Kültürümüz, Gelenek ve Göreneklerimiz

Türkler 1071 yılından itibaren Anadolu'yu yurt edinmişler ve değişik coğrafyalara dağılmışlardır. Bu dağılış ve yaşayışları hem kendi geleneklerini bunun yanında daha önce bu yörelerde yaşayan toplulukların gelenekleri ile birleştirerek bugüne kadar gelen ancak unutulmaya yüz tutmuş adetlerimizi sitemizin bu sayfasında yayınlamayı uygun bulduk, konunun önemli olduğunu düşünüyoruz. Çünkü çağımızın bilgi çağı olması iletişim teknolojisinin gelişmesi artık dünyanın herhangi bir yerinde mevcut yaşama şeklinin hızla yayılması bununda kabul görmesi ile belki eski diye tabir ettiğimiz Gelenek ve Göreneklerimiz gittikçe kaybolmaktadır. Bu nedenle bu yazı dizisini önemli buluyoruz. Belki bu dizide yanlış yorumladığımız veya unuttuğumuz konular olabilir. Bu nedenle sitemizin tüm okurlarının bu konuda bizleri bilgilendirmelerini bekliyoruz. Unutmayalım geçmişini unutanlar geleceğe yön veremezler.

PAZARDA ÖZEL GÜNLER VE ÖZEL MERASİMLER

1.RAMAZAN AYI:

Dinlediğimiz yaşlılara göre Pazarda Ramazan ayı etkinlikleri eskilere nazaran pek değişikliğe uğramayan bir geleneğimiz. Bazılarına göre ise eski neşeli Ramazanların günümüzde kalmadığıdır. Ramazan ayı yaklaştıkça yöre insanlarımızda bir telaş ve heyecan olurdu. Bu ayın gelişi tulumlarla kemençelerle karşılanırdı. İlk teravihlerde tabancalar atılırdı, tatlılar özellikle burma baklava, laz böreği, lokma tatlıları, ekşaş, termon bu ayın özellikli tatlıları idi. Gece sahurda tatlı yiyeceğiz diye oruç tuttuğum günleri hatırlarım. Genç kızlar bir evde toplanır sahura kadar sohbet ederlerdi. Kış aylarında gece misafirlere genelde Elma, Patates ve Mandalina ikram edilir. Bayram günü hep birlikte kılınan toplu namazdan sonra silahlar patlar, bayramlaşma ve cami etrafındaki mezarlıklar ziyaret edilir. Mezarlıklar temizlenir, topluca eve gidilene kadar komşular ziyaret edilirdi. Çocuklar ellerinde torbalarla bayram şekeri toplamaya çıkarlardı. En büyük eğlence genelde Kurban Bayramında olur. Bu bayramda köyün birkaç yerine halatlarla salıncaklar kurulur bu salıncaklarda sallanmak ayrı bir heyecan ve zevk verirdi.

2. DİNİ BAYRAMLAR

Bayram hazırlıkları yöresel tatlıların hazırlanması ile başlar ve Bayram temizliği ile devam eder, evin içleri yanında kapı ve bacalar çalı süpürgesiyle temizlenir ve silinirdi. Bayram sabahı evin erkekleri çocukları dâhil yıkanıp temizlenerek camiye giderler. Bazen sabah namazını kılmak için erkenden camiye gidilirdi. Bunun için aydınlatma için ya fenerler yada demokrat dediğimiz şişenin içine doldurulan gaz üzerine bir kumaş parçası üzerine fitil yapılarak karanlıkta camiye gidilir. Herkes o gün en güzel elbiselerini giyerdi ve cami çıkışında bütün evler dolaşılırdı. Sevinç ve neşe içinde bir bayram geçirilirdi. Bayramların en büyük eğlencesi bir ağaçtan başka bir ağaca bağlanarak oluşturulan kızlı erkekli sallanılırdı. Gelinler baba evine 2.inci yada 3.üncü gün giderlerdi. Bayram ziyaretine gelen enişteye horoz kesilirdi.

3. ASKER UĞURLAMA:

Pazarda 50-60 yıl öncesi gençler askere gideceği zaman sevinç ve üzüntüyü bir arada yaşarlardı. Gençler sevinçli idi belki de köyünden ilk defa dışarı çıkmaları değişik yöreleri ve değişik arkadaşları görmenin heyecanını duyarlardı. Üzülürlerdi çünkü ilk defa anadan, babadan belki de yardan ayrı kalmanın hüznü vardı. O gün Pazar hükümet konağının önünde toplanır, tulum eşliğinde horonlar oynanır, horonlarda karşılıklı atma türküler ki belki de ilçemizin kaybolan bu manileri bugün artık yok. Bu manilerde gençlerin ağladığını görürsünüz, gözlerden akan yaş hüzün ve sevginin bir karışımı idi. Eğlence sonunda helalleşme ve ardından gemi veya arabalara binerek dağıtım yerlerine gidilirdi. Askerlik süresi belli değildi, en az kırk ay sürerdi. Asker dönüşü köyde ise yemekler hazırlanır herkese yemekler dağıtılırdı.

Şimdilik bu konulardaki Geleneklerimizi yazdım ancak unutmuş veya atlamış olduğum konuları okuyucularımız bildirsin. Bu arada halk dilinde bazı mahalli deyişleri yazacağım. Bu deyişlerden bugüne kadar gelen ve halen kullandığımız deyişler bile mevcuttur.


insallah avrupada yasayan nesillerimiz Bunları unutmazlar benim tek korkum bu rada yasayan insanlara bisiler suna bilmek ve gecmisimizi unutmamaktir..............

Beyin Gücünü Nasıl geliştiririz…?

1. Derin Nefes Alın: Daha fazla hava, kanınız –yani beyniniz- içerisinde daha fazla oksijen anlamına gelir. Nefesinizi burnunuzdan alın ve mümkün olduğunca diyafram kasınızı kullanarak ciğerlerinizin alt kısmını doldurmaya çalışın. Birkaç kez derin nefes aldığınızda bu sizin hem gevşemenizi sağlar, hem de daha net biçimde düşünebilirsiniz.

2. Meditasyon yapın: Şu an hemen uygulayabileceğiniz bir Meditasyon tekniği, yalnızca gözlerinizi kapayın ve dikkatinizi nefesinize yöneltin. Kaslarınızı gevşetmeniz meditasyonunuza yardımcı olacaktır. Eğer zihniniz gezinmeye başlarsa, dikkatinizi yalnızca nefesinize yöneltin. Beş-on dakikalık bir Meditasyon sizi gevşetir, zihninizi temizler ve özellikle zihinsel bir iş için sizi hazır hâle getirir. Bu konuda sitemizde yer alan Meditasyon uygulamalarından yararlanabilirsiniz..

3. Dik oturun: Duruşunuz, bedeninizdeki fizyolojik mekanizmaları ve dolayısıyla zihinsel süreçlerinizi etkiler. Bunu kendi kendinize kanıtlayabilirsiniz. Kafanız öne doğru sarkmış, gözleriniz yere bakar ve ağzınız açık biçimde matematik işlemleri yapmayı ya da bir problem çözmeyi deneyin. Sonra aynı şeyi bir de dik vaziyette otururken, ağzınız kapalı ve karşıya ya da hafifçe yukarıya bakar durumda deneyin. İkincisinde zihninizin çok daha kolay çalıştığını göreceksiniz.

4. Doğru düşünme alışkanlıkları: Birkaç hafta, belli bir problem çözme tekniği üzerinde çalışın. Kısa sürede alışkanlık haline geldiğini göreceksiniz. Gördüğünüz her şeyi bir an için yeniden dizayn etmeyi deneyin. Bu da bir süre sonra alışkanlık haline gelecektir. Bir parça çaba sarf ederek yararlı düşünme alışkanlıkları geliştirebilir ve sonra bunları çabasız biçimde kullanabilirsiniz. Alışkanlığın gücünden yararlanın.

5. Ölü zamanları değerlendirin: Arabayla bir yere giderken, bekleme salonunda beklerken, ya da boş boş otururken geçen zaman, değerlendirilmezse ölü olur. Bir kasetçalar ya da CD çalar ile arabanızda ya da boş zamanlarınızda yabancı dilde ya da kendi dilinizde bilgilendirici bir şeyler dinleyebilirsiniz.

6. Yabancı dil öğrenin: Yeni bir dil öğrenmenin, beyin işlevlerinde yaş ilerlemesine bağlı olarak gelişen performans kaybını azalttığı görülmüştür.

7. Konsantrasyon ve farkındalık egzersizleri: Zihninizi dağılmaktan alıkoyduğunuzda konsantrasyon ve net biçimde düşünme kendiliğinden ortaya çıkacaktır. Zihninizdeki karmaşayı izlemeyi ve durdurmayı öğrenin. Zihninizin arka planında sizi belli belirsiz biçimde rahatsız eden şeyler dikkatinizi çektiğinde onları halletmenin yoluna bakın. Bu, aramanız gereken birini arayıp o işten kurtulmak ya da yapacağınız işlerin listesini çıkarmak olabilir. Böylece en azından şimdilik yapacağınız işleri unutabilirsiniz. Biraz pratik yaparak bu sizin için daha kolay bir hale gelir ve düşünme süreçleriniz daha güçlü olur.

8. Yazı yazın: Yazmak zihniniz için çeşitli yönlerden yararlıdır. Belleğinize önemli olan şeyleri söylemenin bir yoludur, böylece gelecekte bazı şeyleri daha kolay hatırlayabilirsiniz. Yazmak düşünme süreçlerinizi netleştirir. Yaratıcılığınızı ve analitik becerilerinizi geliştirmek için iyi bir egzersizdir. Günlükler, parlak fikirlerle ilgili notlar, şiir ve hikayeler yazmak zihninizi güçlendirecektir.



9. Mozart dinleyin: California Üniversitesi’nde yapılan bir araştırmada bir müzik aleti çalan ve koroya katılan çocukların problem çözme ve mekansal düşünebilme konularında diğer çocuklara oranla daha büyük bir gelişme kaydettikleri görüşmüştür. Bir başka araştırmada 36 öğrenciye üç tane mekansal düşünme testi uygulanmış ve ilk testin hemen öncesinde Mozart’ın iki piyano için Re Majör sonatı on dakika süreyle dinletilmiş. İkinci testten önce gevşeme kaseti dinletilmiş, üçüncüden önce ise yalnızca sessizlik içinde oturmuşlar. Bu 36 öğrencinin ortalama skorları şöyle 1. test: 119; 2. test: 111; 3. test: 110.

10. Uykunuza dikkat edin: Herkesin uyku ihtiyacı birbirinden, farklıdır. Kendi ihtiyacınızın altında ya da üstünde uyumayın. Uykunun saatinden çok derinliği önemlidir. Gün içindeki kısa kestirmeler beynin dinlenmesi ve şarj olması için oldukça yararlıdır.

11. Kafein: Kahve, birçok kişi için zihin açıcı özelliğe sahiptir. Ancak fazla miktarda alındığında zihnin çalışmasını olumsuz yönde etkileyebilir. Kafein, bazı kişiler için uzun vadede olumsuz yan etkilere sahip olabilir. Ancak kısa vadeli olarak işe yaramaktadır.

12. Şekerden kaçının: Karbonhidratlar genellikle beyninizin bulanıklaşmasına yol açar. Çünkü şeker aldığınızda onu karşılamak için kana insülin salgılanır. Eğer önemli bir zihinsel iş yapacaksanız hemen öncesinde makarna, şeker, beyaz ekmek ve patates cipsi gibi şeylerden sakının.

13. Hızlı okuma: Birçok kişinin inandığının tersine okuduğunuz şeyi daha hızlı okuduğunuzda onu daha iyi kavrarsınız. Daha kısa sürede daha fazla şey öğrenirsiniz ve hızlı okuma gerçekten çok iyi bir beyin egzersizidir.

14. Spor egzersizleri yapın: Egzersizlerin özellikle uzun vadede beyin gücünü geliştirmesi sürpriz değildir. Fiziksel sağlığınızı olumlu yönde etkileyen her şey doğal olarak beyninizi de olumlu yönde etkileyecektir. Son zamanlarda yapılan araştırmalar 10 dakikalık bir egzersizden sonra bilişsel fonksiyonlarda artış olduğunu göstermektedir. Beyninizi tazelemek istiyorsanız küçük bir yürüyüş ya da birkaç hareket yapabilirsiniz.

15. Daha etkili biçimde öğrenin: Bir şeyi öğrenmeye karar verdiğinizde hem başlamadan önce, hem öğrenme esnasında, hem de sonrasında notlar alın. Başlamadan önce kendinize “Şu an bu konu hakkında neler biliyorum?” diye sorun. Ve bunları bir kağıda not edin. Bu, zihninizi öğrenmeye hazırlayacaktır. Çalışmayı bitirdikten sonra bir sonraki seans için zihninizde birkaç soru olsun. Ve kendi kendinize “şimdi ne öğrendim?” diye sorun.

