Am heutigen Freitag wird die Raumsonde Cassini mit mehr als 100 000 Kilometern pro Stunde in die Atmosphäre des Saturn hineinrasen und als heller Meteor verglühen. Zuschauen wird diesem Spektakel allerdings niemand, denn es spielt sich 1,5 Milliarden Kilometer entfernt von der Erde ab. Damit endet eine der erfolgreichsten Missionen der Planetenforschung, die gleichzeitig ein Beispiel für eine gelungene amerikanisch-europäische Zusammenarbeit ist.
Abschließend wird Cassini noch einmal die Ringe, die Wolkendecke und das Nordlicht des Saturn beobachten. Die letzten Fotos übermittelte die Bordantenne am Dienstagabend zur Erde, am Mittwochmorgen drehte sich die Sonde dann so, dass andere Instrumente, die die Atmosphärenteilchen messen, besser in Flugrichtung ausgerichtet sind. Ab 12.44 Uhr soll der Atmosphärendruck laut Plan so groß werden, dass die Sonde sich nicht mehr stabilisieren kann und der Funkkontakt abreißt. Dann ist das Missionsende erreicht – 20 Jahre nach dem Start und 13 Jahre nach Erreichen des Saturn.
Die Nasa-Sonde Cassini und die Huckepack mitgeflogene Landesonde Huygens der Europäischen Weltraumorganisation Esa war eine transatlantische Kooperation der Superlative. Mit einem Gewicht von 5,6 Tonnen und den Ausmaßen eines Omnibusses schickten die Forscher die schwerste und größte interplanetare Sonde ins All, die jemals gebaut wurde. Mit insgesamt 3,4 Milliarden Dollar (umgerechnet 2,8 Milliarden Euro) war es auch die teuerste. An der Mission waren das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institute und Universitäten sowie die deutsche Raumfahrtindustrie mit rund 115 Millionen Euro beteiligt.
Viele Rätsel entschlüsselt
Obwohl die Nasa ihre schubstärkste Trägerrakete aufbot, musste Cassini/Huygens in den Schwerkraftfeldern von Venus, Erde und Jupiter Schwung holen, um in die äußeren Gefilde des Sonnensystems vorzudringen. Kurz vor Erreichen des Planeten Saturn wurde die Sonde Huygens abgestoßen, die anschließend im freien Fall auf den Mond Titan zuraste und mit einem Fallschirm weich auf der Oberfläche landete. Die während des Abstiegs gemachten Aufnahmen zeigten verästelte Kanäle, in denen zumindest früher einmal eine Flüssigkeit geströmt ist. Auf der Oberfläche lagen vermutlich aus Wassereis bestehende Kugeln auf einem orangefarbenen Boden aus organischem Material.
Im weiteren Verlauf der Mission erwies sich der Mond Titan als eines der Highlights. Mit einem Durchmesser von 5150 Kilometern ist er größer als der Planet Merkur und besitzt als einziger Mond eine dichte Atmosphäre. In großer Höhe verhüllt eine Dunstschicht den Blick auf die Oberfläche, aber mit einem Radar an Bord von Cassini und den Aufnahmen von Huygens ließen sich viele Rätsel entschlüsseln.
Die Atmosphäre besteht fast ausschließlich aus Stickstoff und Methan und erreicht am Boden einen Druck von etwa 1,6 Atmosphären bei Temperaturen um minus 180 Grad Celsius. Unter den dort herrschenden Bedingungen läuft dort ein Methan-Kreislauf ab, der dem Wasserkreislauf auf der Erde entspricht: Methan-Wolken schweben in der Atmosphäre, aus denen ein feiner Regen herabrieselt und sich in Seen und Flüssen ansammelt. Titan ist damit neben der Erde der einzige Körper im Sonnensystem, auf dem in großen Mengen eine Flüssigkeit existiert.
In hohen nördlichen Breiten gibt es riesige Meere. Einer der größten Seen, der Ontario Lacus, ist mit einer Fläche von 15 000 Quadratkilometern etwa so groß wie Schleswig-Holstein oder fast 30-mal so groß wie der Bodensee. Cassinis Radargerät konnte sogar bis zum Boden des kleineren Ligeia Mare vordringen, woraus Forscher eine Tiefe von 170 Metern ermittelten.
Alexander Hayes von der Cornell Universität in Ithaca, USA, berechnete, dass alle Meere auf Titan zusammen 9000 Kubikkilometer Methan und Ethan enthalten – 40-mal mehr als in allen bekannten Reservoiren der Erde. Im Uferbereich des Ligeia Mare beobachteten Forscher zudem ein 75 Quadratkilometer großes Gebilde, das aus dem Meer auftauchte und seine Form langsam veränderte.
