Astronomische Wetenswaardigheden

Gehuld in honderden majestueuze ringen is Saturnus de mooiste planeet in ons Zonnestelsel. Saturnus heeft ook zeer veel manen ronddraaien en het aantal staat momenteel op 33 stuks.

Daarnaast heeft Saturnus een roerige atmosfeer en een gigantisch grote magnetosfeer. De imposante ringen brachten deze fascinerende planeet grote roem en heeft vele duizenden waarnemers door de eeuwen heen beziggehouden.

Onze huidige kennis van de planeet berust vooral op de resultaten van de Amerikaanse ruimtevoertuigen Voyager-1 en -2, die Saturnus in november 1980 en augustus 1981 op resp. 142.000 en 161.000 km passeerden. Deze ruimtevoertuigen de de Hubble Space Telescope verzamelden schitterende beelden en gaven extra inzichten in het gedrag van de planeet zelf en het samenstel van zijn manen en ringen. Deze ruimtevoertuigen konden echter maar enkele weken opnamen maken van Saturnus en zijn manen en ringen.
Zoals u wellicht weet was het einddoel van de Voyagers om de planeten Uranus en Neptunus te bereiken en dit hebben ze dan ook gedaan met ongelooflijke onthullingen over beide planeten. Door de grote snelheden van beide Voyagers konden deze dan ook niet lang in de buurt blijven van Saturnus.

Het ruimtevaartuig Pioneer-11 bereikte in september 1979 ook de planeet Saturnus en vloog op "slechts" 22.000 kilometer afstand van het oppervlak van de planeet. Vanuit dit mooie waarnemingspunt zond de Pioneer erg mooie beelden van deze gas-gigant en zijn ringen. In die tijd werden ook 2 extra manen ontdekt en een extra ring, die voordien nog niet bekend waren.

De instrumenten op de Pioneer-11 maten de magnetosfeer en het magnetisch veld van de planeet en over de grootste maan, Titan, werd al gespeculeerd of deze nu leven kon bevatten, net als de Aarde of niet.

Terwijl met het toenemen van de techniek (betere telescopen) het aantal bekend manen van Saturnus geleidelijk toenam, waren er in 1980 uiteindelijk 11 stuks bekend.

De primaire aanleiding om deze pagina te starten is de Cassini/Huygens missie. De lancering vond plaats op 15 oktober 1997 door middel van een Titan-4B / Centaur raketsysteem. Tweemaal passeerde Cassini/Huygens de planeet Venus om een zogenaamde "boost" te krijgen, extra snelheid,extra moment, waardoor zijn snelheid aanzienlijk vermeerderde. In augustus 1999 passeerde Cassini/Huygens de Aarde, waar hij dus ook weer een extra "boost" meekreeg om vervolgens koers te zetten naar Jupiter, waar hij in december 2000 langs vloog om ook daar een enorme "boost" mee te krijgen.

Deze zogenaamde "swing-by's" geven het systeem Cassini/Huygens dermate veel snelheid dat hij zonder problemen de planeet Saturnus kan bereiken en nog genoeg "moment" over heeft om daar allerlei capriolen uit te halen.

Op 1 juli 2004 was het zover. Het hele evenement haalde wel het nieuws, maar ik vind dat de ruimte-expeditie zwaar werd onderbelicht. Het is een van de allermooiste en meest technische ruimte experimenten ooit uitgevoerd. Klik op de figuur om te vergroten.

Cassini/Huygens bereikte Saturnus dus, precies zoals gepland, op 1 juli 2004. In de tekening hierboven ziet u linksboven in het groene deel van de baan dat Cassini de planeet nadert. Reeds lang van te voren worden de mooiste foto's gemaakt van Saturnus en zijn ringen. En passant wordt een gigantische storm in de atmosfeer van Saturnus gefotografeerd. Al deze foto's zijn te bekijken op de website van NASA/JPL.

Dan passeert Cassini/Huygens het ringenstelsel op een veilige afstand. Dat gebeurt in het witte deel van de baan linksboven. Vrijwel alle ringen liggen in één plat vlak en dit vlak moet gepasseerd worden. Dit gebeurt niet in het dichtste deel van de ringen, omdat dan het ruimte vaartuig zou worden doorboord met stof en steentjes. Het gebeurt in de buitenste lagen van het ringenstelsel.