16. Zihninizi netleştirin: Dağınık odalar ve ofisler dağınık düşünmeyi körükler. Zihinsel işler yapacağınız yeri buna uygun biçimde organize edin. Zor bir zihinsel işe başlamadan önce bedeninizi esnetin ve birkaç derin nefes alın.

17. Eğlendiğiniz bir şeyler yapın: Bu hem stres düzeyinizi düşürmenize hem de beyninizi tazelemenize yardımcı olacaktır. Yalnız burada önemli olan yaptığınız eğlenceli faaliyete aktif olarak katılmanızdır. Televizyon seyretmek böyle bir amaç için uygun değildir. Zihni geliştirici eğlenceli oyunlar oynamak ya da bir hobiyle uğraşmak, kısacası sizi dinlendiren ve eğlendiren bir şeyler yapmak beyninizin daha iyi biçimde düşünmesine yardımcı olacaktır.

18. Beyin egzersizleri yapın: Beyninizi sürekli değişik yönlerde çalıştırın. Bulmaca çözün, satranç oynayın, bir şeyler ezberleyin. Beynin çalıştırılması sürekli yeni nöron bağlantıları geliştirilmesine yol açar.

19. Yeni şeyler öğrenin: Bu beyne egzersiz yaptırmanın bir başka yoludur. Yeni bir şey öğrendiğinizde beyniniz buna uyum sağlamak için yepyeni bağlantılar geliştirmek zorunda kalır.

20. Bir şeyleri iyi yapan insanları modelleyin: Yaratıcı, zeki ve üretken insanlarla birlikte vakit geçirin. Onlardan bir şeyler öğrenmeye çalışın. Onların yaptıklarını yapın ve onların düşündüğü biçimde düşünmeye çalışın. Onların önerilerine dikkatlice kulak verin. Başarılı insanlar genellikle bunu nasıl yaptıklarını bilmez ve kendilerini başarılı görmezler. Onların söylediklerini değil yaptıklarını yapın.

21. Gülün: Güldüğünüzde salgılanan endorfin sayesinde, stres düzeyiniz azalır ve bu da beyin için uzun vadede çok yararlı bir şeydir. Gülmek, aynı zamanda sizi yeni fikirlere ve düşüncelere daha açık hale getirir.

22. Oyun oynayın: Beynin uyarılması ölçülebilir yapısal değişikliklere sebep olur. Yeni nöron bağlantıları ortaya çıkar ve yeni beyin hücreleri gelişir. Entelektüel oyunların yanı sıra göz – el koordinasyonunu sağlayan her tür oyun beyni uyarır ve geliştirir.

23. Şarkı söyleyin: Arabanızda yolculuk ederken veya yalnız kaldığınızda üzerinde çalıştığınız konuyla ilgili olarak şarkı söyleyin. Bu sizin sağ beyinle temasa geçmenizi ve onu çalıştırmanızı sağlar.

24. Kendinizin farkında olun: Bu beyin gücüyle direk ilgili gibi görünmemekle birlikte çok yakından ilgilidir. Kendinizi daha iyi tanırsanız ego ve duyguların etkilerinden kaçınabilirsiniz. Özellikle bir şeyleri açıklarken ya da tartışırken kendinizi gözlemleyin.

25. Stresten uzak durun: Özellikle uzun vadeli stresin bedeninizde meydana getirdiği hasarlar bir yana, beyninizi de olumsuz yönde etkilemektedir. Stres düzeyinizi bilinçli olarak azaltmak için gevşeme vb. tekniklerden yararlanın.

26. Kendinizi eğitin: Çeşitli araştırmalar az eğitimli kişilerin Alzheimer’a daha fazla yakalandığını göstermiştir. Herhangi bir alanda eğitim almak beyninizi daha güçlü hale getirir.

27. Yağdan uzak durun: Laboratuar araştırmaları yüksek yağ oranıyla beslenen hayvanların daha yavaş öğrendiklerini göstermektedir. Mümkün olduğunca zeytin yağı ve diğer türden sıvı yağları kullanmaya özen gösterin. Doymuş yağlar beyin hücrelerinin gelişiminde olumsuz etki göstermektedir.

28. Daha az yiyin: Aşırı yemek, sindirim için daha fazla kan akışı demektir ve bundan dolayı beyninize daha az kan gider. Bundan dolayı harcadığınız enerjiyle orantılı bir beslenme düzenini benimserseniz bu beyniniz için daha yararlı olacaktır.

29. Şüpheli gıdalardan uzak durun: Aşağıdaki gıdalar beyniniz için zararlı olabilir: Yapay gıda boyaları içeren besinler, yapay tatlandırıcılar, kola, mısır şurubu, yüksek şeker içeren içecekler, hidrojenlendirilmiş yağlar, şeker, beyaz ekmek ve beyaz un içeren diğer ürünler.

30. Kahvaltı edin: Kahvaltı tüm beden için çok önemli bir öğündür. Ve bu konuyla ilgili araştırmalar kahvaltı eden çocukların diğerlerine oranla daha başarılı olduğunu göstermiştir.

31. Soru sorun: Bu beyninizi formda tutmanın çok iyi bir yoludur. Yalnızca kendi zihniniz içerisinde kalsa bile soru sorma alışkanlığını sürdürün. Zihninize gelen her şeyi sorun ve muhtemel cevaplar üzerinde düşünün.

32. Beyin gücünüzü geliştirme planı yapın: Yeni alışkanlıkların edinilmesi, 20 ila 30 gün arası bir süre alır. Bu durumda uyguladığınız herhangi bir egzersizi ya da alışkanlık değişimini en azından üç hafta sürdürmelisiniz. Herhangi bir tekniğin etkisini hemen görebilirsiniz. Ama her tür tekniğin uzun vadeli yararları çok daha fazla olacaktır.

Kaynak

Gizli ilimler

Kâğıt Hakkında Bilgiler - Papier - Paper

Kâğıt, çoğunlukla yazma işlemlerinde kullanılan, üzerine baskı ya da çizim yapılabilen veya ambalaj amacıyla kullanılan ince malzemedir. Genellikle nemli ağaç lifleri veya otların bezlerinden elde edilen selüloz hamurunun preslenmesinin ardından esnek levhalar içinde kurutulması sonucunda elde edilir.

Kâğıt çok fazla kullanım alanına sahip olan, çok yönlü bir malzemedir. En çok üzerine yazı yazılması veya baskı amacıyla kullanımı yaygın olsa da, endüstriyel ve inşaat sektöründe gerçekleştirilen işlemlerde, pek çok alanda temizlik ve paketleme malzemesi olarak, hatta özellikle bazı Asya kültürlerinde yiyecek katkı maddesi olarak kullanım bulmuştur. Kâğıt özellikle yazı amacıyla kullanıldığından dolayı, belge ve doküman anlamında da kullanılır. Ayrıca borsada işlem gören tahvil veya hisse senedi gibi mali değeri olan malzeme de kâğıt olarak adlandırılır. Bunların yanı sıra kâğıt kelimesi, kâğıt parayı tanımlamak için de kullanılır.[1] Farsça kökenli olan kelime, Türkiye Türkçesi Ağızlarında çeşitli şekillerde telaffuz edilir. Örneğin; Rize ilinde k'aad, Ordu İli ve Yöresinde kaat, Güney-Batı Anadolu grubunda kayıt gibi.[2]

Kâğıt ve kâğıt hamurunun yapım sürecinde; kâğıdın arkeolojik olarak ilk defa parçaları Çin'de bulunmuş ve bu parçaların MÖ 2'nci yüzyıla ait olduğu tespit edilmiştir. Bu dönemde Çin Han hanedanlığında bulunan mahkemelerde görevli Cai Lun (  Eski Mısır'da kullanılan papirüs'ten farklı olarak) kâğıt ve kâğıt yapımının mucididir.[3][4]

2009 yılı verileri doğrultusunda, dünyadaki kâğıt ve karton üretimi yaklaşık olarak 370,7 milyon ton civarındadır. Günümüzde modern kâğıt hamuru ve kâğıt endüstrisinde küresel olarak Çin ve hemen ardından ABD en büyük üreticilerdir. Çin dünya kâğıt ve karton üretiminin %24'ünü yapmaktadır. Türkiye ise yıllık 2,5 milyon ton kâğıt ve karton üretimiyle 25. sırada bulunmaktadır

Tarihçe

Çin'de MÖ 2. yüzyıla ait, bugünkü modern kâğıdın temsilcisi olarak sayılabilen eski arkeolojik parçalar bulunmuştur. Kâğıdın yapım süreci, Çin'li Cai Lun'a atfedilir.[4] Kâğıda etkili bir alternatif ise İpek'tir ve Altınçağda Çin büyük miktarda İpek ihracatı yapan ülke konumundaydı.

13. yüzyıl Orta Çağ'da kâğıt Çin'den Orta Doğu ve Avrupa'ya yayıldı ve burada ilk suyla çalışan kâğıt fabrikaları inşa edildi.[7] 19. yüzyılda sanayi üretimine geçilmesiyle birlikte maliyet düştü. Kâğıt önemli oranda kitlesel bilgi alışverişine katkılarda bulundu. 1844 yılında, Kanadalı mucit Charles Fenerty ve Alman FG Keller bağımsız ağaç liflerinin hamurlaştırılması sürecini geliştirdi.

Etimoloji

Türkçe "kâğıt" kelimesi Farsça kökenli olmasına rağmen,[1] etimolojik olarak ingilizce "Paper" kelimesi, Latince "Papirüs" den türetilmiştir. Papirüs ise bir bitki ve Yunanca adı Cyperus papyrus olan πάπυρος (  papuros )'tan gelir.[9][10] Papirüs, Orta Doğu ve Avrupa'ya kâğıdın gelmesinden önce, yazmak için eski Mısır ve diğer Akdeniz kültürlerinde kullanılan Cyperus papyrus bitkisinin liflerinden üretilen kalın ve kâğıt benzeri bir malzemedir.[11] Kâğıt etimolojik olarak papirüsten türetilmesine rağmen, ikisinin üretimi birbirinden çok farklıdır ve günümüz modern kâğıdının gelişimi ile papirüsün gelişimi birbirinden ayrıdır

Kâğıdın yapımı

Kabukları soyulduktan sonra suyun içerisinde çeşitli kimyasallar ile birlikte seyreltilen ağaç, birbirine geçmiş halde olan hamurlaştırılmış bitki lifleri (  fiberler) haline getirilir. Artık hamur haline gelmiş hammadde, ağacın lignin denilen ve lifleri bir arada tutan maddeden arınmıştır. Buradan bir karıştırıcıya gönderilen hamura, kalitesine uygun olarak çin kireci benzeri beyazlaştırıcı malzemeler veya renklendirme için çeşitli kimyasallar, suya dayanıklı olması isteniliyorsa bunun için çeşitli maddeler katılarak karıştırılır ve lifler pürüzsüz hamur haline getirilmiş olur. Bu aşamalar açma, temizleme, dövme, parçalama,öğütme ve katkı maddeleri ilavesi adını alır.

Hamurun sudan arındırılması işlemleri ise tel örgü şeklinde yürüyen bir bandın üzerinde yapılır. İşlemin hızlandırılması için presleme ve kurutma işlemleri de bu aşamada gerçekleşir. Silindirlere giren hamur sürekli sıkıştırıldıkça düzleşir ve sudan daha fazla arınır. Biraz daha kurutma işleminin ardından, kâğıt halini alan pürüzlerinin giderilmesi işleminden geçer. Elde edilen kâğıt istenilen boyutlarda kesme işlemi aşamasına gelmiştir.

Kağıt yapımı hakkında bilgi

Kağıdın ana hammaddesi odundur. Kâğıtlık odun mobilya gibi eşyaların üretiminde kullanılan odundan düşük yakacak olarak kullanılan odundan daha yüksek kalite seviyesindedir. Bu odun ya iğne yapraklı (  çam gibi yumuşak) ağaçlardan ya da yapraklı (  meşe gibi sert) ağaçlardan elde edilir.

Günümüzde kâğıt üretimi yüksek teknoloji ile ve tam otomatik olarak yapılabilmektedir ama işlemin adı esas olarak değişmemiştir. Kâğıtların arasındaki kalite farkını kullanılan lifin türü lapanın hazırlanışı içine katılan malzemeler kimyasal veya mekanik metotlar belirler. Her ne kadar liflerin elde edilmesinde ağaçlar ana kaynak ise de özellik taşıyan kâğıtların yapılmasında günümüzde sentetik lifler de kullanılmaktadır.