Titans Atmosphäre ist ein riesiges Chemielabor, in dem sich viele organische Substanzen gebildet haben. Erst vor kurzem wiesen Forscher Vinylcyanid nach, ein Molekül, dass auf der Erde in der Lage ist, zellartige Membranen zu bilden. „Die Anwesenheit von Vinylcyanid in einer Umgebung mit flüssigem Methan legt die faszinierende Möglichkeit von chemischen Reaktionen nahe, die in analoger Weise für das Leben auf der Erde verantwortlich sind“, sagt Maureen Palmer vom Goddard Space Flight Center der Nasa in Greenbelt, Maryland. Dennoch gibt es große Unterschiede zwischen Titan und der frühen Erde. Auf dem Saturnmond ist es wesentlich kälter, und die Atmosphäre enthält kein Kohlendioxid.
Ringe bestehen
aus Staub und Eis
Die zweite große Überraschung offenbarte der 500 Kilometer große Mond Enceladus. In dessen Südpolregion schießen Fontänen aus Wasserdampf und anderen winzigen Partikeln aus wenige Kilometer breiten Rillen hervor. Die schnellsten und kleinsten Kristalle verlassen das Schwerefeld des Mondes und verteilen sich auf dessen Umlaufbahn. So bilden sie den „E-Ring“ und füllen ihn in jeder Sekunde mit etwa 200 Kilogramm Material.
Cassini hat mehrmals diese Fontänen durchquert und dabei Größe und Zusammensetzung der Teilchen analysiert. Demnach handelt es sich überwiegend um Kochsalz, Natriumkarbonat, Kaliumsalze und auch organische Moleküle. Alle Ergebnisse sprechen dafür, dass ein großes Wasserreservoir existiert, dessen Salzgehalt dem der irdischer Ozeane entspricht. Vermutlich kommen die Teilchen aus diesem zehn Kilometer mächtigen Meer, das unter einer 30 bis 40 Kilometer dicken Eiskruste liegt. Als Ursache für die Aktivität vermuten Forscher starke Gezeitenkräfte, die Saturn auf seinen Begleiter ausübt. Diese kneten das Innere des Mondes durch wie einen Kuchenteig und erwärmen es.
Neben der Beobachtung weiterer, teils skurriler Monde, stand Saturn mit seinem Ringsystem im Zentrum der Forschung. Das Ringsystem ist das flachste bekannte Objekt im Universum. Der Durchmesser der Hauptringe beträgt 280 000 Kilometer, aber sie sind nur wenige zehn Meter dick. Die Ringe bestehen aus Teilchen, die wie eine Schar winziger Monde aus Staub und Eis den Planeten umkreisen. Während die Partikel in einigen Ringen lediglich einige tausendstel Millimeter groß sind, etwa so wie in Zigarettenrauch, können in anderen Bereichen wiederum bis zu hausgroße Felsen vorkommen, die mit einer Eisschicht überzogen sind.
Nach der derzeit gängigsten Theorie entstand das Hauptringsystem in Folge eines Zusammenstoßes. Einst befand sich an der Stelle der Ringe ein rund 500 Kilometer großer Mond. Der wurde von einem Asteroiden getroffen und zerbrach dabei in mehrere Monde. Weitere Asteroidentreffer, ein unablässiger Beschuss durch kleinste Meteoriten und gegenseitige Zusammenstöße ließen die Felsbrocken nach und nach zerbröseln. Die absplitternden Teilchen verteilten sich auf unterschiedlichen Umlaufbahnen und bildeten das heutige Ringsystem.
Mit der Raumsonde Cassini gelang es jedoch, andere Quellen für einige schwache Nebenringe auszumachen. So können sich aus dem Innern des Mondes Enceladus herausschießende Teilchen auf dessen Umlaufbahn verteilen und den schwachen E-Ring bilden. Ähnliches passiert, wenn schnelle kosmische Teilchen aus den Oberflächen von Monden wie Janus, Epimetheus und Pallene Material herausschlagen und in den Weltraum katapultieren.
Die Saturn-Atmosphäre besteht überwiegend aus den leichtesten Elementen Wasserstoff und Helium. Deswegen beträgt die mittlere Dichte lediglich 0,7 Gramm pro Kubikzentimeter. Das heißt, der Riesenplanet würde in Wasser schwimmen. In einer Tiefe von 32 000 Kilometern wird das Wasserstoffgas jedoch unter enormem Druck metallisch und elektrisch leitend. Diese Schicht umgibt einen heißen Gesteinskern, über dessen Größe Unklarheit herrscht. Wahrscheinlich ist er einige Male größer als die Erde.
Die ursprünglich auf vier Jahre ausgelegte Mission wurde mehrmals verlängert. Insgesamt umrundete Cassini den Saturn auf unterschiedlichen Bahnen 294 Mal. Hierbei nutzte sie Titan gewissermaßen als Tankstelle. Bei jeder der insgesamt 127 Passagen wurde die Flugbahn genau so gewählt, dass der Mond die Sonde mit seiner Schwerkraft auf eine andere gewünschte Bahn schleuderte. Auf diese Weise sparten die Nasa-Ingenieure sehr viel Treibstoff. So wurden auch die letzten 22 Umrundungen möglich, auf denen Cassini zwischen dem innersten Ring und dem Planeten hindurch flog und sich bis auf 1630 Kilometer der Wolkenobergrenze näherte.