Eenmaal het vlak van de ringen gepasseerd te hebben, begint Cassini/Huygens aan een 96 minuten durende afremming om het hele vaartuig in de juiste baan om Saturnus te krijgen. Het is namelijk.de bedoeling dat Cassini 74 omlopen om Saturnus gaat maken in een behoorlijk excentrische baan. Gedurende die 74 omlopen komt Cassini/Huygens 45 keer zeer nabij de grootste maan, Titan. Daarnaast passeert het ruimtevaartuig van nabij 3 maal de maan Enceladus en vervolgens langs Phoebe, Hyperion, Dione, Rhea en Iapetus.

Dit zal een gigantische hoeveelheid gegevens opleveren met een kompleet nieuwe kijk op Saturnus en zijn manenstelsel.

Tijdens zijn nadering naar Saturnus maakte Cassini tal van mooie foto's, waaronder de extreme close-up van de maan Phoebe:

De 96 minuten durende afremming wordt precies op tijd voltooid op 1 juli 2004. Dit gebeurde in het rode deel van de baan, waarna het ruimtevaartuig zijn koers vervolgt, maar dan nóg een keer het ringenstelsel passeert. Dit gebeurt in het witte deel van de baan, aan de onderkant van de tekening. Dit is allemaal succesvol verlopen en Cassini/Huygens vervolgt hierna zijn baan om Saturnus en verlaat via het groene deel van de baan (linksonder) de tekening.

Cassini is ca. 6,8 meter hoog en is volgestouwd met instrumenten om zeer nauwkeurige metingen te doen aan de atmosfeer van Saturnus. Aan de zijkant van Cassini is later de ruimtesonde Huygens gemonteerd die op 25 december 2004 losgelaten zal worden, als Cassini in de buurt van de maan Titan is gekomen. Huygens zal dan langzaam naar Titan afdalen en op 14 januari 2005 zal hij de atmosfeer van Titan binnentreden en een landing op deze maan proberen te maken. Hierover verderop meer informatie.

De grote witte schotel bovenop dient om de gegevens naar de Aarde te zenden en diende tevens als bescherming tegen de Zonnedeeltjes in het eerdere stadium van zijn reis. Aan de zijkant zijn tal van instrumenten geplaatst en dit maakt Cassini ca. 4 meter breed. In totaal weegt Cassini 2125 kilogram. De sonde Huygens weegt 320 kilogram en daarnaast is er nog ruim 3100 kilo brandstof aanwezig. In totaal zit er ca. 12 kilometer bekabeling binnen Huygens om de communicatie tussen alle instrumenten mogelijk te maken.

Cassini is de zogenaamde "orbiter". Hij draait z'n rondjes om Saturnus en laat en-passant de sonde Huygens los op het juiste moment rond 25 december 2004. Er zitten vrijwel geen bewegende delen op Cassini, dus als een bepaald instrument ergens op gericht moet worden (een maan bijvoorbeeld of een stukje ring), dan moet de gehele Cassini via raketmotortjes een kleine draai maken. Op deze wijze is de slijtage zo klein mogelijk en een computer houdt nauwkeurig bij wanneer de motortjes een bepaalde draai moeten inzetten.

En zo is er nog een hele lijst meer van instrumenten die in de komende jaren het gehele Saturnus systeem gaan blootleggen en ons aardbewoners van mooie informatie gaat voorzien.

Het hoogtepunt van deze missie is het super-high-tech staaltje techniek om de ruimtesonde, die vastgekoppeld zit aan de Cassini op 25 december 2004 los te laten, waarna deze begin aan zijn "vrije val" naar de maan Titan.

Met een diameter van 2,7 meter en zijn gewicht van ca. 350 kilogram is de Huygens sonde aanmerkelijk kleiner van de Cassini orbiter. Ook de Huygens zit volgestopt met instrumenten die gebruikt zullen worden tijdens de afdeling naar de maan Titan en ook tijdens en na de landing (hetzij op vaste grond, hetzij in een zee van methaan) nog enkele uren metingen zullen doen en deze naar de Cassini orbiter sturen.