Aslında memleketin orman kaynaklarının tüketiminde kâğıt sanayisi orman ürünleri sanayii ve yakacaktan sonra üçüncü sırayı işgal etmekle beraber ormanın yetişmesinin çok zaman alması dikkate alınırsa sadece kâğıt sanayi bile ormancılığa gereken önem verilmezse bir memleketin orman kaynaklarını kısa zamanda tüketebilecektir. Bundan dolayı bütün dünyada kâğıt sanayii odun dışındaki kaynaklara her geçen gün daha süratle yönelmektedir. Bunlar arasında yıllık bitkiler olarak bilinen saman kamış kendir-kenevir ile tütün ayçiçeği vb. bitkilerin sapları sayılabilir. Çok çeşitli olan bu bitkiler arasından şimdiye kadar sadece saman kamış ve kendir ekonomik kullanım seviyesine erişebilmişlerdir. Genellikle diğerlerinin toplanması ve stoklanması ekonomik gözükmemektedir.

Yardımcı hammaddeler
Bunlar dolgu maddeleri boya maddeler ve kağıdı yapıştırıcı maddeler olarak üç bölümde mütalaa edilebilir;

Dolgu maddeleri liflerden meydana gelen ve girintili çıkıntılı bir durumda olan kâğıt yüzeyine lifler arasındaki boşlukları doldurarak daha düzgün bir şekil vermek maksadıyla kullanılır. Bunun yanında mürekkebin dağılmasını önleyerek daha iyi emilmesini sağlar. Kağıdın parlaklığını arttırır. Kağıdın yumuşaklığını da olumlu yönde etkiler.

Diğer yandan lifler arası bağlantıyı zayıflattıklarından kağıdın kopma yırtılma çift katlama ve patlama direncini zayıflatırlar. Kağıt makinasına hamur verilirken eleğin üzerinden akan hamurun üst tarafında daha çok tutunduklarından kâğıtta iki yüzlülük meydana getirebilirler. Kağıdın yapışmasına menfi tesirleri vardır. Kağıt üzerinde zayıf tutunmaları halinde silme sırasında leke ve kirlenmeye yıpranmaya sebeb olurlar.

Fazla oranda kullanılmaları işletmeci açısından kağıdın maliyetini düşürücü bir unsur olarak görülebilirse de sayılan mahzurları da dikkate alınarak ancak belirli bir oranda dolgu maddesi kâğıt hamuruna ilave olunabilir.

Baryum sülfat kalsiyum sülfat (  CaSO4) vb. dolgu maddeleri içinde daha çok yaygın olarak kaolen (  bir çeşit kil) kullanılmaktadır.

Kağıda istenen rengin verilebilmesi için yeterli miktarda boyar madde (  sentetik boyalar veya pigmentler) kullanılır.

Çeşitli kâğıtların (  özellikle baskı para ve harita kâğıtları gibi) su ve mürekkep gibi sıvı maddelere karşı dayanıklı olmaları istenir. Bu maksatla kağıdın iç yapıştırmasını sağlamak için kâğıt hamuruna lifler süspanse haldeyken önce belli oranda kolofan ilave edilir. Daha sonra kolofanın lifler üzerinde çökmesini sağlamak için şap katılır. Çam ağaçlarından elde edilen reçine % 80 oranında kolofan ihtiva etmektedir. Kağıdın Hammadesi ağaçtır.

Kâğıt yapımı
Kağıt imalatı yapan fabrikaları; kâğıt hamuru fabrikaları -bugün selüloz fabrikaları olarak bilinmektedir ve kâğıt fabrikaları olarak ikiye ayırmak mümkündür. Ancak bugün kâğıt fabrikaları hem kâğıt hem de hamur üretimi yapan entegre tesisler olarak kurulmaktadır.

Hamur üretim bölümünde çeşitli metodlarla sözkonusu hammaddelerden kâğıt hamuru üretilir. Üretilen hamur ya sulu halde uygun karışımlar ile doğrudan doğruya kâğıt makinasına verilir veya suyu alınarak yoğunlaştırılmış halde satılır.

Kağıt Çeşitleri Nelerdir?

Basım ihtiyacınızın çeşidine göre farklı kağıt türleri tercih etmeniz gerektiğini biliyor musunuz?

İşte basım sektöründe yaygın olarak kullanılan kağıt türleri ve özellikleri  : 

1.Hamur Kağıt  :  Genellikle antetli kağıt, kitap, broşür gibi çalışmaların baskısında kullanılır.Bileşimindeki selüloz miktarı çok, odun miktarı azdır.

2. Hamur Kağıt  :  Kitap ve benzeri işlerin baskısında tercih edilir. Rengi tam beyaz olmayan bu kağıtlarla kaliteli baskı yapmak mümkün değildir. Bileşimindeki selüloz ve odun miktarı neredeyse eşit derecedir.

3. Hamur Kağıt  :  Bileşimindeki odun miktarı selüloz miktarından fazladır. Saman kağıdı olarak bilinen 3. Hamur kağıtlar düşük fiyatlıdır ancak kaliteli baskı yapılmadığından tercih edilmez.

Kuşe Kağıt  :  Mat ve parlak olmak üzere iki çeşidi bulunan kuşe kağıt genellikle broşür basımında tercih edilir. Yüzeyi tam beyaz olan kuşe kağıtlar özellikle renkli resimlerin baskısında en iyi sonucu verir.

Bristol (  Amerikan Bristol)  :  Bir yüzeyi işlenmiş, parlak ve tam beyaz; diğer yüzeyi mat ve pürüzlü olan kaliteli bir kartondur. Genellikle kitap, defter, broşür kapaklarında kullanılan bu karton türünün arka yüzü renkli baskı için uygun değildir. Ayrıca bu kağıtlar, iki yüzü de farklı olduğu için revolta (  çevirmeli) baskıya da elverişli değildir.

Aydınger  :  Şeffaf buzlu cam görüntüsünde olan aydınger, davetiye gibi tasarımla farklılık yaratılmak istenen çalışmalarda kullanılır. Aydınger, tamamen beyazlatılmış kimyasal selülozdan üretilir.

Otokopi Kağıdı  :  Kendinden karbonlu olan otokopi kağıdı fatura, irsaliye, sipariş fişi gibi çok nüshalı işlerde tercih ediliyor.

Kraft  :  Geri dönüştürülmüş kağıtlardan elde edilir. Kalın, pürüzlü ve selüloz renklidir.Genellikle davetiye, broşürler ve ambalajda tercih edilir.

Krome Karton  :  Bir yüzeyi düzgünleştirilmiş ve beyazlatılmış, diğer yüzeyi mattır. Bu kağıt türü genellikle ambalaj sektöründe kullanılır.

Pelür  :  Genellikle ambalaj sektöründe kırılacak objeleri korumak için kullanılır. Son derece hafif ve ince, transparan bir kağıttır.

Saman kâğıdı  :  Genellikle kurşun kalemle yazı yazmaya elverişli olan veya ambalaj için kullanılan kaba kâğıt, teksir kâğıdı

Karbon Kağıdı (  Kopya Kağıdı)  :  Bir çömlekçi ve aynı zamanda bir mucit olan Ralph Wedgwood (  1766-1837), 1806 yılında “stilografik çoğaltma yazıcısı” adını verdiği bir ürünün patentini aldı. Bu aygıt, görme engelli kişilerin yazı yazabilmelerine yardımcı olmak için, o zamanlarda popüler olan tüy kalem yerine metal bir çubuğun kullanımını gerektiriyordu.

Wedgwood’un yazı yazma makinesi, metal kablolarla çapraz bir şekilde döşenmiş bir yüzeyin, görme engelli kişiyi yazarken yönlendirmesi esasına dayanıyordu. Wedgwood, ardından mürekkebe batırılmış bir sayfa kağıdı kuruttuktan sonra onu bir başka kağıt ile makinenin kablolu yüzeyi arasına yerleştiriyordu. Makinenin metal çubuğu, karbonlu kağıttan aldığı mürekkebi altındaki kağıda aktararak, tüy kalemleri sürekli olarak mürekkeple doldurma zorunluluğunu da ortadan kaldırmış oluyordu.

Kopya kağıdı olarak da bilinen karbon kağıdı, stilografik yazıcının bir yan ürünü olarak üretildi ve iş dünyasında, insanları sahteciliğe yeltendirebileceği endişesi ile kısa sürede kabul görmedi. Karbon kağıdı, 1867 yılında ticari olarak başarı yakalayan ilk daktilonun piyasaya sürmesine kadar da popülerlik kazanmadı.

Kopya kağıdı 1860larda Lebbus Rogers‘ın kurum, neft ve yağ karışımını karbon kağıt üzerinde kullanması ile değişiklik gösterdi. Rogers’ın bu yöntemi, yirminci yüzyılın ortalarına kadar kullanılmaya devam etti. Elektronik iletişimin popülerlik kazanması le birlikte karbon kağıt kullanımı her ne kadar sona ermiş olsa da, İngilizce’de Carbon Copy’nin kısaltılmışı olan “Cc”, elektronik posta gönderiminde gönderilecek olan elektronik postanın kopyalanarak diğer kişilere de iletilmesi için kullanılmaya devam etmektedir.

Kağıt Hamuru Çeşitleri Nelerdir ?

Kimyasal Hamur

Dünyadaki tüm hamur üretme kapasitesinin % 42’si yüksek sıcaklıkta pişirme sırasında kimyasallar kullanır. Bu kimyasallar ligninin dağılıp parçalanmasını ve selüloz elyaflarından ayrılmasını sağlar. Kullanılan kimyasal tipi, son ürünün özelliğini belirler ve yüksek kalitede hamur elde edilir  : 

Kostik soda (  NaOH) ya da sodyum sülfat, mukavemetli kutu ve mukavva yapımında kullanılan kalın,güçlü elyaf üretir.(  Kraft prosesi olarak bilinir)

Amonyak ya da kalsiyum sülfat yüksek kaliteli yazı ve baskı tabı kağıtlarda kullanılan daha ince elyaf üretimi sağlar.

İlk aşamada ağaç, kabuklarından ayrılır ve yonga adı verilen 1-3 cm uzunluğunda 2-5 mm kalınlığında küçük parçalara ayrılır. Kağıt hamuru üretmenin ilk aşaması, pişirmedir.Pişirme, kağıt üretiminde kullanılacak olan selüloz elyaflarından lignin (  ağacın içinde elyafları birbirine bağlayan reçinemsi madde) ve diğer bileşenlerin ayrıştırılması amacı ile yapılır. Lignin eğer ayrıştırılmaz ise kağıdın kendisinin ve renginin bozulmasına (  Mekanik Odun Hamuru Prosesi – Groundwood ile çok az ya da hiç kimyasal kullanılmadan üretilen gazete kağıdında olduğu gibi ) neden olur.

Bu aşamada ligninden ayrılan elyaflar, ağaç rengindedir.Bu hamuru beyazlatmak için klor,klordioksit, ozon, hidrojen peroksit gibi kimyasallardan bir ya da bir kaçı kullanılır.Tipik bir beyazlatma prosesi, bir kaç beyazlatma aşamasından oluşur.

Bu aşamada selüloz elyafları hala içi boş ve sert halde olduklarından birbirleri ile kağıt üretimi sırasında bağ yapmaları için öğütücülerde öğütülürler. Öğütme sırasında elyaflar esnek hale gelir ve elyaf üzerinde saçaklar oluşturulur. Öğütücüler, yüksel hızda dönen çelik disklerde oluşur.İki disk arasına giren elyaflar, diskler üzerinde bulunan çubuklara çarparak ve birbirleri ile temas ederek saçaklı hale gelirler.

Mekanik Hamur

Yaklaşık olarak dünyada üretilen hamurun % 15’i mekanik olarak elde edilir.Bu prosesde yongalar öğütülerek elyafların birbirinden ayrılması sağlanır.Ancak çok az lignin giderimi olur ve ağacımsı-ağaç renginde hamur elde edilir. Gazete kağıdına ağaç rengi veren proses budur.Bu hamur üretim tarzında yoğun olarak enerji kullanılır ve çoğunlukla bu hamur mürekkebi emici ve mürekkebin hızlı kurumasını sağladığından gazete kağıdı üretiminde kullanılır.

Eski Kağıt – Geri Dönüşümlü Kağıt

Kimyasal hamur, geçmişte kağıt üretiminde en önemli ham madde idi, fakat artık eski kağıt kullanımı önem kazanmıştır.2002 de dünyada toplam olarak 158 milyon ton eski kağıt kullanılmıştır.Bu hacim 117 milyon tonluk kimyasal hamur ve 36 milyon tonluk mekanik hamur kullanımını geride bırakmıştır.Yukardaki rakamlar, global kağıt sektöründe selülozun yerini almakta olan eski kağıdın önemli bir rol oynamaya başladığını göstermektedir.

