Ruimtevaartuig Cassini zoekt naar het mysterie van ons zonnestelsel

Eindstation Saturnus

Zo groot als een bus, zes ton zwaar, een kruissnelheid van 112.000 km en een prijskaartje van 3 miljard dollar. Het ruimtevaartuig Cassini, dat de ruimte is ingeschoten om de grote mysteries rond de planeet Saturnus te onderzoeken, heeft inmiddels al heel wat geheimen ontfutseld aan ons zonnestelsel...

De aarde is niet de enige planeet in ons zonnestelsel met een chaotische natuur. Ook bij onze buren kan het flink spoken en tekeergaan door indrukwekkende vulkaanuitbarstingen, hevige bliksembuien en stormen waar de aarde (gelukkig) niet aan kan tippen.

Die informatie is te danken aan ruimtevaartuigen als Galileo, dat twaalf jaar geleden is gelanceerd en nu al vijf jaar in de buurt van Jupiter rondhangt. En aan Cassini, dat op weg is naar Saturnus maar eerst bij Jupiter op bezoek is geweest.

Deze fotomontage van het Saturnus systeem is gemaakt van foto's die zijn genomen door de Voyager 1 tijdens de ontmoeting in November 1980. De maker toont Dione op de voorgrond en een opkomende Saturnus daar achter, Tethys en Mimas vervagen op een afstand aan de rechterkant, Enceladus en Rhea vindt u links en Titan in zijn verre baan ziet u bovenaan.

Het Huygens-apparaat gaat onderzoeken of er een vorm van leven is op de Saturnus-maan Titan

Met Cassini komt een einde aan een tijdperk van geldverslindende ruimtegiganten. Cassini is een van de ingewikkeldste onbemande ruimtevaartuigen ooit gebouwd. Zo groot als een bus, met een gewicht van zes ton en een prijskaartje van meer dan drie miljard dollar. Met achttien instrumentpakketten is Cassini het meest complexe onbemande ruimtevoertuig aller tijden.

In oktober 1997 begon Cassini aan een reis van een paar miljard kilometer toen het de ruimte in werd gestuwd door een Titan IVB/Centaur-raket, de grootste die de VS in huis hebben. Over drie jaar moet Cassini bij Saturnus aankomen, maar intussen is het ruimtevaartuig al bij Jupiter langs geweest, de grootste planeet in ons zonnestelsel.

De informatie die Cassini daarvandaan heeft doorgestuurd, leverde beelden op van het hevigste weer waarvan de mens ooit getuige is geweest. Een rode vlek op Jupiter, die de wetenschap eeuwen heeft beziggehouden, is een soort permanente storm, drie keer zo groot als de aarde, met windsnelheden van een kleine 500 kilometer per uur. Dat is vier keer zo snel als in een aardse orkaan.

Uit de gegevens bleek dat een grote storm in de hoge lagen van de atmosfeer kleinere stormen op lager niveau "opeet" en daarvan zelf sterker wordt. Fascinerend waren ook de felle bliksemontladingen die op foto's van Cassini zichtbaar zijn. Daarnaast verbaasde het de wetenschappers dat Jupiter niet zeventien maar 27 manen heeft.

Jupiter heeft een ring waarover nog weinig bekend is en hopelijk zal Cassini ook daar opheldering over geven. De ring bestaat uit geladen deeltjes die zijn uitgespuugd door vulkanen op Jupiters maan Io en die ionen heten. Met het blote oog zijn die niet te zien omdat ze ultraviolet licht afgeven. Maar Cassini is uitgerust met een camera die ultraviolet licht registreert (kosten: 12 miljoen dollar) en beelden maakt van de ring om de planeet. Van dichtbij. Dat wil zeggen vanaf 10 miljoen kilometer.

De maan Io is het meest vulkanische hemellichaam in ons zonnestelsel. Er zijn zwavelvlakten en lavameren waarin de temperatuur oploopt tot ruim 1600 graden, terwijl het een eindje verderop 160 graden vriest- voor zover bekent het grootste temperatuurverschil in ons zonnestelsel.

