioniert.


Für die Cassini-Mission rechtfertigte die Wissenschaft, die von den Umlaufbahnen von Grand Finale ausgeht, das berechnete Risiko, in die Lücke einzutauchen – sie überfliegt die obere Atmosphäre und umgeht den Rand der inneren Ringe, sagte Cassini Project ScientistLinda Spilker. Sie sagte:

Fast alles, was in dieser Region vor sich ging, kam überraschend. Das war die Bedeutung, dorthin zu gehen, um einen Ort zu erkunden, an dem wir noch nie zuvor gewesen waren. Und die Expedition hat sich wirklich gelohnt – die Daten sind ungeheuer spannend.

Die Analyse der Cassini-Daten aus den Instrumenten der Raumsonde wird in den kommenden Jahren andauern und dazu beitragen, ein klareres Bild von Saturn zu zeichnen. Spiker sagte:

Viele Geheimnisse bleiben, während wir Teile des Puzzles zusammensetzen. Die Ergebnisse von Cassinis letzten Umlaufbahnen erwiesen sich als interessanter, als wir uns vorstellen konnten.

Diese Illustration stellt den Blick von der NASA-Raumsonde Cassini während eines ihrer letzten Tauchgänge zwischen Saturn und seinen innersten Ringen als Teil des großen Finales der Mission vor. Bild überNASA/JPL Caltech.

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Fazit: Am 5. Oktober 2018 erschien die ZeitschriftGeophysikalische Forschungsbriefeveröffentlichte eine Zusammenstellung von wissenschaftlichen Erkenntnissen aus den letzten ultranahen Umlaufbahnen des Saturns der Raumsonde Cassini.

Über NASA/JPL