En azından geri dönüşüm anlamında kağıt endüstrisi, eski kağıdın en büyük kullanıcısıdır. Kağıt ve karton cinslerinin üretimi için,içinde mekanik ve kimyasal aşamalar bulunduran çeşitli eski kağıt işleme sistemleri, eski kağıt işlemesini yaparlar.Bu işleme sistemleri, hem mekanik, hem de kimyasal elyaf çoğu zaman da her ikisinin karışımını içeren çeşitli eski kağıt cinslerini kullanırlar. Bazı kağıt ve karton cinsleri sadece eski kağıttan yapılır. Bunlar örneğin Avrupa da testliner, oluklu karton ve gazete kağıdıdır. Gazete kağıdı ve diğer kağıt çeşitleri üretiminde eski kağıt ve selüloz karışım olarak da kullanılır. Eski kağıt içeriği 1.hamur kağıt için %5 den %100 ‘ e kadar çıkmaktadır.

Kağıt Hammaddeleri

İlk aşamada ağaç, kabuklarından ayrılır ve yonga adı verilen 1-3 cm uzunluğunda 2-5 mm kalınlığında küçük parçalara ayrılır. Kağıt hamuru üretmenin ilk aşaması, pişirmedir.Pişirme, kağıt üretiminde kullanılacak olan selüloz elyaflarından lignin (  ağacın içinde elyafları birbirine bağlayan reçinemsi madde) ve diğer bileşenlerin ayrıştırılması amacı ile yapılır. Lignin eğer ayrıştırılmaz ise kağıdın kendisinin ve renginin bozulmasına (  Mekanik Odun Hamuru Prosesi – Groundwood ile çok az ya da hiç kimyasal kullanılmadan üretilen gazete kağıdında olduğu gibi ) neden olur.

Kağıt hamuru beyazlatılıp öğütüldükten sonra su eklenerek seyreltik hale getirilir, gerekirse kalsiyum karbonat, kaolin gibi dolgu maddeleri eklenir. Bu karışım %99’u su, %1’i elyaf ve diğer katkı maddeleri olacak şekilde kağıt makinasına pompa ile iletilir.

Kağıt makinesında elek adı verilen çok ince gözenekli süzgeç üzerine hamur, çok dar bir yarıktan akıtılır. Elek, sürekli döner ve su-elyaf karışımındaki katı maddeler, elek üzerinde kalır ve su elek yardımı ile süzülür.Eleğin üzerinde böylece yaklaşık %20 si elyaf, % 80’I su olan yaş bir kağıt tabakası oluşmuş olur.

Bu yaş kağıt daha sonra yine kağıt makinesının bir parçası olan preslerde suyu daha fazla giderilir.Preslerden bu kağıt, % 42-48 arasında kuru içerikli olarak çıkar. Yaş kağıdın içinden presleme ile çıkarılabilecek maksimum su miktarı sınırlıdır. Bu nedenle kağıt, kurutma bölümüne geçer ve içinde yüksek sıcaklıkta buhar bulunan kurutma silindirleri ile temas etmesi sağlanarak kurutulur.

Kullanım alanları

Kâğıt kullanım alanına bağlı olarak oldukça fazla geniş bir yelpazede imal edilebilir.[13]

    Değerli kâğıtlar; Banknot (Kâğıt para), Çek, Güvenlik amaçlı Güvenlik kâğıdı, Fiş, Bilet
    Bilgi depolama için; Kitap, Defter, Dergi, Gazete, Sanat, Fanzin, Mektup
    Kişisel kullanım; Günlük, karalama kâğıdı, not defterleri vb.
    İletişim; bireylerin veya grupların haberleşmesi amacıyla.
    Ambalaj; Oluklu mukavva kutu, Kese Kâğıdı, Zarf, Duvar Kâğıdı
    Temizlik: Tuvalet kâğıdı, Mendil, Kâğıt havlu, Kâğıt mendil, Kedi kumu
    İnşaat ve yapım; Kartonpiyer, Origami, Kâğıt uçak, Kâğıt Telkari, Kâğıt petek, Kompozit malzemeler, Kâğıt mühendisliği, İnşaat kâğıdı ve Kâğıt giyim
    Diğer kullanımları; Zımpara kâğıdı, Kurutma kâğıdı, Turnusol, Evrensel gösterge, Kâğıt kromatografisi, Elektrik izolasyon kâğıtları, Filtre kâğıdı, İskambil kâğıdı

Kağıt Ebatları & Gramajları

Kuşe kağıt mat ve parlak yüzeyli
Ebatlar: 70 x100, 64 x 90, 57 x 82 cm
Gramajlar: 80 gr. | 90 gr. | 115 gr. | 135 gr. | 170 gr. | 200 gr. | 250 gr. | 300 gr. | 350 gr.
Bristol Karton; tek yüzeyi parlak
Ebatlar: 70 x100
Gramajlar: 180 gr. | 200 gr. | 225 gr. | 250 gr. | 280 gr. | 300 gr. | 330 gr. | 350 gr. | 400 gr.
I. Hamur Kağıt
Ebatlar: 70 x100, 64 x 90, 57 x 82 cm
Gramajlar: 55 gr. | 60 gr. | 70 gr. | 75 gr. | 80 gr. | 90 gr. | 100 gr. | 110 gr. | 120 gr.
Krome Karton; tek yüzeyi parlak [ Normprint (arkası gri), Extprint (arkası gri ön yüzü ekstra beyaz), Triblex (çift yüzeyi beyaz)
Ebatlar: 70 x100 cm
Gramajlar: 225 gr. | 250 gr. | 300 gr. | 350 gr. | 400 gr. | 450 gr.
Otokopi Kağıdı
Ebatlar: 70 x100, 64 x 90, 59 x 84 cm
Renkler: Beyaz | Sarı | Pembe | Yeşil | Mavi
Fantazi Kartonlar
Ebatlar: 70 x 100 ebatlarında ve farklı renklerde ve farklı dokuda bulunmaktadır.
Gramajlar: 90 gr. | 120 gr. | 140 gr. | 170 gr. | 220 gr. | 250 gr. | 280 gr. | 300 gr

Papier

Papier (  von lateinisch papyrus, aus altgriechisch πάπυρος pápyros‚ Papyrusstaude‘) ist ein flächiger Werkstoff, der im Wesentlichen aus Fasern meist pflanzlicher Herkunft besteht und durch Entwässerung einer Fasersuspension auf einem Sieb gebildet wird. Das entstehende Faservlies wird verdichtet und getrocknet.[

Definition
Man unterscheidet Beschreibstoffe wie Stein, Wachs, Metalle, Baumrinden (  Birkenrinde) sowie Pergament. Pergament ist eine besonders präparierte Tierhaut, ein Beschreibstoff von gleichmäßiger und geschlossener Oberfläche.
Pseudopapiere (  Papierähnliche) wie Papyrus, Tapa, Amatl und Huun – alle pflanzlichen Ursprungs – diese unterscheiden sich vom Papier vor allem durch die Technik der Herstellung  :  pflanzliche Fasern werden durch Klopfen miteinander verbunden und zu einem Blatt geformt.
Bei richtigem Papier müssen die dünnen Blätter aus Fasern bestehen, die eingeweicht, eingewässert wurden bis jedes Filament eine separate Einheit bildet. Dann müssen die mit Wasser vermischten Fasern, in Form einer dünnen, verfilzten Schicht abgeschöpft und getrocknet werden. Die ineinander verschlungene Faserschicht (  Vliesstoff), bildet so das Papier.[


Geschichte
Höhlenzeichnungen sind die ältesten Dokumente, die der Mensch mit Pigment­farbe auf einen Untergrund gezeichnet hat. Die Sumerer, als Träger der ältesten bekannten Hochkultur, schrieben seit etwa 3200 v. Chr. mit Keilschrift auf weiche Tontafeln, die zum Teil durch Zufälle gebrannt überliefert sind. Auch aus Ägypten sind Schriftträger aus anorganischen Materialien bekannt, beispielsweise die Narmer-Palette – eine Prunkpalette des Königs Narmer (  3100 v. Chr.) aus Schiefer

Papierähnlichere sind aus Papyrus gefertigt. Dieses Papyrus(  papier) besteht aus den flach geschlagenen, über Kreuz gelegten und gepressten Stängeln der am gesamten unteren Nil in ruhigen Uferzonen wachsenden Schilfpflanzen (  Echter Papyrus), die dünnen, gepressten Schichten werden dann zusammengeklebt (  laminiert). Geschrieben wurde darauf mit schwarzer und roter Farbe. Die schwarze Tusche bestand aus Ruß und einer Lösung von Gummi arabicum, die rote Farbe wurde auf Ocker-Basis hergestellt. Das Schreibgerät war ein Pinsel aus Binsen. Papyrus wurde im Alten Ägypten seit dem dritten Jahrtausend v. Chr. als Schreibmaterial benutzt. Zwar gab es Papyrus im antiken Griechenland, jedoch war eine Verbreitung über Griechenland hinaus kaum bekannt. Im 3. Jahrhundert v. Chr. ersetzten die Griechen den Pinsel durch eine gespaltene Rohrfeder.

Im Römischen Reich wurden sowohl Papyrus als auch Wachs­tafeln benutzt. In die Letzteren wurde der Text mittels angespitzter Griffel geritzt. Nach dem Auslesen wurde das Wachs mit einem Schaber geglättet und die Tafel konnte erneut beschrieben werden. Öffentliche Verlautbarungen wurden meist als dauerhafte Inschrift (  Steintafeln oder Metallplatten) an Tempeln oder Verwaltungsgebäuden angebracht. Die Römer bezeichneten Papyrus-Rindenbast mit lateinisch liber, aus dem sich später die Bezeichnung „Library“ (  Bibliothek) entwickelte.[3]
Bambusstreifen-Buch

In Indien und Ceylon wurden Blätter von Palmengewächsen, Talipot-Palme, Palmyrapalme sowie Aloe und in China Tafeln aus Knochen, Muscheln, Elfenbein und Schildkrötenpanzer benutzt. Später bestanden Schrifttafeln auch aus Bronze, Eisen, Gold, Silber, Zinn, Jade, Steinplatten und Ton oder auch häufig aus organischem Material, wie Holz-, Bambusstreifen und Seide. Pflanzenblätter und Tierhäute wurden noch nicht als Schriftträger benutzt. Orakelknochen wurden mit Griffeln geritzt oder mit Tinte mit Lampenruß oder Zinnober als Pigment beschriftet.[4]

In den Hochkulturen des Alten Orients und des Mittelmeerraumes wurde seit alters her Leder als Beschreibstoff verwendet. Wie Leder wird auch Pergament aus Tierhäuten hergestellt. Durch die Vorteile des Pergaments wurden im mittelalterlichen Europa andere Beschreibstoffe verdrängt. Die Tierhäute werden mit Pottasche oder Kalk gebeizt, gründlich gereinigt und aufgespannt getrocknet, es folgte das Schaben und die Oberflächenbearbeitung.

In der neuen Welt wurde Huun, Amatl, ein papierähnlicher Beschreibstoff, bereits vor dem 5. Jahrhundert von den Maya hergestellt.[5] Allerdings ist dieses Material, der Herstellungsart nach, eher dem Papyrus verwandt, denn es wird aus kreuzweise verpressten Baststrängen, nicht aber aus aufgeschlossenen Einzelfasern erzeugt. Auch der für die Papierdefinition essenziell wichtige Entwässerungsvorgang erfolgt weder auf einem Sieb noch durch mechanischen Wasserentzug. Insofern wäre es falsch, von einer Erfindung des Papieres in Amerika zu sprechen. Die tatsächliche und unabhängige Urherstellung von Papier lässt sich nur für Asien und Europa nachweisen.

Erfindung des Papiers

Obwohl es Funde aus China gibt, die auf etwa 140 v. Chr. datiert werden können, wird die Erfindung des Papiers Ts'ai Lun zugeschrieben, der um 105 n. Chr. (  Belegdatum der ersten Erwähnung der chinesischen Papierherstellungsmethode) ein Beamter der Behörde für Fertigung von Instrumenten und Waffen am chinesischen Kaiserhof war und erstmals das bekannte Verfahren Papier herzustellen beschrieb.[6] Zu seiner Zeit gab es einen papierartigen Beschreibstoff, der aus Seidenabfällen hergestellt wurde (  Chi). Diesen mischten die frühen Papiermacher vornehmlich mit Hanf, alten Lumpen und Fischernetzen und ergänzten das Material mit Baumrinde oder Bast des Maulbeerbaumes.[7] Die chinesische Erfindung bestand vor allem in der neuartigen Zubereitung  :  Die gesäuberten Fasern und Fasernreste wurden zerstampft, gekocht und gewässert. Anschließend wurden einzelne Lagen mit einem Sieb abgeschöpft, getrocknet, gepresst und geglättet. Beim Schöpfen entstand an dem Papier eine „Schönseite“, die an der dem Sieb abgewandten Seite lag, und eine „Siebseite“, die an dem Sieb lag. Der entstehende Brei aus Pflanzenfasern lagerte sich als Vlies ab und bildete ein relativ homogenes Papierblatt. Dies war eine Technik, die in Korea in einer eigenständigen Form vermutlich seit dem 2. Jahrhundert n. Chr. angewandt wurde und seit vielen Jahren unter dem Namen Hanji (  한지) ihre Renaissance feiert.

