Ruimtesonde Cassini is verbrand. Wat leerde hij ons?

Astronomie

Ruimtesonde Cassini heeft geen contact meer met aarde. Vrijdagmiddag Nederlandse tijd kwamen de laatste gegevens binnen bij de NASA. Na dertien jaar cirkelen rond Saturnus is er een eind gekomen aan een missie die vaak voor verwondering zorgde. En tal van nieuwe inzichten opleverde. Vijf hoogtepunten.

Saturnus is vanaf de zon gerekend de zesde planeet van het zonnestelsel. Foto’s NASA/ESA

Om 13.55 uur Nederlandse tijd heeft NASA vrijdagmiddag het laatste ‘levensteken’ ontvangen van de ruimtesonde Cassini. Cassini is – plat gezegd – gedumpt. De sonde is verbrand in de atmosfeer van Saturnus, de planeet die hij uitgebreid bestudeerd heeft.

Cassini werd, samen met de Europese landingsmodule Huygens, gelanceerd op 15 oktober 1997. Na een reis van 6 jaar en 261 dagen kwam hij op 1 juli 2004 op zijn bestemming aan. Vanaf dat moment heeft hij Saturnus en diens ringen en manen ononderbroken onderzocht. Zijn kleine medereiziger Huygens maakte op 15 januari 2005 een geslaagde landing op Titan, de grootste maan van Saturnus.

Cassini heeft tot het laatst toe goed gefunctioneerd. Tot het bittere einde heeft hij meetgegevens over Saturnus naar de aarde overgeseind. En gisteravond nog heeft hij een serie opnamen gemaakt, die samen een mozaïek van Saturnus en zijn ringen moeten vormen. Huygens staat ondertussen nog ‘geparkeerd’ op Titan: zijn taak zat er na anderhalf uur al op.

Dat er niettemin een einde moest komen aan de Cassini-missie had een simpele reden: de brandstoftank van de ruimtesonde was zo goed als leeg. Hierdoor zou hij binnenkort ‘onbestuurbaar’ zijn geworden, waardoor de – overigens zeer kleine – kans bestond dat hij op Titan of de kleine, geologisch actieve Saturnusmaan Enceladus zou neerstorten. Hoewel niet erg waarschijnlijk, zou zo’n maan dan kunnen worden besmet met aardse micro-organismen (voor zover Huygens dat niet al gedaan heeft natuurlijk).

Experimenten in het internationale ruimtestation ISS hebben namelijk laten zien dat sommige aardse micro-organismen bestand zijn tegen een langdurig verblijf in de ruimte. Omdat niet kan worden gegarandeerd dat Cassini volkomen steriel is, heeft NASA besloten om het zekere voor het onzekere te nemen en de ruimtesonde met hoge snelheid de atmosfeer van Saturnus in te sturen. Daar is hij vrijdagmiddag aan zijn vurige einde gekomen. Daarmee is definitief een einde gekomen aan een succesvolle onderzoeksmissie die bijna twintig jaar geleden van start ging. Hieronder staan vijf hoogtepunten van het onderzoek dat door de meetinstrumenten aan boord van Cassini mogelijk was.

1 De ontsluiering van Titan

De onderzoeksmissie van Cassini begon gelijk al goed. Bijna zes maanden nadat hij in een baan om Saturnus was gebracht, stootte de ruimtesonde zijn kleine medepassagier af: de Europese landingsmodule Huygens. Deze maakte op 14 januari 2005 een behouden landing op het ijzige oppervlak van Titan, met een middellijn van 5.151 kilometer de grootste maan van Saturnus.

Over de omstandigheden op Titan was tot dan toe maar weinig bekend. Het oppervlak van deze maan – de enige in ons zonnestelsel met een dichte atmosfeer – wordt aan het zicht onttrokken door een dikke laag smog. Van buitenaf is er weinig te zien aan Titan, tenzij je – zoals Cassini vele malen heeft gedaan – hem met radarapparatuur bekijkt.

De beelden die Huygens tijdens zijn afdaling maakte, lieten verrassend genoeg een heel vertrouwd beeld zien. Als je niet beter wist, zou je denken dat Titan het broertje van de aarde was. Er zijn bergen, kustlijnen, rivierdelta’s, zeeën en hier en daar drijft zelfs een wolkje.

