1 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Willibald Riedler Willibald Riedler Graz, 14. Jänner 2005 Mission Cassini/Huygens Grazer Instrumente unterwegs zu Saturn.

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1 1 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Willibald Riedler Willibald Riedler Graz, 14. Jänner 2005 Mission Cassini/Huygens Grazer Instrumente unterwegs zu Saturn und Titan Institut für Weltraumforschung Österreichische Akademie der Wissenschaften

2 2 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Sonnensystem 1 Merkur K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 Venus 3 Erde 4 Mars 5 Jupiter 6 Saturn 7 Uranus 8 Neptun 9 Pluto 10 Sedna ?

3 3 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung

4 4 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Das Ziel: Saturn mittlerer Abstand von der Sonne: 1.427 Mio. km Dauer des Saturnjahres: 29,5 Erdjahre nach Jupiter zweitgrößter Planet im Sonnensystem Durchmesser: 120.536 km Masse: 95,2 Erdmassen Oberflächentemperatur: -180 °C Atmosphäre aus ca. 75% H, 25% He und anderen Gasen Ringsystem bestehend aus Staub und Brocken (Stein und Eis) > 30 Monde

5 5 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Saturnmonde EntfernungRadiusEntfernungRadius Mond(000 km)(km)EntdeckerJahrMond(000 km)(km)EntdeckerJahr Pan13410 Showalter1990Telesto29515Reitsema1980 Atlas13814Terrile1980Calypso 29513Pascu1980 Prometheus13946Collins 1980Dione377560Cassini1684 Pandora 142 46Collins 1980Helene 377 16Laques 1980 Epimetheus 151 57Walker 1980Rhea 527 765Cassini 1672 Janus 151 89Dollfus 1966Titan 1222 2575Huygens 1655 Mimas 186 196Herschel 1789Hyperion 1481 143Bond 1848 Enceladus 238 260Herschel 1789Iapetus 3561 730Cassini 1671 Tethys 295 530Cassini 1684Phoebe 12952 110Pickering 1898 Titan12222575Huygens1655

6 6 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Giovanni Domenico Cassini französischer Astronom italienischer Herkunft erster Direktor der Pariser Sternwarte Nizza, 1625 – Paris, 1712 bestimmte die Rotations- perioden von Mars, Venus und Jupiter entdeckte 4 Monde des Saturns (Tethys, Dione, Rhea and Iapetus), eine Teilung des Saturnrings (Cassini, sche Teilung) u.a.

7 7 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Titan größter Mond des Saturn Entfernung zu Saturn: 1,22 Mio. km Durchmesser: 5.150 km Masse:1,3510 23 kg (2,3 % der Erdmasse) Oberflächentemperatur: -179 °C dichte Atmosphäre (Stickstoff, Argon, Methan, Spuren komplexerer Moleküle) Erde Mond Titan zweitgrößter Mond im Sonnensystem

8 8 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Christiaan Huygens entdeckte die Ringe des Planeten Saturn und 1655 seinen größten Mond, Titan erklärte das Licht als Wellenbewegung fand die Gesetze des elastischen Stoßes und der Fliehkraft Erfinder der Pendeluhr erklärte die Doppelbrechung Den Haag, 1629 - 1695 niederländischer Physiker und Astronom

9 9 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Raumsonde Cassini/Huygens Orbiter (= Cassini) umkreist Saturn seit 1.7.2004 (Erreichen der Saturn-Umlaufbahn) (Missionsende: 1.7.2008). Landesonde (= Huygens) wird am Saturnmond Titan abgesetzt Abmessungen (b x h): 4 m x 6,8 m Masse - Orbiter: 2.125 kg Masse - Treibstoff: 3.267 kg Masse – Landesonde: 320 kg Wissenschaftliche Instrumente: 12 (Cassini) + 6 (Huygens)

10 10 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Instrumente auf Cassini Titan Radar Mapper (RADAR) Imaging Science Subsystem (ISS) Radio Science Subsystem (RSS) Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) Composite Infrared Spectrometer (CIRS) Cosmic Dust Analyser (CDA) Radio and PlasmaWave Science (RPWS) Ultraviolet Imaging Spectrograph (UVIS) Magnetospheric Imaging Instrument (MIMI) Dual Technique Magnetometer (MAG) Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) Plasma Spectrometer (CAPS)

11 11 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 RPWS IWF-Beitrag: Antennenkalibrierung des Antennensystems mittels experimenteller Technik der Rheometrie numerischer Computersimulation mittels Drahtgittermodellen In-Flight-Calibration: Vorbeiflug an Jupiter zur Jahreswende 2000/2001 R adio and P lasma W ave S cience Erforschung der Radioemission des Planeten Saturn Rückschlüsse auf physikalische Vorgänge im Saturnsystem, insbesondere in der hohen Atmosphäre (z.B. Blitzentladungen) und in der Magnetosphäre des Saturn