Da Bast ein Material ist, das im Vergleich zu dem verwendeten Holz längere Fasern und dadurch eine hohe zeitliche Haltbarkeit hat, war das Papier von Ts'ai Lun nicht nur zum Schreiben verwendbar, sondern auch für Raumdekorationen etwa in Form von Tapeten sowie Kleidungsstücken. Die Verwendung von Maulbeerbast lag nahe, da der Seidenspinner sich von den Blättern des Maulbeerbaums ernährte und somit dieses Material ein ohnehin vorhandenes Nebenprodukt aus der Seide­nproduktion war. Wie alt die Verwendung von Bast ist, belegt die Gletschermumie Ötzi (  ca. 3300 v. Chr), der Kleidungsstücke aus Lindenbast trägt.

Ostasien

Bereits im 2. Jahrhundert gab es in China Papiertaschentücher, im 3. Jahrhundert Zusatz von Leimstoffen (  Stärke), Erfindung der Leimung (  dünner Überzug, um Papier glatter und weniger saugfähig zu machen; die Tinte oder Tusche verläuft weniger stark), sowie die Färbung von Papier.[9] Möglicherweise wurde schon die erste Zeitung (  Dibao) herausgegeben.[10] Im 6. Jahrhundert wurde Toilettenpapier aus billigstem Reisstrohpapier hergestellt. Alleine in Peking wurden jährlich zehn Millionen Päckchen mit 1000 bis 10.000 Blatt produziert. Die Abfälle an Stroh und Kalk bildeten bald große Hügel, „Elefanten-Gebirge“ genannt. Für Zwecke des chinesischen Kaiserhofes stellte die kaiserliche Werkstatt 720.000 Blatt Toilettenpapier her. Für die kaiserliche Familie waren es noch einmal 15.000 Blatt hellgelbes, weiches und parfümiertes Papier.

Bekannt ist, dass um das Jahr 300 die Thais die Technik des schwimmenden Siebs zur Papierherstellung verwendeten. Das Bodengitter des Siebes war fest mit dem Rahmen verbunden. Jedes geschöpfte Blatt musste im Sieb trocknen und konnte erst dann herausgenommen werden. Entsprechend viele Siebe waren nötig.

Um das Jahr 600 gelangte die weiter entwickelte Technik des Schöpfens mit dem Schöpfsieb nach Korea und wurde um 625 in Japan verwendet. Das frisch geschöpfte Blatt kann feucht entnommen und zum Trocknen ausgelegt werden. Diese Technik wird noch bei handgeschöpftem Papier verwendet. Daraus ergibt sich, dass das Schöpfsieb in der Zeit zwischen 300 und 600 erfunden wurde.

In Japan wurde die Technik verbessert, indem der Faserbrei mit Pflanzenschleimen z. B. von Abelmoschus manihot aufgewertet wurde. Die Fasern waren gleichmäßiger verteilt, es traten keine Klümpchen auf. Dieses Papier wird als Japanpapier bezeichnet. Die Amtsrobe der japanischen Shintō-Priester, die auf die Adelstracht der Heian-Zeit zurückgeht, besteht aus weißem Papier (  Washi), das vorwiegend aus Maulbeerbaum-Bast besteht.

In der Tang-Dynastie wurde die Papierherstellung weiter stark verbessert, es wurde gewachst (  Chinawachs, Bienenwachs), gestrichen, gefärbt und kalandriert. Um den steigenden Papierbedarf unter den Tang zu decken, wurden die Bambusfasern zur Papierproduktion eingeführt.[4] Der chinesische Kaiser Gaozong (  650 bis 683) ließ erstmals Papiergeld ausgeben. Auslöser war ein Mangel an Kupfer für die Münzprägung. Seit dem 10. Jahrhundert hatten sich Banknoten in der Song-Dynastie durchgesetzt. Ab etwa 1300 waren sie in Japan, Persien und Indien im Umlauf und ab 1396 in Vietnam unter Kaiser Tran Thuan Tong (  1388–1398  ). Im Jahr 1298 berichtete Marco Polo in seiner Reisebeschreibung (  „Il Milione“) über die starke Verbreitung des Papiergeldes in China, wo es zu dieser Zeit eine Inflation gab, die den Wert auf etwa ein Prozent des ursprünglichen Wertes fallen ließ. Im Jahr 1425 wurde das Papiergeld allerdings wieder abgeschafft, um die Inflation zu beenden. Um das Inumlaufbringen von Falschgeld zu erschweren, wurde Papiergeld zeitweise aus einem Spezialpapier gefertigt, das Zusätze an Seidenfasern, Insektiziden und Farbstoffen enthielt.
Arabische Welt

Wann genau das erste Papier in der arabischen Welt produziert wurde, ist umstritten. So wird als Datum 750 oder 751 genannt, als vermutlich bei einem Grenzstreit gefangengenommene Chinesen die Technik der Papierherstellung nach Samarkand gebracht haben sollen. Andererseits gibt es Erkenntnisse, die zu der Annahme führen, dass in Samarkand bereits 100 Jahre früher Papier bekannt war und auch hergestellt wurde. Als Papierrohstoff wurden Flachs und Hanf (  Hanfpapier) benutzt. Bald hatten die Araber eine blühende Papierindustrie aufgebaut.

In Bagdad wurde um 795 die Papierherstellung aufgenommen, 870 erschien dort der erste Papiercodex. Papiergeschäfte waren wissenschaftliche und literarische Zentren, die von Lehrern und Schriftstellern betrieben wurden. Das Haus der Weisheit entstand nicht zufällig zu dieser Zeit in Bagdad. In den Kanzleien des Kalifen Hārūn ar-Raschīd wurde auf Papier geschrieben. Es folgten Papierwerkstätten in Damaskus, Kairo, in nordafrikanischen Provinzen bis in den Westen. Die Araber entwickelten die Herstellungstechnik weiter, durch die Einführung der Oberflächenleimung. Man mischte Lumpen und Stricke wurden zerfasert und gekämmt, dann in Kalkwasser eingeweicht, dann zerstampft und gebleicht. Diese Pulpe schmierte man an eine Wand zum Trocknen. Anschließend wurde sie mit einer Stärkemischung glattgerieben und in Reiswasser getaucht um die Poren zu schließen.[11] Genormte Flächenmaße wurden eingeführt, 500 Bogen waren ein Bündel (  rizma), worauf der noch in der Papierwirtschaft übliche Begriff Ries zurückgeht. Vom 8. bis zum 13. Jahrhundert dauerte die hohe Blütezeit des islamischen Reiches. Als Kulturzentrum zog Bagdad Künstler, Philosophen und Wissenschaftler, insbesondere Christen und Juden aus Syrien, an.


Indien

In Indien wurde das Papier ab dem 13. Jahrhundert unter islamischem Einfluss eingeführt und begann in Nordindien das bis dahin vorherrschende Palmblatt als Schreibmaterial abzulösen. Die indischen Papiermanuskripte sind aber durch das Vorbild der Palmblattmanuskripte beeinflusst. So wurde das Querformat (  das bei Palmblattmanuskripten durch die natürlichen Dimensionen der Palmblätter vorgegeben ist) beibehalten. An die Stelle der Löcher für den Bindfaden, der bei Palmblattmanuskripten die einzelnen Blätter zusammenhält, traten bei den Papiermanuskripten rein ornamentale Kreise. Im westlichen Nordindien ersetzte Papier das Palmblatt bis zum 15. Jahrhundert komplett. In Ostindien blieb das Palmblatt bis ins 17. Jahrhundert in Gebrauch. In Südindien konnte sich Papier dagegen nicht durchsetzen. Hier blieb das Palmblatt bis zum Aufkommen des Buchdrucks im 19. Jahrhundert das bevorzugte Schreibmaterial.

Europa
Die – wiedererrichtete – Hadermühle Stromers in einer Nürnberger Stadtansicht von 1493 (  der Gebäudekomplex in der unteren rechten Ecke). Wie alle Papiermühlen lag sie aufgrund ihres Gestanks und Lärms außerhalb der Stadtmauern.

Über den Kulturkontakt zwischen dem christlichen Abendland und dem arabischen Orient sowie dem islamischen Spanien gelangte das Schreibmaterial seit dem 11. Jahrhundert nach Europa. Ein bedeutender Teil der Ausgangsmaterialien für die frühe europäische Papiererzeugung bestand aus Hanffasern, Flachsfasern (  Leinen) und Nesseltuch, die Papiermühlen kauften die erforderlichen Hadern von den für sie arbeitenden Lumpensammlern. In Xàtiva bei Valencia gab es nach einem Reisebericht von Al-Idrisi bereits in der Mitte des 12. Jahrhunderts eine blühende Papierwirtschaft, die auch in die Nachbarländer hochwertige Produkte exportierte. Auch nach der Vertreibung der Araber aus Spanien blieb das Gebiet um Valencia bedeutend für die Papierwirtschaft, weil dort viel Flachs (  Leinen) angebaut wurde, der ein hervorragender Rohstoff für die Papierherstellung ist.

Das sogenannte Missale von Silos ist das älteste erhaltene christliche Buch aus handgeschöpftem Papier. Es stammt aus dem Jahr 1151 und wird in der Bibliothek des Klosters Santo Domingo de Silos in der Provinz Burgos (  Spanien) aufbewahrt.

Die maschinelle Massenproduktion von Papier begann im mittelalterlichen Europa; europäischen Papiermachern gelang es in kurzer Zeit, den Arbeitsprozess durch die Einführung zahlreicher – den Chinesen und Arabern unbekannter – Innovationen zu optimieren  :  Der Betrieb wassergetriebener Papiermühlen mechanisierte den bis dahin nur in Handarbeit oder mit Tieren im Kollergang praktizierten Zerkleinerungsvorgang.[13] Derartige Wassermühlen, eisenbewehrte Lumpen-Stampfwerke, sind erstmals ab 1282 bezeugt.[14] Das Reißen der Lumpen mit einem Sensenblatt löste die umständliche Praxis des Reißens von Hand oder Schneidens mit Messer oder Schere ab.[15] Papierpressen, konstruiert in Anlehnung an antike Kelter, trockneten das Papier durch Schraubpressdruck.[16]

Ebenfalls völlig neu war die Konstruktion des Schöpfsiebs, bei dem ein Metallgeflecht an die Stelle der älteren Bambus- oder Schilfsiebe trat.[17] Das starre Schöpfsieb aus Metalldraht war die technische Voraussetzung für das Anbringen des zur Kennzeichnung dienenden Wasserzeichens, einer italienischen Erfindung.[18] Die Verfeinerung der Papierqualität zu erschwinglichen Preisen trug kurze Zeit später wesentlich zum Erfolg des von Johannes Gutenberg erfundenen modernen Buchdrucks bei.[19]

Mit der Ausbreitung der Schriftlichkeit in immer weitere Bereiche der Kultur (  Wirtschaft, Recht, Verwaltung und Weitere) trat das Papier gegenüber Pergament seit dem 14. Jahrhundert[20] seinen Siegeszug an. Ab der Mitte des 15. Jahrhunderts begann mit dem Buchdruck auf dem billigeren Papier, das Pergament als Beschreibstoff in den Hintergrund zu treten. Allerdings dauerte es bis ins 17. Jahrhundert, bis es vom Papier weitgehend verdrängt wurde. In der Folge spielte Pergament nur noch als Luxusschreibmaterial eine Rolle.

Die erste deutsche Papiermühle entstand 1389/1390 bei Nürnberg. Gegründet wurde die Gleismühl vom Ratsherrn und Exportkaufmann Ulman Stromer. Stromer unternahm Geschäftsreisen, unter anderem auch in die Lombardei, und kam dort mit der Papierherstellung in Berührung. Stromer ließ Mitarbeiter und Erben einen Eid ablegen, die Kunst der Papierherstellung geheim zu halten. Die Gleismühl bestand aus zwei mit Wasserkraft angetriebenen Werkseinheiten. Die kleinere Mühle wies zwei Wasserräder auf, die größere verfügte über drei. Insgesamt wurden 18 Stampfen angetrieben.

1389 bis 1394 leitete Stromer selbst die Papiermühle und verpachtete sie dann gegen eine Pacht von „30 Ries gross Papier“ an Jörg Tirman, seinen Mitarbeiter. Die Schedelsche Weltchronik von 1493 zeigt sie als früheste Darstellung einer Papiermühle auf der Darstellung der Stadt Nürnberg. Die Gleismühle brannte später ab.