Deze artistieke interpretatie toont Cassini met de Huygens sonde die loskoppelt om de atmosfeer van Titan binnen te gaan. Na de ontkoppeling zweeft de sonde drie weken rond voordat hij zijn bestemming bereikt. Uitgerust met een breed scala aan wetenschappelijke apparatuur doet de Huygens-sonde er 2 tot 2,5 uur over om door de atmosfeer van Titan heen te komen. Tijdens de afdaling begint de sonde met het doorseinen van de bevindingen. Dit kan hij blijven doen tot 30 minuten na de landing op Titan.

Cassini heeft met de ultravioletcamera beelden gemaakt van een enorme vulkaanuitbarsting op Io, met een pluim van 400 kilometer hoogte. Deze maan, ongeveer zo groot als onze maan, kent ook constante aardbevingen. Zou Neil Armstrong daar zijn geland, dan had hij gemerkt dat de grond per dag 30 meter stijgt en daalt. Ook had hij bergen kunnen zien van 16 kilometer hoogte, zeg maar twee keer de Mount Everest.

En dan te bedenken dat onderzoek niet eens de belangrijkste reden was voor Cassini om bij Jupiter langs te gaan. Cassini is op weg naar Saturnus, dat zo'n 1,3 miljard kilometer van de aarde ligt. Om daar op een energiezuinige manier te kunnen komen, had Cassini een duwtje nodig. Die kreeg het van de atmosferische stromen die om Jupiter draaien en die Cassini als het ware met extra snelheid verder de ruimte in hebben geslingerd.

Cassini omschreven als "de beste, de grootste en de laatste van Amerika's super-ruimteschepen",
lijkt van goud, maar is dat niet. De buitenkant is bedekt met speciale stoffen om het apparaat
te beschermen tegen hitte en inslag van minuscule meteorieten. De buitenlaag is van een
doorschijnend amberkleurig materiaal, kapton, en daaronder zit glimmend aluminium.
Tezamen zorgen ze voor het gouden uiterlijk.

Met een kruissnelheid van 112.000 kilometer per uur- zeg maar van Amsterdam naar Utrecht in één seconde- koerst Cassini nu af op een planeet die tien keer zo groot is als de aarde. Eenmaal in de buurt zal Cassini, genoemd naar een Frans-Italiaanse astronoom die vier manen van Saturnus heeft ontdekt, zijn motoren gebruiken om af te remmen.

De sonde heeft een diameter van 2,7 meter en een massa van bijna 350 kg. Het bevat een hitte schild, parachute, een technische uitrusting bestaande uit ondermeer accu's en diverse wetenschappelijke sensoren om de eigenschappen ven Titan's atmosfeer en oppervlakte te meten.

Het is niet de eerste keer dat een voertuig richting Saturnus gaat. Pioneer 11 en twee Voyagers zijn er ook geweest, maar die zijn er slechts langs gevlogen. Als Cassini er in de zomer van 2004 aankomt, is het het eerste ruimtevaartuig dat in een baan om de planeet gaat vliegen.

Cassini moet twee biljoen bits aan informatie doorsturen over de planeet, genoeg om 300 cd-rom's te vullen. Er moeten maar liefst 300.000 kleurenfoto's worden gemaakt van Saturnus, van de ringen en de diverse manen. Bij het Amerikaanse ruimtevaartinstituut NASA weten ze één ding zeker: het worden de beste foto's ooit gemaakt.

In het verleden raakten wetenschappers al in vervoering over opnamen van ijsmanen als Tethys en Encleadus, die bleken te bestaan uit ijs en steen. De nieuwe foto's zullen nog beter zijn. Van dichterbij dan ooit en van hogere kwaliteit dankzij de geavanceerde apparatuur.

Met ruwweg twee verdiepingen hoog en met een gewicht van meer dan 6 ton is Cassini een van de grootste interplanetaire ruimtevaartuigen die ooit gelanceerd zijn. Deze met een computer gegenereerde afbeelding toont de meest belangrijke onderdelen die door Cassini naar Saturnus gebracht worden zoals twee panelen met instrumenten voor het wetenschappelijke onderzoek. Drie afzonderlijke antennes (een hoog frequente en twee laag frequente) dragen zorg voor de communicatie met de aarde.