De kegelvormige sonde, zal nadat deze is losgelaten van het "moederschip" Cassini een afdeling maken van ca. 22.000 kilometer, gedurende 21 dagen. Atmosferische wrijving zal de Huygens doen afremmen op zijn tocht naar Titan. Ondanks dat het rond Titan ijzig koud is, moet het hitteschild van de Huygens bestand zijn tegen temperaturen van ca. 12.000 graden Celcius. Zodra de sonde 160 kilometer boven Titan beweegt, bedraagt zijn snelheid nog zo'n 1400 km/uur en de eerste 3 parachutes moeten zijn snelheid verder gaan afremmen.
Twee uur na het binnendringen van de atmosfeer van Titaan, zal de sonde een landing maken aan de zuidkant van de evenaar van Titan. Hij zal de grond (of methaan) raken met een snelheid van 25 km/uur, een flinke smak alsnog.

Als de sonde de klap overleeft, zal hij nog gedurende 30 minuten metingen doen en deze naar de computers van Cassini zenden of zolang de zenders aan boord van Huygens het uithouden en... zolang de Cassini binnen bereik is. Ook gedurende de afdeling zijn de meetinstrumenten in vol bedrijf en sturen gegevens, zoals de chemische samenstelling van de atmosfeer, het weer op Titan en de wolken rond deze maan. Deze missie zal een blijvende impact op de mensen geven, want Cassini blijft dan nog 73 ronden maken rond Saturnus en op zijn tocht zal hij talrijke ontmoetingen hebben met de andere manen en Titan zal dan nog 43 keer van nabij gefotografeerd en geanalyseerd worden.

Titan is de enige maan in het gehele zonnestelsel die een behoorlijk dikke atmosfeer om zijn oppervlak heeft. In 1980 werd deze atmosfeer al gefotografeerd door de Voyager-2 missie, maar detailfoto's konden toen niet gemaakt worden en het enige zichtbare waren de afwisselende donkere en lichte delen.

De atmosferische druk is ongeveer 60% van die van de Aarde. Meer kennis van de omstandigheden van Titan kan heel veel kennis opleveren over de omstandigheden van de Aarde in haar vroegste perioden van ontwikkeling toen wellicht gelijke omstandigheden aanwezig waren.

Op zijn gehele missie zal Cassini de maan Titan nog 1 keer dichter naderen dan hij op 26 oktober 2004 heeft gedaan. Op een afstand van ongeveer 1200 kilometer werden ruim 500 foto's gemaakt met de zichtbare-licht camera. Deze foto's deden er ongeveer 1 uur en 14 minuten over om de Aarde te bereiken. Een collage van foto's leverde een mozaïek op van de maan Titan, zoals hieronder getoond. Bij deze foto's was de afstand wel groter, anders zou de hele maan er niet op passen.

De foto's zijn wel bewerkt om de effecten van de atmosfeer te reduceren en om de contrasten op het oppervlak te vergroten. U ziet hier dus geen atmosfeer. De Zon bevond zich achter de Cassini, dus deze foto's zijn dus "met de zon in de rug" genomen, waardoor de gehele schijf is verlicht. In het centrum van de foto kunt u alles erg scherp zien, maar naarmate u meer naar de rand kijkt, wordt alles vager, omdat hier de atmosfeer zijn invloed heeft uitgeoefend.

Bij alle andere 43 naderingen van Cassini in zijn omloop om Saturnus, zal de maan Titan nog 1 keer zó dicht genaderd worden, behalve natuurlijk door de sonde Huygens, zoals hierboven al uitgelegd.

Titan is de grootste maan van Saturnus en deze werd in 1655 ontdekt door de Nederlander Christiaan Huygens met zijn zelfgemaakte telescoop. (waarom zou Huygens niet de grootste Nederlander kunnen worden?). Het is daar een koude wereld en de dikke atmosfeer is eigenlijk ondoordringbaar voor instrumenten op grotere afstand.

Een paar dagen later werd ook een foto van een andere maan van Saturnus, Tethys gemaakt op een afstand van ca. 1600 km. U ziet hier het enorme verschil met Titan.