Östlich der Elbe entstanden die ersten Papiermühlen erst Mitte des 17. Jahrhunderts. Francois Feureton aus Grenoble gründete mit Unterstützung des Friedrich Wilhelm zunächst eine Papierfabrik in Burg und dann in Prenzlau.[27]
Technische Entwicklung bis zum 19. Jahrhundert

Die benötigten Zellstofffasern wurden bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts aus abgenutzten Leinentextilien, Lumpen, Hadern (  hergeleitet vom althochdeutschen hadara  :  „Schafspelz“) gewonnen. Lumpensammler und -händler versorgten die Papiermühlen mit dem Rohstoff. Lumpen waren zeitweise so begehrt und rar, dass für sie ein Exportverbot bestand, das auch mit Waffengewalt durchgesetzt wurde. In den Papiermühlen wurden die Hadern in Fetzen geschnitten, manchmal gewaschen, einem Faulungsprozess unterzogen und schließlich in einem Stampfwerk zerfasert. Das Stampfwerk wurde mit Wasserkraft angetrieben.

Die Rohstoffaufbereitung erfolgte noch im 17. Jahrhundert in handwerklich organisierten Betrieben sowie teilweise in größeren Manufakturen mit einem höheren Grad der Arbeitsteilung. Im frühen 18. Jahrhundert wurden halbmechanische Lumpenschneider eingeführt, die zunächst nach dem „Fallbeilprinzip“ sowie später nach dem „Scherenprinzip“ arbeiteten. In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts erfolgte der Übergang, statt des Faulens und Reinigens von Hadern, mit Chlor zu bleichen. Der Verlust an Fasern war so geringer, es konnten außerdem auch farbige Stoffe zu weißem Papier verarbeitet werden. Die typische Archivordnung in farbigen Aktendeckeln stammt beispielsweise noch aus der Zeit, als echt gefärbte blaue und rote Lumpen nur zu rosa oder hellblauem Papier verarbeitet werden konnten. Erst im 19. Jahrhundert kommen andersfarbige Aktendeckel (  etwa gelb) hinzu.
Der Papyrer aus Jost Ammans Ständebuch, 1568

Aus dem dünnen Papierbrei (  Stoff) in der Bütte (  = Bottich, daher der Name des Büttenpapiers) schöpfte der Papiermacher das Blatt mit Hilfe eines sehr feinmaschigen, flachen, rechteckigen Schöpfsiebes aus Kupfer von Hand. Das Schöpfsieb zeichnet sich durch einen abnehmbaren Rand, den Deckel, aus. Die Größe des Papierbogens wurde von der Größe des Siebes bestimmt. Nun drückte der Gautscher den frischen Bogen vom Sieb auf ein Filz ab, während der Schöpfer den nächsten Bogen schöpfte. Nach dem Gautschen wurden die Bögen in großen trockenen Räumen, vornehmlich auf Speichern und Dachböden, zum Trocknen aufgehängt. Anschließend wurde das Papier nochmals gepresst, geglättet, sortiert und verpackt (  eine Pauscht entspricht 181 Bogen Papier). Handelte es sich um Schreibpapier, wurde es geleimt. Dazu wurde es in Leim getaucht, gepresst und getrocknet. Der Leim hindert die Tinte am Verlaufen. Bei Handarbeit, die nur bei Fasern – und somit Papier – hoher Qualität angewendet wird, nehmen die Fasern keine bevorzugte Richtung ein (  Isotropie).

Der moderne technische Durchbruch begann sich mit der Erfindung des Holländers um 1670 abzuzeichnen. Es handelt sich um eine Maschine, die den Faserbrei (  Pulpe) nicht mehr durch reine Schlageinwirkung aufschließt, sondern durch eine kombinierte Schneid- und Schlageinwirkung. Der Holländer bot aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit einen schnelleren Faserdurchgang als das Stampfwerk. Somit stieg die Produktivität der Faseraufbereitung. Üblicherweise wurden Holländer anfangs dort eingesetzt, wo nur geringe Wasserkraft zur Verfügung stand (  geringe Antriebsmomente, aber hohe Drehzahlen möglich) und/oder eine Feinzeugaufbereitung einem großen Stampfwerk nachgeschaltet werden sollte. Das Zeitverhältnis für 1 kg Ganzstoff liegt bei etwa 12  :  1 (  Stampfzeit/Holländerzeit), wobei die schonende Stampfung eindeutig den besseren Halbstoff ergibt. Der Holländer wurde in deutschen Papiermühlen ab etwa 1710 umfassend eingesetzt. Durch den höheren möglichen Eintrag im Holländer (  ca. 15 kg Stoff im Gegensatz zu 2–5 kg im Stampfwerk) und die geringere erforderliche Mannkapazität verbreitete sich das Gerät schnell. Auch ist der Holländer wartungsärmer als ein Stampfwerk, was sich bei den Reinvestitionskosten erheblich bemerkbar machte. Später wurden dann direkt aus dem Holländerprozess die ersten Stetigmahlerkonstruktionen (  Jordan-Mühle Kegelstoffmühle, Scheibenrefiner) entwickelt.
Papiermacher

Ein Papiermacher ist ein Handwerker, der Papier herstellt. In der Gegenwart ist er in einer Papiermühle mit entsprechenden Produktionseinrichtungen (  industrielle Papierfabrik) tätig. Seit dem Jahr 2005 heißt der Beruf nach der Klassifikation in Deutschland Papiertechnologe.

In der größten Zahl der Fälle hat jeder leitende Papiermüller ein Wasserzeichen verwendet, das allein für seine Wirkungszeit typisch war. Da die Papiermacher ein Sonderberuf mit einer ausgeprägten Berufstradition innerhalb bestimmter Familien waren, ergänzen sich genealogische und Wasserzeichenforschung gegenseitig. Aus diesem Grunde ist das Deutsche Buch- und Schriftmuseum in der Deutschen Bücherei in Leipzig zugleich Standort einer Papiermacherkartei (  siehe Verkartung), in der die Daten von über 8000 Papiermachern, Papiermühlenbesitzern, Lumpensammlern und Papierhändlern samt ihren Familien erfasst worden sind, und einer Kartei der Papiermühlen mit den Papiermachern, die jemals auf ihnen erwähnt worden sind.
Industrialisierung
René-Antoine Ferchault de Réaumur

Der Mangel an Lumpen, Hadern, die für die Papierherstellung notwendig waren, wurde zum Engpass der Papierherstellung. Deshalb wurde bereits um 1700 nach Alternativen für die Hadern gesucht. Der französische Physiker René-Antoine Ferchault de Réaumur schrieb 1719 der französischen Akademie der Wissenschaften in Paris  : 

    „Die amerikanischen Wespen bilden ein sehr feines Papier, ähnlich dem unsrigen. Sie lehren uns, dass es möglich ist, Papier aus Pflanzenfasern herzustellen, ohne Hadern oder Leinen zu brauchen; sie scheinen uns geradezu aufzufordern zu versuchen, ebenfalls ein feines und gutes Papier aus gewissen Hölzern herzustellen. Wenn wir Holzarten ähnlich denen besäßen, welche die amerikanischen Wespen zu ihrer Papierherstellung benutzen, so könnten wir das weißeste Papier herstellen.“

Jacob Christian Schäffer führte umfassende Experimente durch, um Papier aus Pflanzenfasern oder Holz zu gewinnen; dies beschrieb er in sechs Bänden „Versuche und Muster, ohne alle Lumpen oder doch mit einem geringen Zusätze derselben, Papier zu machen“ zwischen 1765 und 1771. Seine Verfahren zur Papierherstellung aus Pappelwolle, Moos, Flechten, Hopfen, Weinreben, Disteln, Feldmelde Atriplex campestris, Beifuß, Mais, Brennnesseln, Aloe, Stroh, Rohrkolben, Blaukohlstrunken, Graswolle, Maiglöckchen, Seidenpflanzen, Ginster, Hanfschäben, Kartoffelpflanzen, Torf, Waldreben, Tannenzapfen, Weiden- und Espenholz sowie Sägespänen und Dachschindeln ergaben aber kein qualitativ gutes Papier und wurden deshalb von den Papiermüllern nicht verwendet.

    1756 In den zu Preußen gehörenden Ländern wird das Lumpenausfuhrverbot erlassen und die Mitführung eines Lumpenpasses durch die Lumpensammler vorgeschrieben.
    1774 Die Verwendung von Altpapier als Ausgangsstoff für neues wird durch die Publikation des Göttinger Professor Justus Claproth „Eine Erfindung, aus gedrucktem Papier wiederum neues zu machen und die Druckfarbe völlig auszuwaschen“ eingeleitet. (  Deinking-Verfahren)
    1784 Der französische Chemiker Claude Louis Graf Berthellet wendet bei der Papierherstellung die Chlorbleiche an.

Robert Papiermaschine 1798
Robert C. Williams Papier Museum

    1798 erhielt der Franzose Nicholas-Louis Robert ein Patent auf eine Längssiebmaschine, die eine maschinelle Fabrikation des Papiers ermöglichte. Bei dieser Papierschüttelmaschine wurde das Schöpfen des Papierbreis durch dessen Aufgießen auf ein rotierendes Metallsieb ersetzt.
    1804 Der Engländer Bryan Donkin vervollkommnet die Langsieb-Papiermaschine.
    1805 Die erste Rundsiebmaschine wird auf den englischen Mechaniker Joseph Bramah patentiert.
    1806 Die Harzleimung des Papiers bereits im Papierbrei, also im Herstellungsprozess, wird vom Uhrmacher Moritz Friedrich Illig aus Erbach im Odenwald erfunden.
    1820 Der Engländer Th. B. Crompton meldet Patent zur Trocknung der Papierbahn.

Friedrich Gottlob Keller erfand Anfang Dezember 1843 das Verfahren zur Herstellung von Papier aus Holzschliff, wobei er auf einem Schleifstein Holz in Faserquerrichtung mit Wasser zu Holzschliff verarbeitete, der zur Herstellung von qualitativ gutem Papier geeignet war. Er verfeinerte das Verfahren bis zum Sommer 1846 durch die Konstruktion von drei Holzschleifermaschinen. Am 11. Oktober 1845 ließ er eine Reihe von Exemplaren der „Nummer 41“ des Intelligenz- und Wochenblattes für Frankenberg mit Sachsenburg und Umgebung auf seinem Holzschliffpapier drucken.
Holzschleifer Schema

Die industrielle Auswertung seiner Erfindung blieb Friedrich Gottlob Keller versagt, weil ihm die Geldmittel zur technischen Erprobung fehlten und die Patentierung des Verfahrens vom Sächsischen Ministerium des Inneren verweigert wurden. So übertrug er am 20. Juni 1846 die Rechte zur Nutzung des Verfahrens gegen ein geringes Entgelt an den vermögenden Papierfabrikanten Heinrich Voelter, der das Kellersche Holzschliffverfahren weiterentwickelte, in die Praxis einführte und durch die Entwicklung von Hilfsmaschinen zur großtechnischen Nutzung brachte. Ab 1848 arbeitete Voelter mit dem Heidenheimer Papierfabrikanten Johann Matthäus Voith zusammen mit dem Ziel, Papier zur Massenware zu machen. Voith entwickelte das Verfahren weiter und erfand im Jahr 1859 den Raffineur, eine Maschine, die das splitterreiche Grobmaterial des Holzschliffs verfeinert und dadurch eine deutliche Verbesserung der Papierqualität herbeiführt.
Holzschleifer im Industriemuseum „Alte Dombach“ in Bergisch Gladbach

Seit etwa 1850 wurde der Holzschleifer eingesetzt, mit dem die Papierherstellung aus dem preiswerten Rohstoff Holz im industriellen Maßstab möglich wurde; um 1879 arbeiteten allein in Deutschland rund 340 solcher Holzschleifereien. Die größte Rohstoffnot wurde durch den Einsatz von Holzschliff zwar gemildert, auf Hadern konnte jedoch nicht zur Gänze verzichtet werden.

Die älteste erhaltene Holzschleiferei ist die Kartonfabrik von Verla in Finnland, die 1882 erbaut wurde. Die 1964 stillgelegte Fabrikanlage wurde 1996 in das Verzeichnis des UNESCO-Weltkulturerbes aufgenommen.