De kegelvormige Huygens-sonde, die slechts gedeeltelijk zichtbaar is op de afbeelding, zal zich loskoppelen bij het bereiken van de bestemming en met zijn eigen onderzoek beginnen. Zes van de achttien wetenschappelijke instrumenten zijn aan boord van de Huygens geplaatst. Hieronder bevindt zich een gas analysator, ontworpen om de samenstelling van de atmosfeer vast te leggen, een apparaat om dampen te verzamelen ten behoeve van analyse, een camera die opnamen kan maken en waarmee ook spectrale afmetingen bepaald kunnen worden en een instrument waarmee de fysieke en elektrische eigenschappen van Titan's atmosfeer bepaald kunnen worden.

Elektrische energie voor de lange reis van Cassini wordt opgewekt door drie radio-isotope thermo-elektrische generatoren, kortweg RTG's. Deze geavanceerde generatoren produceren energie door het omzetten van hitte in elektriciteit. RTG's hebben geen bewegende delen en vormen daarmee een betrouwbare energiebron. Aandrijving voor grote koersveranderingen wordt gevormd door twee krachtige 445-N motoren. Zestien kleinere motoren moeten zorgdragen voor de oriëntatie en minimale koerscorrecties.

Behalve camera's voor gewoon licht en voor infrarood, zijn er zes spectrometers aan boord om uit te zoeken welke stoffen er in de beroemde ringen rond Saturnus zitten. Stoffen bestaan uit atomen en moleculen, en die geven licht af. Dat licht is voor elke stof anders. De spectrometer analyseert dat licht en kan zo uitpluizen welke stoffen er in de ringen rond de planeet zitten. Hetzelfde doen ze met de grond op de manen, en de "lucht" rondom Saturnus. Ook de zwaartekracht bij Saturnus wordt onderzocht en dat onderzoek geeft misschien antwoord op de vraag waarom de deeltjes in die ringen zo mooi in een baan blijven vliegen.

Het is de bedoeling dat Cassini vier jaar lang foto's maakt en metingen doorstuurt. De baan zal regelmatig worden veranderd om het gevaarte af en toe naar ringen en manen te sturen. Saturnus heeft zeker achttien manen, maar in 1995 zijn vier objecten gesignaleerd die ook manen zouden kunnen zijn, en daar wil men nu meer over weten. Tevens wil NASA onderzoeken of geiserachtige vulkanen op de maan Encleadus water uitspuwen. Het zou kunnen dat ze op die manier nieuw materiaal leveren voor de stofringen.

Cassini & John Lennon.

Op 9 oktober vorig jaar maakte Cassini zijn eerste kleurenfoto van Jupiter,
op een afstand van 80 miljoen kilometer. Een speciaal moment voor dr. Carolyn Porco,
die niet alleen het foto-opperhoofd van de missie is, maar ook een verwoed
Beatles-fan. Op 9 oktober zou John Lennon 60 jaar zijn geworden. "Deze kleurenfoto
is mijn cadeau aan Lennon, een van de helderste sterren op planeet aarde".

Ook zal de waarheid aan het licht moeten komen over de maan Phoebe: misschien is dat helemaal geen maan, maar een asteroïde (kleine ster) die toevallig in de aantrekkingskracht van Saturnus is beland en er niet meer uitkan. Ook zoiets: waarom is de maan Lapetus aan de ene kant zo helder en aan de andere kant zo donker? Cassini moet het antwoord geven.

Als Huygens op Titan kapotslaat, is het wetenschapsfeestje voorbij

Cassini heeft een fantastische passagier aan boord in de vorm van het apparaat Huygens, genoemd naar de Nederlander die in 1655 de maan Titan ontdekte. De nieuwe Huygens moet daar dan ook naar toe en zal er zelfs landen. Niet dat Saturnus saai is, maar Titan is boeiender. NASA vermoedt dat Titan lijkt op de aarde zoals die er heel lang geleden uitzag, en dat er dezelfde voorwaarden aanwezig zijn die het leven op aarde mogelijk hebben gemaakt. Ruimtewetenschapper Jonathan Lunine: "Maar ondanks al het onderzoek in laboratoria weten we nog steeds niet hoe het leven op aarde precies is begonnen."

Deze afbeelding laat zien hoe de afdaling van de Huygens-sonde in zijn werk gaat te beginnen met het binnendringen van de atmosfeer en de daarop volgende snelheidsvermindering. Terwijl de sonde afremt wordt er een kleine parachute in werking gesteld die dient om de grote parachute in werking te stellen. Als de grote parachute volledig open is wordt het afrem-schild afgeworpen en zweeft de sonde naar Titan's oppervlakte.

