Der Saturn gehört wohl zu den spannendsten Planeten in unserem Sonnensystem. Über den Gasriesen, seine Ringe und seine Monde haben wir durch keine andere Mission so viel gelernt, wie durch Cassini-Huygens. Insgesamt 20 Jahre dauerte die Mission von NASA und ESA, 13 davon fanden um den Saturn selbst statt. Das Doppelgespann aus den Sonden Cassini und Huygens flog gemeinsam zu dem Planeten, wo die Huygens-Sonde auf dem Saturn-Mond Titan landete – das erste Mal, dass ein menschengemachtes Objekt auf einem Himmelskörper im äußeren Sonnensystem landete.
Fast hätte das jedoch nicht geklappt, denn erst zwei Jahre nach dem Start wurde ein Fehler im System für die Kommunikation zwischen dem Orbiter Cassini und der Landesonde Huygens entdeckt. Den Grund dafür kennt eigentlich jedes Kind.
Ein alltägliches physikalisches Phänomen
Viele Kinder sind fasziniert davon: Die Feuerwehr, der Krankenwagen oder die Polizei fährt vorbei, das Blaulicht blinkt und die Sirene heult. Hört man genauer hin, dann fällt auf, dass sich das Tatütata anders anhört, wenn es auf einen zukommt, denn die Töne werden höher. Wenn sich die Sirene von einem wegbewegt, werden sie wiederum tiefer. Diesem Beispiel liegt ein physikalisches Phänomen zugrunde: Der Dopplereffekt.
Wellen – in diesem Fall Schallwellen – breiten sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit gleichmäßig um ihre Quelle aus. Bewegt sich die Quelle, dann ändert sich die Wellenlänge, weil die alten Wellen sich nicht dieser Bewegung anpassen. Kommt das Tatütata auf jemanden zu, dann sind die Wellen näher beieinander, weil das Fahrzeug in sein eigenes Geräusch hineinfährt.
Umgekehrt sind die Wellen weiter auseinander, wenn es vor seinem Geräusch davonfährt. Am Beispiel des Krankenwagens nehmen wir die unterschiedlichen Wellenlängen als eine höhere oder tiefere Frequenz, also als einen höheren oder tieferen Ton wahr.
Cassini-Huygens: Der Dopplereffekt zwischen zwei Raumsonden
Der Dopplereffekt taucht überall dort auf, wo Wellen ausgesandt werden und Quelle und Beobachter sich relativ zueinander bewegen. Wie auch im Falle der Cassini-Huygens-Mission – eine Kooperation der NASA und ESA und eine große Erfolgsgeschichte der Raumfahrt. Im Januar 2005 landete die Huygens-Sonde auf dem Saturnmond Titan und sollte währenddessen Daten zu Cassini – einer zweiten Sonde, die sich im Orbit um den Saturn befand – schicken.
Die beiden Sonden bewegten sich voneinander weg. Gleichzeitig änderte die erste Sonde im Verlauf der Landung ihre Geschwindigkeit, was die Auswirkung des Dopplereffekts verändert. Wie, wenn das Tatütata an uns vorbeifährt. Den Entwicklern der Sonde war zwar bewusst, dass der Dopplereffekt Einfluss auf die Kommunikation haben würde, sodass Cassini richtig eingestellt war, um das Datensignal von Huygens zu empfangen.
Nicht bedacht wurde allerdings das Taktsignal. Das würde Cassini aber brauchen, um die Daten richtig interpretieren zu können. Ohne den korrekten Übertragungstakt wäre ein Großteil der Daten von Huygens verlorengegangen.
Änderung der Flugbahn minderte Dopplereffekt
Immerhin hatte das Cassini-Huygens-Team eins: Zeit. Es würde noch vier Jahre dauern, bis die Sonden den Saturn erreichten. Am Ende wurde die Flugbahn von Cassini so geändert, dass die relative Geschwindigkeit der beiden Sonden und damit auch der Dopplereffekt geringer sein würde. So konnte während der Landung von Huygens dann auch das Taktsignal empfangen werden. Möglich machten das Treibstoffreserven, mit denen Cassini im Anschluss wieder auf die geplante Bahn gebracht werden konnte.
Am Ende landete Huygens erfolgreich auf dem Saturnmond Titan und lieferte dabei mehr als 600 Bilder sowie viele wertvolle atmosphärische und geologische Daten. Cassini war noch bis 2017 im Orbit um den Saturn, bevor die Sonde kontrolliert in dessen Atmosphäre verglühte. Während diesem "Grand Finale", dem große Finale, lieferte Cassini auf seinen letzten Saturnumrundungen noch einmal kostbare Daten über die Zusammensetzung der Saturnringe und die Atmosphäre.