Die Holzschliffpapiere erwiesen sich wegen der in der Schliffmasse enthaltenen Restanteile verschiedener saurer Substanzen als problematisch. Diese Säureanteile stammen aus dem chemischen Aufschlussprozess, der für die Behandlung des zerfaserten Holzstoffes (  Lignocellulose) im industriell verbreiteten Sulfitverfahren zwangsläufig benötigt wird. Aus der Schwefligen Säure und ihren Salzen entstehen durch Luftoxidation und Hydrolyse reaktionsrelevante Mengen an Schwefelsäure. Durch die anhaltende Luft- und Luftfeuchteeinwirkung bilden sich weiterhin organische, chemisch sehr aktive Substanzen im Papier. Andere Aufschlussverfahren arbeiten mit Chlorverbindungen und Essigsäure. Diese komplexen Wirkungsmechanismen führen zur Vergilbung sowie zu einer erheblichen Verringerung der Reißfestigkeit, Naßfestigkeit und Biegesteifigkeit im Endprodukt, was sich als „Brüchigkeit“ des Papieres bemerkbar macht. Die verringerte Stabilität im Papier ist eine Folge der durch Säure katalysierten Spaltung des Cellulose­moleküls, die in Form einer fortschreitenden Kettenverkürzung abläuft. Hauptursache für das Vergilben des Holzschliffpapieres sind das Lignin und seine hierbei entstehenden Zersetzungsprodukte (  überwiegend aromatische Verbindungen).[28][29][30]

Häufig wird das Holzschliffpapier fälschlicherweise mit säurehaltigem Papier gleichgesetzt. Das säurehaltige Papier ist eine Folge des Herstellungsprozesses und einiger chemischer Zusätze seiner Leimung. Holzschliffpapier vergilbt besonders stark und verliert schnell seine Elastizität. Billiger Holzschliff und die 1806 erfundene Leimung mit verseiften Harzen wurden massenhaft eingesetzt, so dass insbesondere Papiererzeugnisse (  Bücher, Graphiken, Zeitungen, Landkarten) seit der Erfindung der Holzschlifftechnologie durch Friedrich Gottlob Keller nach 1846 und in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts aufgrund beider Ursachen in besonderer Weise den inneren Schadwirkungen unterliegen. Die Restaurierung ist kompliziert und bei hohen Zerfallsraten der Zellulose nur noch durch Massenentsäuerung und nachträglichen Stabilisierungsverfahren wie beispielsweise durch das Papierspaltverfahren möglich.[31][32]

So hat das Holzschliffpapier nicht nur einen Nutzen für die kostengünstige Herstellung von Papier gebracht, sondern auch einen großen Schaden für die schriftliche Überlieferung des 19. und 20. Jahrhunderts.

    1850 Erfindung der Kegelstoffmühle (  Jordan-Mühle).
    1854–1857 Die Engländer Watt, Burgess und Houghton stellen mittels Natronverfahren Holzzellstoff her.
    1866–1878 Der Amerikaner Benjamin Chew Tilghman und der Deutschen Alexander Mitscherlich entwickeln auf der Grundlage des Ritter-Kellner-Verfahrens den Sulfitzellstoff durch den chemischen Aufschluss von Holz.
    um 1870 Stroh als Ausgangsstoff für Papier kann gebleicht werden.
    1872 Der Braunschliff von Papier, 1869 von Moritz Behrend (  Varzin, Pommern), erfunden[33], wird vom Papiermacher Oswald Mayh in Zwickau eingeführt. Bereits zur Wiener Weltausstellung 1873 wurde das System erfolgreich präsentiert.[34]
    1872 Die preußischen Länder heben das Lumpenausfuhrverbot auf.
    1884 Erfindung des Sulfat-Zellstoff-Verfahrens durch C. F. Dahl.
    1909 William H. Millspaugh erfindet die Saugwalze.
    1919 Die ersten Papiere aus halbsynthetischen Fasern (  regenerierte Cellulose) werden durch F. H. Osborne gefertigt.
    1921 Beginn der Chlordioxid-Bleiche.
    1945 Kontinuierliche Stoffaufbereitung (  Pulper und Refiner verdrängen Kollergang und Holländer).
    1948 Erste Magnesiumbisulfit-Anlage mit Chemikalienrückgewinnung.
    1955 Das erste Papier aus vollsynthetischen Fasern (  Polyamid) wird durch J. K. Hubbard hergestellt.
    ab 1980 Entwicklung der chlorfreien Bleiche

Seit den 1980er Jahren wird für den Druck hochwertiger Publikationen und Grafiken überwiegend ein „alterungsbeständiges Papier“ oder „säurefreies Papier“ verwendet. Dieses ist durch geeignete chemische Zusätze frei von freien Säuren und freien Chloriden und wird in der DIN EN ISO 9706 genormt.
Industrielle Herstellung
Cellulosefasern in Papier

Unabhängig von der Faserart kann Papier in Handarbeit oder maschinell hergestellt werden. Für die maschinelle Erzeugung hat sich die Papierindustrie (  Wirtschaftszweig „Herstellung von Papier, Karton und Pappe“) etabliert.

Papier besteht hauptsächlich aus Cellulosefasern, die wenige Millimeter bis zu einigen Zentimetern lang sind. Die Cellulose wird zunächst weitgehend freigelegt, also von Hemicellulosen, Harzen und anderen Pflanzenbestandteilen getrennt. Der so gewonnene Zellstoff wird mit viel Wasser versetzt und zerfasert. Diesen dünnen Brei nennt der Papiermacher „Stoff“ oder „Zeug“. Wenn dieser in einer dünnen Schicht auf ein feines Sieb gegeben wird, hat er einen Wassergehalt von über 99 % (  Papiermaschinenauflauf) beziehungsweise etwa 97 % bei der Handschöpferei. Ein Großteil des Wassers tropft ab. Das Sieb muss bewegt werden, sodass sich die Fasern möglichst dicht über- und aneinander legen und ein Vlies, das Papierblatt, bilden. Wenn das Papier getrocknet ist, kann die Oberfläche mit Hilfe von Stärke, modifizierter Cellulose (  beispielsweise Carboxymethylcellulose) oder Polyvinylalkohol geschlossen werden. Dieser Vorgang wird als Leimung bezeichnet, obwohl der Begriff Imprägnierung der richtige wäre. Leimung erfolgt mit Harzseifen oder Alkylketendimeren innerhalb des Stoffes (  Masseleimung in der Papiermaschine oder Bütte).

Wird auf dem Handschöpf- oder Rundsieb ein Muster aus Draht angebracht, lagern sich an dieser Stelle weniger Fasern ab und das Muster ist beim fertigen Papier zumindest im Gegenlicht als Wasserzeichen zu erkennen. Wasserzeichen werden fast ausschließlich nur noch auf der Papiermaschine als Egoutteurwasserzeichen gefertigt.
Rohstoffe

Die für das Papier notwendigen Ausgangsstoffe lassen sich in vier Gruppen einteilen.

    Faserstoffe  :  wie Holzschliff, Halbzellstoffe, Zellstoffe, Altpapier, andere Fasern
    Leimung und Imprägnierung  :  wie tierische Leime, Harze, Paraffine, Wachse
    Füllstoffe  :  dazu gehören Kaolin, Talkum, Gips, Bariumsulfat, Kreide, Titanweiß
    Hilfsstoffe sind Farbstoffe, Entschäumer, Dispergiermittel, Retentionsmittel, Flockungsmittel, Netzmittel

Die Faserstoffe unterteilen sich wiederum in zwei Gruppen.

    Primärfaserstoffe, also erstmals in der Produktion eingesetzte Rohstoffe und
    Sekundärfaserstoffe (  Altpapier), nach dem Gebrauch noch einmal dem Produktionsprozess zugeführte Recyclingstoffe.

Die Cellulose ist die eigentliche, qualitativ hochwertige Fasergrundlage eines jeden Papieres. Cellulose ist ein Polysaccharid der Kohlenhydrate mit der angenäherten chemischen Formel (  C6H10O5)n, aus dem fast alle Zellwände von Pflanzen und Hölzern bestehen.

Cellulose kann aus Holz, Einjahrespflanzen (  beispielsweise Stroh), Hadern, Kunststoff-Fasern und Altpapier (  zunehmend zur Hälfte der eingesetzten Stoffe) gewonnen werden. Cellulose besteht aus sehr vielen, kettenförmig miteinander verknüpften Glukoseresten. Die einzelnen Cellulosemoleküle sind also kettenförmige Makromoleküle, deren kleinste Glieder Glukoseeinheiten sind. Das Glukosemolekül (  C6H12O6), das Monomer der Cellulose, bildet mit einem weiteren Glukosemolekül durch Lösung eines Wassermoleküls eine Cellobiose. Das Aneinanderreihen solcher Cellobiosen zu einer Kette bildet ein Cellulosemolekül (  es entsteht ein Polymer).

Die Kettenmoleküle bilden miteinander Mizellen, das sind Molekülbündel, aus denen sich die Fibrillen aufbauen. Erst eine größere Anzahl Fibrillen bildet die sichtbare Cellulosefaser. Die Molekülbündel bestehen aus kristallinen Bereichen (  regelmäßige Molekül-Führung) und amorphen Bereichen (  unregelmäßige Molekülführung). Die kristallinen Bereiche sind für die Festigkeit und Steifheit, die amorphen Bereiche für die Flexibilität und Elastizität des Papiers verantwortlich. Die Länge der Kette, also die Anzahl der Monomere, variiert je nach Papierrohstoff und ist für die Qualität und Alterungsbeständigkeit von großer Bedeutung.

Das nicht aufbereitete Fasermaterial zur Papierherstellung nennt der Papiermacher Halbstoff.

Zu nahezu 95 % wird Papier aus Holz (  in Form von Holzstoff, Halbzellstoff, Zellstoff oder Altpapier) hergestellt. Faserbildung und Härte des Holzes spielen bei der Auswahl als Papierrohstoff eine Rolle, nicht jedes Holz ist für jede Papierart gleich gut geeignet. Häufig werden Nadelhölzer wie Fichte, Tanne, Kiefer und Lärche verwendet. Aufgrund der längeren Fasern gegenüber Laubhölzern verfilzen diese Fasern leichter und es ergibt sich eine höhere Festigkeit des Papiers. Aber auch Laubhölzer wie Buche, Pappel, Birke und Eukalyptus werden gemischt mit Nadelholz-Zellstoff eingesetzt. Die Verwendung sehr kurzfaseriger Harthölzer ist auf hoch ausgerüstete Spezialpapiere beschränkt.

Die Verfügbarkeit und die regionalen Gegebenheiten bestimmen hauptsächlich, welche Holzart als Primärrohstoff eingesetzt wird, wobei seit den 1960er Jahren große Mengen an Holz für die Papierherstellung mit sogenannten Holzspänetransportern weltweit über See verschifft werden. Allerdings muss auch beachtet werden, dass die Eigenschaften des gewinnbaren Zellstoffes mit der gewünschten Papierbeschaffenheit korrelieren. Schnellwüchsige Hölzer wie Pappeln kommen dem großen Bedarf entgegen, eignen sich jedoch nur für voluminöse, weiche und weniger reißfeste Papiere. Zellstoffe aus Laubhölzern haben kürzere und dünnere Fasern als jene aus Nadelhölzern. Entsprechend den späteren Anforderungen an das Papier werden unterschiedliche Mischungen von diesen Kurzfaser- und Langfaserzellstoffen beziehungsweise Hart- und Weichfaserstoffen eingesetzt. Die Steuerung der Eigenschaften kann geringfügig über den Aufschlussprozess und die spätere Mahlung variiert werden. So kann ein Fichtenzellstoff sowohl mit Natronlauge hart erkocht werden als auch langfaserig und weicher im Sulfatverfahren. Zellstoffe aus Einjahrespflanzen zeigen größtenteils Eigenschaften wie die typischen Nadelholzzellstoffe und werden deshalb auch als Surrogate für diese eingesetzt (  etwa Espartogras statt Fichte). Alle cellulosehaltigen Stoffe sind grundsätzlich zur Papierherstellung geeignet. Zunehmend ist die Bedeutung von Altpapier als Rohstoff. Papierabfälle werden bis zu 100 % für weniger wertvolle Papiersorten eingesetzt. Bei Feinpapieren gewinnt moderner Deinkingstoff immer höhere Einsatzanteile. LWC-Papiere enthalten teilweise bis zu 70 % Altpapier-Stoff ohne nennenswerte Einbuße in der Gebrauchsfähigkeit. Der früher wichtigste Rohstoff, die Hadern (  Lumpen), findet nur noch in geringen Mengen Verwendung.

Einen Anteil von 61 % hat der Sekundärrohstoff Altpapier in den 2010er Jahren an den in Deutschland eingesetzten Rohstoffen für Papier, Pappe und Kartonagen erreicht. Da Altpapier bereits einmal zu Papier verarbeitet wurde, enthält es jedoch viele Zusatzstoffe und wurde bereits gemahlen. Die Fasern werden durch die erneute Verarbeitung zu Papier weiter geschädigt, der Anteil der Zusatzstoffe im Verhältnis zu den Faserstoffen nimmt zu. In der Praxis werden Papierfasern im Schnitt nur fünf bis sechsmal rezykliert.