Op deze foto zijn de vele kraters te zien, hetgeen een teken is dat deze maan al ouder is. Hoe ouder een maan, hoe groter de kans dat deze getroffen is door stenen. Vergelijk dit beeld met onze eigen Maan, die vol zit met kraters, een teken dat onze eigen Maan al zéér oud is, ca. 4,5 miljard jaar en dus even oud is als ons eigen Zonnestelsel zelf.

Na een 7-jarige reis, vastgepakt aan de Cassini orbiter, mag de Huygens dan eindelijk op 25 december zijn eigen reis beginnen, op weg naar het oppervlak van de maan Titan.

Op het moment dat de Huygens wordt losgelaten, worden de timers in werking gezet die de Huygens uit zijn "sluimer"-toestand moeten halen op het moment dat deze de atmosfeer van Titan binnentreedt. Vanaf het ogenblik van loslaten van de Huygens verwijdert deze zich van de Cassini met een snelheid van 30 cm per seconde en een spin-snelheid van 7 omwentelingen per minuut. Dit ronddraaien van de Huygens om zijn as is nodig om stabiliteit te houden tijdens zijn afdaling en binnentreden in de atmosfeer.

De stikstof rijke atmosfeer van Titan strekt zich ongeveer 10 keer verder in de ruimte uit, dan de atmosfeer van de Aarde. Dus als Huygens op 600 km. afstand van Titan dan al de atmosfeer binnentreedt, dan gaat "de wekker af" in Huygens en worden de instrumenten geactiveerd. De 6 instrumenten aan boord van de Huygens gaan metingen doen aan de atmosfeer van Titan en zij gaan gegevens verzamelen en foto's maken van het oppervlak van de maan.

De batterijen aan boord van de Huygens hebben capaciteit voor de afdelingstijd van ca. twee en een half uur plus wat extra tijd (maximaal een half uur) voor metingen wanneer de sonde is geland.
Al vroeg in de afdalingsfase wordt de radioverbinding met de Cassini orbiter gelegd, zodat alles wat de Huygens meemaakt, naar Cassini gezonden wordt. Ná deze tijd zal de Cassini zijn hoofdantenne naar de Aarde richten en al zijn gegevens naar de Aarde sturen, waar deze 1,5 uur later zullen aankomen.

De grootste afremming gaat Huygens maken tijdens de afdaling in de atmosfeer van Titan op een hoogte tussen de 350 en 200 km. vanaf het oppervlak. In minder dan 2 (twee!!) minuten zal Huygens van een snelheid van bijna 22.000 km per uur teruggaan naar ca. 1400 km per uur.

Deze operatie zal een gigantische warmteontwikkeling opleveren, vandaar dat het hitteschild gebouwd is om temperaturen tot 12.000 graden te verwerken.
Wanneer deze snelheid is bereikt, zal een parachute-systeem worden geactiveerd. Wanneer het parachute-systeem volledig is uitgeklapt, gaan de Gas Chromatograaf Massa Spectrometer en de Aerosol Collector & Pyrolyser hun gegevens verzamelen.

De Aerosol Collector verzamelt aerosol deeltjes, kleine vloeibare of vaste deeltjes in de atmosfeer, deze deeltjes worden vervolgens verhit en de resulterende damp wordt naar de gaschromatograaf gestuurd voor verdere analyse.

Kort hierna zal de Huygens Atmospheric Structure Instrument zich ontvouwen en daarna ook de Descent Imager/Spectral Radiometer.

De hoofdparachute heeft tot doel om het lander-gedeelte uit het beschermingsschild te trekken. Wanneer dit is gebeurd, zal een kleinere parachute de uiteindelijke lander veilig naar het oppervlak van Titan begeleiden. Gedurende deze afdaling zal de Huygens camera ruim 1100 foto's maken.

Naarmate het oppervlak steeds dichterbij komt zal de Descent Imager een zeer sterke lamp ontsteken en wordt de spectrale reflectie gemeten van het oppervlak. Daarnaast wordt continu de Doppler verschuiving gemeten van het Huygens radio signaal. Hiermee worden de atmosferische winden gemeten en weet de Huygens hierdoor ook hoeveel wind hij ervaart gedurende zijn afdaling.