12 12 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Instrumente auf Huygens 1.Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI): physikalisches Profil der Titanatmosphäre 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 Mass Spectrometer (GCMS): chemisches Profil der Atmosphäre

13 13 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 ACP 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 Massen- spektrometer (GCMS) zur chemischen Analyse Französisch-österreichische Kooperation Österreichischer Beitrag: IWF: Leitung der Entwicklung von Elektronik und Software Industrie: Bau der Flugelektronik und Softwareprogrammierung (JR, AAE) A erosol C ollector and P yrolyser

14 14 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 ACP 2.Filter wird in den Ofen geschoben und in drei Stufen erhitzt 25°C, 400°C, 600°C 1.Titanatmosphäre wird mittels Pumpe durch Filter gesaugt 3.Jeweils entstehende Gasprodukte werden mit Stickstoff in das Analysegerät (GCMS) geblasen 2 3 1

15 15 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 GCMS Instrument zur chemischen Analyse der Titanatmosphäre Identifikation von Atmosphären- bestandteilen bis zu einem Molekulargewicht von 146 Aufschluss über Entstehungs- geschichte des Titan und Temperaturverteilung der Titan- atmosphäre unter Berücksichti- gung der Aerosolkonzentration Kenntnisse über die Bildung komplexer organischer Moleküle Aufschluss über das Teilchen- und Strahlungsverhalten im frühen Sonnensystem G as C hromatograph M ass S pectrometer

16 16 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 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 H uygens A tmospheric S tructure I nstrument IWF-Beitrag: Mitarbeit bei Entwicklung und Bau der digitalen Signalprozessoreinheit zur Steuerung von fünf Messgeräten, Verarbeitung der Daten und Übertragung zum zentralen Bordcomputer

17 17 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Mission Cassini/Huygens Start: 15. (bzw. 16. MEZ) Oktober1997, Cape Canaveral, USA viermaliges Schwungholen an Venus (2 x), Erde und Jupiter zurückzulegende Strecke: 3,2 Mrd. km Ankunft am Saturn: 1. Juli 2004 Trennung von Cassini und Huygens: 25. Dezember 2004 Landung der Sonde Huygens: 14. Januar 2005 Dauer der Landesequenz: 2 – 2,5 h Messungen auf der Oberfläche des Titan: 3 - 30 min. Missionsdauer von Cassini: 4 Jahre ESA-Beitrag: ~ 287 Mio.

18 18 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Start Cassini/Huygens 15. (16.) Oktober 1997 Cape Canaveral Raketentyp: Titan IV B / Centaur

19 19 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Erik Christian, geb. 16.10.1997

20 20 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Autogramme für Titan

21 21 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Saturnbahn Jupiterbahn Erdbahn Venusbahn Flugbahn Cassini-Huygens 1. Schwungholen an der Venus 27. April 1998 2. Schwungholen an der Venus 24. Juni 1999 3. Schwungholen an der Erde 18. August 1999 Start 15. (16.) Oktober 1997 4. Schwungholen am Jupiter 30. Dezember 2000 Ankunft am Saturn 1. Juli 2004 Kurskorrektur 3. Dezember 1998 VVEJGA

22 22 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Ankunft am Saturn 1. Juli 2004

23 23 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Annäherung an Titan Huygens tritt mit 22.000 km/h in die Titanatmosphäre ein Instrumente durch Hitzeschild geschützt Pilot-Fallschirm (2,5 m ) öffnet sich in 180 km Höhe Brems-Fallschirm (8 m ) öffnet sich in 165 km Höhe Absprengen des Hitzeschilds Stabilisierungs-Fallschirm (3 m ) entfaltet sich in 125 km Höhe

24 24 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Titanatmosphäre Raumsonde Voyager hat eine Atmosphäredichte von 1.496 mbar gemessen (Erde: 1.013 mbar) Hauptbestandteile: Stickstoff und Methan durch komplexe Photo- chemie entstehen zahlreiche organische Verbindungen Nebelschleier bestehend aus H-, C-, N-Verbindungen in ca. 70 km Höhe Aerosole (kondensierte polymerisierte chemische Verbindungen) bis in Höhen von 500 km Hypothese: Ozean aus Ethan und Methan

25 25 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Flugbahn Cassini/Huygens

26 26 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Landung auf Titan 14. Jänner 2005

27 27 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 Sonnenaufgang auf Titan (Lubos Perek)

28 28 Alexandra Scherr, IWF Graz, 2005 HUYGENS EVENT Fallschirmabstieg in eine fremde Welt IWF Graz 14. Jänner 2005