Maar schijn bedriegt. De omstandigheden op Titan zijn onvergelijkbaar met die op onze planeet. Bij de daar heersende oppervlaktetemperatuur van 180 graden onder nul kan geen water stromen. Titan blijkt weliswaar een atmosferische kringloop te hebben, maar daarin speelt vloeibare methaan – het belangrijkste bestanddeel van aardgas – de rol van water.

Huygens landde uiteindelijk op de bodem van een drooggevallen meer. De foto’s die hij maakte toonden een donkere vlakte, bezaaid met kiezels. Deze laatste bestaan overigens niet uit silicaten, zoals hun aardse verwanten, maar uit keihard bevroren water.

2 IJsfonteinen op Enceladus

Opnamen van Cassini hebben voor het eerst laten zien dat de ijsmaan Enceladus, die tien keer zo klein is als Titan, in geologisch opzicht heel actief is. Hij stoot flinke hoeveelheden water uit – niet alleen als damp, maar ook in de vorm van ijsdeeltjes.

Dat er iets bijzonders aan de hand moest zijn met Enceladus bleek al toen de ruimtesondes Voyager 1 en 2 hem in 1980/81 voor het eerst van dichtbij fotografeerden. De opnamen toonden een opvallend witte wereld met vreemde groeven en op sommige plekken bijzonder weinig inslagkraters. Dat laatste wijst erop dat er geologische processen aan het werk zijn die het oppervlak ‘verversen’.

Cassini heeft ontdekt hoe de vork aan de steel zit. Aan de zuidpool vertoont de ijskorst van Enceladus talrijke barsten. Alles bij elkaar zijn hier meer dan honderd actieve ‘ijsfonteinen’ waargenomen. Een deel van het uitgestoten materiaal valt als een soort sneeuw terug naar het oppervlak, de rest ontsnapt en verspreidt zich langs de omloopbaan van Enceladus om Saturnus. Daaraan heeft de planeet een van zijn iele buitenringen te danken.

De zeshoekige wolk op Saturnus is meer dan twee keer zo groot als onze planeet

Cassini is in de loop van zijn missie zeven keer door de ijsfonteinen van Enceladus gevlogen. Daarbij hebben zijn instrumenten zowel gas als vaste deeltjes van ijs en stof gedetecteerd. Uit metingen blijkt dat het materiaal niet alleen water bevat, maar ook methaan en zwaardere koolstofhoudende moleculen.

Het bestaan van de ijsfonteinen wijst erop dat er onder de waarschijnlijk tientallen kilometers dikke ijskorst van Enceladus een oceaan schuilt. Het water van deze oceaan zou vloeibaar blijven door de daarin opgeloste zouten én door de wisselende getijdenkrachten die het maantje van Saturnus ondervindt.

3 Vreemde kostgangers tussen de ringen van Saturnus

Cassini heeft ook het ringenstelsel van Saturnus onder de loep genomen. Daarbij zijn de eerste close-ups verkregen van enkele bijzondere maantjes die lege gordels in het ringenstelsel van Saturnus hebben veroorzaakt. Deze zogeheten herdersmaantjes blijken opmerkelijke vormen te vertonen.

Van dichtbij gezien lijkt het ringenstelsel van Saturnus te bestaan uit ontelbare afzonderlijke smalle ringen. Dat berust echter grotendeels op schijn: het gaat om concentrische dichtheidsverschillen in een min of meer aaneengesloten schijf van materiaal rond de planeet. Vermoed wordt dat dit materiaal – voornamelijk ijs – afkomstig is van een vroegere maan die onder invloed van getijdenkrachten of door een botsing met een soortgenoot is gesneuveld.

Toch vertoont het ringenstelsel enkele duidelijke ‘scheidingen’: gordels waar weinig of geen ringmateriaal te vinden is. Het bestaan van de grootste lege gordel, de zogeheten Encke-scheiding, werd al sinds de Voyager-missies toegeschreven aan de werking van een klein maantje, dat de naam Pan kreeg.

De close-ups die Cassini van Pan heeft gemaakt, laten zien dat dit ongeveer 35 kilometer grote maantje een verbluffende vorm heeft. Hij wordt wel omschreven als een reusachtige ‘raviolo’ of een ‘vliegende schotel’. De uitstekende rand aan zijn evenaar bestaat hoogstwaarschijnlijk uit opgeveegd ringmateriaal.