Kort voor de inslag op het oppervlak wordt het zogenaamde Surface Sience Package geactiveert waarmee een aantal sensoren oppervlaktemetingen zal doen. De Huygens zal de oppervlakte raken met een snelheid van ongeveer 25 km/uur. Het is nog onzeker of de landing "een klap"of "een plons" zal worden.

Als de Huygens in vloeistof terecht komt, dan zullen de instrumenten metingen gaan doen aan de eigenschappen van de vloeistof, terwijl de sonde waarschijnlijk enkele minuten zal blijven drijven. Als de Huygens in vloeibare ethaan terecht komt, dan zal deze niet erg lang zijn gegevens kunnen doorzenden, want vloeibare ethaan heeft een temperatuur van -180° C en hierdoor neemt de capaciteit van de batterijen bijzonder snel af.

Mocht de Huygens op de (vaste) grond terechtkomen, dan zal deze nog ca. 30 minuten zijn gegevens kunnen doorgeven. Na die tijd zijn de batterijen uitgeput en tevens is de Cassini orbiter dan over de horizon verdwenen, waardoor radio signalen van de Huygens niet meer verzonden kunnen worden.

Na aankomst van Cassini bij Saturnus (dat gebeurde dus op 1 juli 2004), maakt deze in totaal 76 omlopen rond Saturnus en tijdens deze omlopen maakt hij ook 52 nabije ontmoetingen met 7 van Saturnus' 31 bekende manen. De banen rond Saturnus worden als het ware "ondersteund" door de nabije "fly-by's" van Cassini met de maan Titan. De Cassini ondervindt hierdoor een zogenaamde "boots", extra moment, extra snelheid waardoor deze dus allerlei bewegingen kan maken die natuurlijk energie kosten en die energie wordt als het ware onttrokken uit de nabije ontmoetingen met de manen. De Cassini "steelt" als het ware energie van deze satellieten, maar dat is gebruikelijk bij dergelijke ruimte missies.

Continu zullen er kleine koerscorrecties worden gemaakt om Cassini in zijn juiste baan te houden en hem in de best mogelijke positie te manouvreren om metingen en foto's te maken.

Cassini maakt ten minste 6 doelgerichte "fly-by's" langs de ijsmanen Iapetus, Enceladus, Dione en Rhea. De foto's die dan gemaakt zullen worden, zullen oppervlakte kenmerken vertonen in de orde van centimeters !!!

Daarnaast worden enkele tientallen "fly-by's" gemaakt op iets grotere afstand (ca. 100.000 km) van andere manen.

De helling van de baan van Cassini zal ook iets variëren, zodat behalve van het equatoriale vlak van Saturnus, ook van het poolgebied opnames gemaakt kunnen worden.

