Die Raumsonde Cassini/Huygens unterwegs zu Saturn …physik.uni-graz.at/grazinspace/files/2004/rucker_cassini.pdf · • Erfinder der Pendeluhr • erklärte die Doppelbrechung Den

Institut für Weltraumforschung

Die Raumsonde Cassini/Huygens unterwegs zu Saturn und Titan

H.O. Rucker

Graz, 8. September 2004

Sommer Universität 2004 - Graz in Space - H.O. Rucker

Giovanni Domenico Cassini• französischer Astronom

italienischer Herkunft• erster Direktor der Pariser

Sternwarte

Nizza, 1625 – Paris, 1712

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)

Christiaan Huygens

• 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, 1629 - 1695

Niederländischer Physiker undAstronom

Mittlerer Abstand von der Sonne: 1.4 Milliarden kmDauer eines Saturnjahres: 29.5 ErdjahreDauer eines Saturntages: 10.6 Stunden

Oberflächentemperatur:ca. –180° C

Ringsystem aus Gesteins- und Eisbrocken sowie Staubteilchen

„Speichen“ im Ringsystem

120660 km

Aurora

Ωrr

,M

Größe der Erde



Bisherige Raumsonden zu Saturn:

Pioneer 11 (1.09.1979, 1.35 Rs)Voyager 1 (12.11.1980, 3.07 Rs)Voyager 2 (25.08.1981, 2.69 Rs)

Cassini / Huygens (seit 1.Juli 2004)

ca. 6 m

Zusammenbau und Test

des „Orbiters“ Cassini

und der Landesonde Huygens

Optical Remote Sensing:CIRSComposite Infrared Spectrometer

ISSImaging Science Subsystem

UVISUltraviolet Imaging Spectrograph

VIMSVisible and Infrared Mapping Spectrometer

Radio Remote Sensing: RADARCassini Radar

RSSRadio Science Instrument

In Situ Measurement:

CAPSCassini Plasma Spectrometer

CDACosmic Dust Analyzer

MAGDual Technique Magnetometer

INMSIon and Neutral Mass Spectrometer

RPWSRadio and Plasma Wave Science

Particle Remote Sensing& In Situ Measurements:MIMI Magnetospheric Imaging Instrument

IWF-Beitrag: Kalibration des RPWS

Instrumente auf Huygens1. Instrument Huygens Atmospheric

Structure (HASI):

Oberseite

Unterseite

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

5. Doppler Wind Experiment (DWE):Windmessungen

6. Surface Science Package (SSP):Zusammensetzung der Oberfläche des Titan

3. Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP):Sammeln und Erhitzen von Aerosolen

2. Gas Chromatograph MassSpectrometer (GCMS): chemisches Profil der Atmosphäre

• 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 Atmosphären-bestandteilen bis zu einem Molekulargewicht von 146Aufschluss über Entstehungs-geschichte des Titan und Temperaturverteilung der Titan-atmosphäre unter Berücksichtigung der AerosolkonzentrationKenntnisse über die Bildung komplexer organischer MoleküleAufschluss über das Teilchen- und Strahlungsverhalten im frühen Sonnensystem

Gas Chromatograph Mass Spectrometer

HASI• Multifunktionelles Instrument zur Bestimmung elektrischer Messgrößen, sowie von Temperatur, Druck und Beschleunigung in der Titanatmosphäre

• Untersuchung des Auftretens von Blitzen und Donner

• Abtastung der Titanober-fläche mittels Radar

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

C A S S I N IC A S S I N I

SATURN ORBITER ANDSATURN ORBITER AND

HUYGENS TITAN PROBEHUYGENS TITAN PROBE


„







Gravity-assist flybysDerzeit für

schwere Raumsonden die einzige

Möglichkeit, umin relativ kurzer Zeitdie äußeren Planeten

zu erreichen.

v-Planet

Gravity-assist flyby:

v-inbound

v-Planet


v-outbound

v-inbound

v-Planet

v-outbound

v-resultant


Cassini vor Saturn Orbit InsertionCassini vor Saturn Orbit InsertionTCM20: Vollständige Überprüfungder Raumsonde einschließlich derRückstoßraketen

1

1

Phoebe2

2

Saturnmond Phoebe

11.Juni 2004:Vorbeiflug an Phoebe (Distanz 2000 km)Entfernung von Phoebezu Saturn 12,952.000 kmOrbitalperiode: 550.48 Tage (retrograd)Rotationsperiode: 0.4 TageDurchmesser ca. 220 km

Cassini vor Saturn Orbit InsertionCassini vor Saturn Orbit InsertionTCM20: Vollständige Überprüfungder Raumsonde einschließlich derRückstossraketen

Phoebe

1

1

2

2

3

SaturnMagnetosphäre

~ 20 Saturnradien(Voyager-Messungen)

Tagseitige Saturn Magnetosphäre

Sonnenwind-plasma

Titan-Torus

( )6/1

22

22002

0 821

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⇒+=

SWSWSMCPSW v

MfRpρπ

µµ

BB

Tagseitige Saturn Magnetosphäre

Sonnenwind-plasma

Titan-Torus

( )6/1

22

22002

0 821

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⇒+=

SWSWSMCPSW v

MfRpρπ

µµ

BB

> 30 Saturnradien(Cassini-Messungen)

Cassini vor Saturn Orbit InsertionCassini vor Saturn Orbit InsertionTCM20: Vollständige Überprüfungder Raumsonde einschließlich derRückstossraketen

Phoebe

1

1

2

2

3

SaturnMagnetosphäre

4



4 Die kritischste Phase seit dem Start 1997:

SOI = Saturn Orbit InsertionRPC = Ring Plane Crossing

Durchquerung der RingebeneDurchquerung der Ringebene

Maximale Ringdicke ~ 100m

Cassini Division 1675

~140

,180

km

~11

x Ea

rth

Cassini SOI SimulationCassini SOI Simulation

Cassini SOI SimulationCassini SOI Simulation

ascending ring-plane crossing

Saturn Orbit Insertion (SOI) 1. Juli 2004

Zeit

Frequenz

SOI burn start

SOI burn end

descending ring-plane crossing

Saturn Kilometric Radiation (SKR)

Ωrr

,M

Br

SKR

s/c

meBf ec π2

1, =

ϑ23

0 cos31)/(

+=prr

BB

Planetare Radiostrahlung


(Hz)

Mauna KeaObservatoryHawaii, USAAugust 2004

NASA/IRTF

December 2004:EUROPLANET: Coordinated ground-based

and spacecraft observations

„

25. Dezember 2004

14. Jänner 2005

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Die Raumsonde Cassini/Huygens unterwegs zu Saturn …physik.uni-graz.at/grazinspace/files/2004/rucker_cassini.pdf · • Erfinder der Pendeluhr • erklärte die Doppelbrechung Den