Dat ‘opvegen’ is overigens niet de belangrijkste oorzaak van het ontstaan van de Encke-scheiding. Die is voornamelijk het gevolg van de zwaartekrachtsaantrekking van Pan, die ervoor zorgt dat ringdeeltjes in de omgeving van het maantje naar wijdere of juist minder wijde omloopbanen worden gedirigeerd.

4 Saturnus’ zeshoekige wolk

Een van de meest fascinerende structuren in de atmosfeer van Saturnus is de zeshoekige wolk rond de noordpool van de planeet. Hoewel het bestaan ervan al door de Voyager-sondes was opgemerkt, was Cassini de eerste ruimtesonde die deze ‘hexagoon’ in één ‘oogopslag’ kon overzien.

De Cassini-beelden tonen een opvallend symmetrische straalstroom, waarin windsnelheden van ongeveer 500 km/u zijn gemeten. In het hart ervan – precies op de noordpool – is een compacte wervelstorm te zien. Het oog daarvan is ongeveer vijftig keer zo groot als dat van een orkaan op aarde.

Deze straalstroom komt alleen in naam overeen met zijn aardse equivalent. De hexagoon is meer dan twee keer zo groot als onze planeet, en waar de aardse straalstroom voortdurend meandert en van plaats verandert, blijft deze zeshoekige variant al minstens tientallen jaren op zijn plek.

Dat komt waarschijnlijk doordat de atmosfeer van Saturnus veel dieper is en de planeet geen oppervlak met hoge bergen heeft die atmosferische stromingen kunnen verstoren. Daarbij komt nog dat Saturnus veel minder warmte van de zon ontvangt en geen grote dagelijkse temperatuurverschillen ondervindt. Kortom: de omstandigheden op deze planeet zijn veel geschikter voor de vorming van standvastige symmetrische luchtstromingen.

Een andere verrassing: het magnetische veld van Saturnus heeft exact dezelfde oriëntatie als de rotatieas van de planeet

Het is wetenschappers gelukt om in laboratoriumexperimenten met een langzaam ronddraaiende emmer met water de vorming van dergelijke geometrische patronen na te bootsen. In hoeverre deze resultaten zich laten vertalen naar de omstandigheden in de Saturnusatmosfeer is echter onduidelijk. Ze kunnen in elk geval niet verklaren waarom alleen de noordpool een hexagoon vertoont, en waarom deze met zulke hoge windsnelheden gepaard gaat.

5 Saturnus van dichtbij

Sinds mei van dit jaar volgde Cassini een baan om Saturnus die hem veel dichter in de buurt van de planeet bracht dan voorheen. Dit deel van zijn missie – voorzichtigheidshalve tot het laatst bewaard – was bedoeld om meer te weten te komen over het zwaartekrachtsveld en het magnetische veld van de planeet, en over de samenstelling van diens atmosfeer. Ook is de ruimte tussen de wolkentoppen van Saturnus en de binnenrand van het ringenstelsel onderzocht.

Hoewel nog lang niet alle gegevens van dit missiedeel zijn verwerkt, hebben deze scheervluchten al wel een paar verrassingen opgeleverd. Zo blijken er in het centrale ‘gat’ van het ringenstelsel heel weinig stofdeeltjes te zijn. Dat kwam als een verrassing, omdat toen Cassini in december 2016 langs de buitenrand van de ringen scheerde, zijn deeltjesdetector wél de nodige deeltjes registreerde. Waarom het binnengebied zoveel leger is, is onduidelijk.

Een andere verrassing is dat het magnetische veld van Saturnus exact dezelfde oriëntatie heeft als de rotatieas van de planeet. Dat is opmerkelijk, omdat planeetwetenschappers ervan uitgingen dat zo’n magnetisch veld alleen in stand kan blijven als het schuin op de rotatieas staat – al is het maar een beetje. Zo’n veld zou zijn bestaan namelijk te danken hebben aan stromingen van elektrisch materiaal in de planeetkern, en als de magnetische as van de planeet samenvalt met de rotatie-as zouden deze stromingen – én het magnetische veld dat zij genereren – geleidelijk verpieteren.

Een nare bijkomstigheid is dat het daardoor ook nog niet is gelukt om de inwendige rotatieperiode van Saturnus te bepalen. Alleen een enigszins schuin staand magnetisch veld vertoont variaties die in de pas lopen met de dagelijkse gang van het planeetinwendige.

Dit artikel is vrijdagmiddag om 14.50 geüpdatet, nadat de NASA voor het laatst contact had met Cassini.