Omloop nummer	Maan	Datum	Hoogte in km.
0	Phoebe	11 juni 2004	1997
A	Titan	26 okt. 2004	1200
B	Titan	13 dec.2004	2358
B	loslaten sonde H.	24 dec. 2004	------
C	Iapetus	1 jan. 2005	65.000
C	Titan	14 jan. 2005	60.000
3	Titan	15 feb. 2005	950 --> 1025 km
3	Enceladus	17 feb. 2005	1179
4	Enceladus	9 mrt. 2005	500 !!
5	Titan	31 mrt. 2005	2523
6	Titan	16 april 2005	950 --> 1025 km
11	Enceladus	14 juli 2005	1000
12	Mimas	2 aug. 2005	45.100
13	Titan	22 aug. 2005	4015
14	Titan	7 sept. 2005	950
15	Tethys	24 sept. 2005	33.000
15	Hyperion	26 sept. 2005	990
16	Dione	11 okt. 2005	500 !!
17	Titan	28 okt. 2005	1446
18	Rhea	26 nov. 2005	500 !!
19	Titan	26 dec. 2005	10.429
20	Titan	15 jan. 2006	2042
21	Titan	27 feb. 2006	1812
22	Titan	18 mrt. 2006	1947
23	Titan	30 apr. 2006	1853
24	Titan	20 mei 2006	1879
25	Titan	2 juli 2006	1911
26	Titan	22 juli 2006	950
28	Titan	7 sept. 2006	950
29	Titan	23 sept. 2006	950
30	Titan	9 okt. 2006	950
31	Titan	25 okt. 2006	950
35	Titan	2 dec. 2006	950
36	Titan	28 dec. 2006	1500
37	Titan	13 jan. 2007	950
38	Titan	29 jan. 2007	2776
39	Titan	22 feb. 2007	953
40	Titan	10 mrt. 2007	956
41	Titan	26 mrt. 2007	953
42	Titan	10 apr. 2007	951
43	Titan	26 apr. 2007	951
44	Titan	12 mei 2007	950
45	Titan	28 mei 2007	4225
46	Titan	13 juni 2007	950
47	Tethys	27 juni 2007	16.200
47	Titan	29 juni 2007	1942
48	Titan	19 juli 2007	1302
49	Rhea	30 aug. 2007	5100
49	Titan	31 aug. 2007	3227
49	Iapetus	10 sept. 2007	1000
50	Titan	2 okt. 2007	950
52	Titan	19 nov. 2007	950
53	Titan	5 dec. 2007	1300
54	Titan	20 dec. 2007	953
55	Titan	5 jan. 2008	949
59	Titan	22 feb. 2008	959
61	Enceladus	12 mrt. 2008	995
62	Titan	25 mrt. 2008	950
67	Titan	12 mei 2008	950
69	Titan	28 mei 2008	1316

Het formele einde van de missie zal rond 30 juni 2008 zijn, 4 jaar na aankomst bij de planeet Saturnus en 33 dagen na de laatste passage van Titan op 28 mei 2008. Cassini zal dan zódanig

gepositioneerd worden dat hij 31 juli 2008 nóg een passage langs Titan kan maken en eventueel nog meerdere als dit eventueel mogelijk is.
U weet dat de Mars-missie ook formeel eindigde, maar dat de Mars Rover nog volledig intact was en nu al 9 maanden langer dan gepland zijn werkzaamheden uitvoert.

Uitgebreide informatie over deze twee heren kunt u elders op het internet vinden of via andere manieren. Het is hier alleen de bedoeling om hun ontdekkingen in relatie tot deze ruimtemissie te beschrijven. Deze ontdekkingen staan natuurlijk niet los van de waarnemingen aan de planeet Saturnus, die van oudsher al onder de aandacht stond. Hij was de meest ver weg staande planeet die nog met het blote oog kon worden gezien.

In 1609 bouwde de wetenschapper Galileo Galilei zijn versie van de telescoop in navolging van de door Huygens ontdekte telescoop. Galilei kon met zijn telescoop niet ontdekken dat Saturnus ringen had. Er was wel iets merkwaardigs aan de hand vond hij. Eerst dacht hij dat Saturnus een groep van samengebalde planeten was met enkele kleinere aan beide zijden ervan. Een paar jaar later toen Galilei weer naar Saturnus keek, waren de 2 kleine planeten aan de zijkant verdwenen en zag hij alleen maar de planeet Saturnus.

Toen wat later de zogenaamde planeten weer verschenen, was Galilei kompleet verbaasd en kon hij geen enkele verklaring geven voor de verschijnselen.

Huygens maakte een einde aan de verwarring doordat hij een telescoop maakte, die 50 keer kon vergroten. Hiermee waren de ringen goed waar te nemen. Huygens stelde zijn ringenstelsel op voor de planeet Saturnus. Hij stelde toen al dat de ringen dun en plat waren. Dit nieuwe idee stelden vele andere waarnemers in staat om hiermee verder aan de slag te gaan, aangezien ze nu wisten wat ze zagen.

Naarmate de telescopen beter werden, konden steeds meer details worden waargenomen. In 1676 nam Giovanni Cassini waar dat er tussenruimten bestonden tussen de diverse ringen rond Saturnus. De belangrijkste ruimte, de zogenaamde "Cassini Gap" is naar hem vernoemd. Tevens ontdekte Cassini diverse manen rond Saturnus en sindsdien werden steeds meer en meer manen ontdekt tot en met nummer 33 dus, die dit jaar door de ruimtemissie Cassini werden waargenomen.