Op een hoogte van ongeveer 40 km. wordt de hoofdparachute afgeworpen en vervangen door een kleinere voor de resterende afstand. Wetenschappelijke gegevens worden constant doorgeseind naar de Cassini gedurende de 2,5 uur durende landing. Deze gegevens worden later doorgeseind naar de aarde. Als de sonde de landing met ongeveer 25 km. per uur overleefd zorgt een wetenschappelijk pakket nog dertig minuten voor de doorgave van gegevens.

NASA noemt Titan "een vreemde plek". Het is na Ganymedes de grootste maan in ons zonnestelsel, met een doorsnee van ruim 5000 kilometer. Dankzij oceanen van ethaan en methaan heeft Titan kustlijnen, net als de aarde, en dat komt op geen enkele ander bol in ons zonnestelsel voor. NASA vraagt zich af hoe die oceanen daar zijn gekomen en of er misschien een vorm van leven is te ontdekken.

De tocht van Huygens naar de gigantische maan wordt nog spannend. De afdaling begint vier maanden nadat Cassini bij Saturnus aankomt en zal een kleine drie uur duren. Huygens zal tijdens de daling foto's maken van zowel Titan als de lucht en de wolken, en allerlei lichtmetingen uitvoeren. Infraroodcamera's registreren warmteverschillen in het oppervlakte, waar de temperatuur zo'n 177 graden onder nul is. Radar zal door de wolken heen turen en de hoogteverschillen op Titan in kaart brengen. Huygens stuurt de signalen vervolgens naar Cassini, die ze doorstuurt naar de aarde.

Titan ligt veel verder van de zon dan de aarde en krijgt daardoor ook veel minder licht. NASA weet niet precies hoeveel omdat een wolkendek het oppervlak van de planeet onzichtbaar maakte voor vroegere meetapparatuur. Daarom is Huygens uitgerust met een schijnwerper die tijdens het laatste deel van de daling de oppervlakte van Titan verlicht, zodat de camera's meer kans hebben iets te zien.

Huygens, een bijdrage van het Europese Ruimteagentschap, is gemaakt om te kunnen landen op zowel een harde ondergrond als op vloeibare substanties. Als de landing naar wens verloopt, zullen boordinstrumenten vertellen of het apparaat in vloeistof ligt en zo ja, wat voor vloeistof. In de onderkant van Huygens, die ruim twee meter in doorsnee is, zitten gaten om monsters te nemen van de atmosfeer van Titan. Er kan echter ook vloeistof inlopen.

Artistieke visie die het oppervlak van Titan laat zien met op de achtergrond Saturnus. Cassini vliegt erboven met zijn hoogfrequente antenne op de sonde gericht.

Titan's oppervlakte bestaat uit meren met vloeibaar ethaan en methaan, Het merendeel van de oranje- bruine kleur is ontstaan door de aanwezigheid van koolwaterstoffen in de atmosfeer en aan de oppervlakte. De artistieke vrijheid heeft toegelaten dat de afmetingen van de ruimtevaartuigen, de scherpte van de bergen, de ringen van Saturnus en de zichtbaarheid van de planeet door de atmosfeer van Titan overdreven zijn.

Met Cassini loopt een tijdperk ten einde. NASA heeft geen geld meer voor zulke grote en ingewikkelde ruimtevaartuigen. Het kost ook te veel tijd om ze te maken. Als Cassini bij Saturnus aankomt, is dat twintig jaar na het begin van de bouw. Zulke voertuigen en hun uitrusting zijn vaak al ouderwets als ze aan hun taak beginnen. De nieuwe trend heet dan ook kleinschaligheid. Kleinere projecten, kleinere budgetten, kleinere maar fijnere techniek.

En wat gebeurt er als Cassini klaar is met Saturnus en in tien jaar 3,5 miljard kilometer heeft afgelegd? Niks. Als alles naar wens verloopt en als NASA het voor het zeggen heeft, blijft Cassini nog jaren vanuit een baan om Saturnus gegevens naar de aarde sturen. Al met al moet de missie een unieke hoeveelheid materiaal opleveren over een van de kleurrijkste gebieden van ons zonnestelsel. NASA-wetenschapper Wesley Huntress: "Dit is een zeldzame kans om inzicht te krijgen in vragen over de oorsprong van het zonnestelsel en misschien zelfs over het begin van leven."