In Europa und Amerika werden vereinzelt Weizen und Roggen zur Strohfasergewinnung genutzt. Grassorten aus Nordafrika wie Alfa- und Espartogras können verwendet werden. In Japan wird noch immer Reisstroh verwendet, in Indien ist es schnell wachsender Bambus. Mengenmäßig spielen diese Faserstoffe weltweit im Vergleich zu Zellstoff aus Holz keine große Rolle. Für besondere, dauerhafte und stark beanspruchte Papiere für Banknoten und Wertpapiere werden in geringem Umfang noch Hadern verwendet.
Aufbereitung von Halbstoff
Mechanische Aufbereitung

Weißer Holzschliff

Weißschliff entsteht aus geschliffenen Holzstämmen. Dazu werden geschälte Holzabschnitte mit viel Wasser in Pressenschleifern oder Stetigschleifern zerrieben. (  vergleiche auch Holzschleifer) Im gleichen Betrieb wird die stark verdünnte Fasermasse zu Papier verarbeitet oder zum Versand in Pappenform gebracht. Dies geschieht mit Entwässerungsmaschinen.

Brauner Holzschliff

Braunschliff entsteht, wenn Stammabschnitte erst in großen Kesseln gedämpft und dann geschliffen werden.

Thermomechanischer Holzstoff

Thermomechanischer Holzstoff (  TMP) entsteht aus gehäckselten Holzabfällen und Hackschnitzeln aus Sägereien. Diese werden im TMP-Verfahren (  Thermo-mechanical-Pulp-Verfahren) bei 130 °C gedämpft. Die Lignin-Verbindungen zwischen den Fasern lockern sich dadurch. Anschließend werden die Holzstücke in Refinern (  Druckmahlmaschinen mit geriffelten Mahlscheiben) und Zusatz von Wasser gemahlen. Thermomechanischer Holzstoff hat im Vergleich zum Holzschliff eine gröbere Faserstruktur. Werden außerdem Chemikalien zugesetzt, handelt es sich um das chemo-thermomechanische Verfahren (  CTMP). Durch rein mechanische Verfahren gewonnener Holzstoff (  RMP) besteht nicht aus den eigentlichen Fasern, sondern aus zerriebenen und abgeschliffenen Faserverbindungen, diese werden verholzte Fasern genannt. Um die elementaren Fasern zu gewinnen ist eine chemische Aufbereitung des Holzes notwendig.
Chemische Aufbereitung
Früher für die Zellstoffherstellung verwendeter Säureturm in Crossen (  Zwickau)

Holzschnitzel werden in einem Kochprozess chemisch behandelt. Die Fasern werden durch zwölf- bis fünfzehnstündiges Kochen von den Inkrusten, den unerwünschten Holzbestandteilen, Begleitstoffen von Cellulose getrennt. Chemisch betrachtet besteht Holz aus  : 

    40 % bis 50 % Cellulose
    10 % bis 15 % Hemicellulose
    20 % bis 30 % Lignin
    6 % bis 12 % sonstigen organischen Stoffen
    0,3 % bis 0,8 % anorganischen Stoffen

Es gibt Natron-, Sulfit- und Sulfatverfahren, die nach den eingesetzten Kochchemikalien unterschieden werden. Das „Organocell-Verfahren“ ist eine neue Entwicklung. Vor allem enthaltenes Restlignin färbt den Zellstoff nach dem Kochen gelblich bis braun, er muss also gereinigt und gebleicht werden. Restlignin und andere unerwünschte Stoffe werden beim Bleichen herausgelöst, chemische Aufhellung beseitigt Verfärbungen. Der gebleichte Zellstoff wird entwässert. Er wird nun entweder direkt zu Papier verarbeitet oder zu Rollen aufgewickelt. Die Ausbeute ist bei der Zellstoffherstellung geringer als bei der Holzstoffherstellung. Zellstofffasern aber haben den Vorteil, dass sie länger, fester und geschmeidiger sind. Aus Nadelholz gewonnene Zellstofffasern sind ca. 2,5 mm bis 4 mm lang, aus Laubholz gewonnene sind etwa 1 mm lang. Der größte Teil, ca. 85 % des benötigten Zellstoffs, vor allem Sulfatzellstoff, wird aus den skandinavischen Ländern, USA und Kanada importiert. Sulfatzellstoff ist im Vergleich zu Sulfitzellstoff langfaseriger und reißfester, somit wird er hauptsächlich für die Herstellung hochweißer Schreib- und Druckpapiere verwendet. Sulfitzellstoff findet überwiegend Verwendung bei der Herstellung weicher Hygienepapiere.
Welt-Zellstoffproduktion nach Bleichmethode  :  Chlor (  grün), Elementar-Chlor-Frei (  blau), d. h. mit Chlordioxid/Chlorit oder Total-Chlor-Frei (  grau)

Der Faserstoff muss gebleicht werden, damit daraus weißes Papier entstehen kann. Traditionell wurde der Zellstoff mit Chlor gebleicht. Das führt jedoch zu einer hohen Belastung der Abwässer mit organischen Chlorverbindungen (  AOX). Modernere Verfahren ersetzten Chlor durch Chlordioxid für ECF-Zellstoffe (  „elemental chlorine free“ bzw. „Elementar-Chlor-Frei“). Aufgrund der höheren Oxidationswirkung und der besseren Selektivität von Chlordioxid sinkt die AOX Belastung um 60 %–80 %. Wird vollständig auf Chlorverbindungen verzichtet und Sauerstoff, Ozon, Peroxoessigsäure und Wasserstoffperoxid verwendet, wird der Zellstoff mit TCF (  totally chlorine free) bezeichnet. Papier aus ECF-Zellstoffen wird als chlorarm bezeichnet, (  es sind noch Chlorverbindungen vorhanden). Chlorarme Druckpapiere sind in hochweißer Qualität schon ab einer flächenbezogenen Masse von 51 g/m2 herstellbar, chlorfreie erst ab 80 g/m2.

TCF-Zellstoff hat eine geringere Faserfestigkeit als chlorgebleichter oder ECF. Vorwiegend aus Holzstoff hergestelltes Papier heißt holzhaltig, im Handel mittelfein. Da Lignin, Harze, Fette und Gerbstoffe im Faserbrei verbleiben, sind sie von geringerer Qualität als holzfreie Papiere.
Organocell-Verfahren

Das einst im niederbayerischen Kelheim großtechnisch und weltführend umgesetzte Organocell-Verfahren dient der schwefelfreien und damit umweltfreundlicheren Zellstoffproduktion. In mehreren Kochstufen werden die Holzschnitzel in einem Ethanol-Wasser-Gemisch unter Zusatz von Natronlauge bei Temperaturen von bis zu 190 °C unter Druck aufgeschlossen. Dabei lösen sich Lignin und Hemicellulose. Es folgen verschiedene Waschstufen, in denen der Zellstoff von der Kochflüssigkeit befreit wird sowie Bleichen und Entwässern.

Der Zellstoff wird in drei Stufen gebleicht  : 

    im alkalischen Milieu mit Sauerstoff unter Verwendung von Wasserstoffperoxid
    mit Wasserstoffperoxid oder Chlordioxid
    mit Wasserstoffperoxid

Ethanol und Natronlauge, die Kochchemikalien, werden in einem Recyclingverfahren, welches parallel zur Zellstoffproduktion abläuft, zurückgewonnen. Es werden schwefelfreies Lignin und schwefelfreie Hemicellulose gewonnen, die von der chemischen Industrie verwendet werden können.
Strohzellstoff

Durch Zerkleinern und Kochen in Natronlauge wird aus Stroh der Halbstoff Strohzellstoff oder, bei anderer Aufbereitung, gelber Strohstoff.
Kugelkocher und Pulper
Schema eines Kugelkochers
Kugelkocher im Industriemuseum „Alte Dombach“ in Bergisch Gladbach

Im Kugelkocher werden Hadern gekocht. Dazu werden sie zunächst sortiert, im Haderndrescher gereinigt. Mit Kalklauge und Soda werden die Hadern unter Dampfdruck von 3 bar bis 5 bar im Kugelkocher gekocht. Dabei werden Farbstoffe zerstört, Fett verseift und Schmutz gelöst. Während des mehrstündigen Kochens lockert sich das Gewebe der Hadern und sie lassen sich anschließend leicht zu Halbstoff zerfasern.

Der Pulper (  Stoffauflöser) ist eine Bütte mit rotierendem Propeller. In ihm wird nach Güteklassen sortiertes, zu Ballen gepresstes Altpapier mit viel Wasser zerkleinert und mechanisch aufgelöst. So werden die Fasern des Altpapiers geschont. Ein Arbeitsgang, der früher häufig mit dem Kollergang durchgeführt wurde. Der pumpfähige Faserbrei ist noch verunreinigt. Er gelangt im Pulper in einen Zylinder und wird von einem Rotor zerfasert. Dann wird der grob gelöste Stoff durch ein Sieb gedrückt. Infolge der Zentrifugalkraft werden grobe Verunreinigungen ausgeschieden. An der Zylinderachse sammelt sich der leichte Schmutz. Weitere Fremdstoffe wie Wachse und Druckfarben werden in Spezialanlagen herausgelöst.
Entfärbung von Altpapier

Beim Deinking werden die Druckfarben mit Hilfe von Chemikalien (  Seifen und Natriumsilicat) von den Fasern des Altpapiers gelöst. Durch Einblasen von Luft bildet sich an der Oberfläche des Faserbreis Schaum, in welchem sich die Farbbestandteile sammeln und abgeschöpft werden können. Dieses Trennverfahren heißt Flotation.
Aufbereitung zum Ganzstoff

Der Halbstoff wird durch Faserstoffmahlung und Mischung zum Ganzstoff verarbeitet. Die Halbstoffe werden in Refinern (  Kegelstoffmühle) weiter zerfasert. Als dicker Brei fließt das Halbfertigprodukt im Refiner zwischen einer Messerwalze und seitlich befestigten Grundmessern hindurch. Die Fasern werden dabei zerschnitten (  rösche Mahlung) oder zerquetscht (  schmierige Mahlung), je nach Einstellung der Messer. Die Enden der gequetschten Fasern sind fibrilliert (  ausgefranst), was bei der Blattbildung zu einer besseren Verbindung der Fasern führt.

    Weiche, voluminöse, saugfähige und samtige Papiersorten entstehen aus rösch gemahlenen Fasern, etwa Löschpapier.
    Schmierig gemahlene Fasern führen zu festen harten Papieren mit geringer Saugfähigkeit und wolkiger oder gleichmäßiger Transparenz wie für transparentes Zeichenpapier, aber auch Urkunden-, Banknoten- und Schreibmaschinenpapier.

Außerdem können die Fasern bei der Mahlung lang oder kurz gehalten werden, wobei die langen Fasern stärker verfilzen als die kurzen. Es ergeben sich daraus vier verschiedene Möglichkeiten der Mahlung. Faserlänge und Mahlart bestimmen Faser- und Papierqualität. Übliche Kombinationen sind rösch und lang oder schmierig und kurz.

Die Messer des Refiners liegen bei der Kurzfasermahlung sehr eng aneinander, sodass fast kein Zwischenraum vorhanden ist. Das Mischen der verschiedenen Halbstoffe sowie die Zugabe von Füll-, Leim- und Farbstoffen gehören zur Herstellung des Ganzstoffes.
Schematische Darstellung einer Langsiebpapiermaschine

Auf der Papiermaschine wird die Papierbahn gebildet. Folgende Maschinenstationen sind hintereinander geschaltet  : 

    Stoffauflauf
    Siebpartie
    Nasspressenpartie
    Trockenpartie
    Aufrollung

Blattbildung

Die Blattbildung findet bei der industriellen Papierproduktion auf der Papiermaschine statt. Der gereinigte und entlüftete Papierbrei, welcher zu ca. 99 % aus Wasser besteht, wird im Stoffauflauf zu einem dünnen, möglichst gleichförmigen Strahl geformt. Dieser trifft bei Langsiebpapiermaschinen auf ein rotierendes, endloses Sieb (  siehe dazu auch Metalltuch). Innerhalb weniger Sekunden läuft ein sehr großer Teil des Wassers ab und die Papierstruktur entsteht. Hierbei tragen unter dem Sieb angebrachte Sauger sowie Pulsationen erzeugende Foils zur Entwässerung des Faserstoffs bei. Oftmals wird auch versucht, die Temperatur der Suspension zu erhöhen (  beispielsweise über Dampfblaskästen), was über eine niedrigere Viskosität ebenfalls die Entwässerung fördert. Soll das Papier ein Wasserzeichen enthalten, ist dieses in das Sieb eingearbeitet oder wird von oben mittels einer sogenannten Egoutteurwalze aufgebracht.

Auf Langsiebpapiermaschinen gefertigtes Papier hat wegen der einseitigen Entwässerung i. d. R. eine ausgeprägte Zweiseitigkeit. Diese drückt sich neben den unterschiedlichen Oberflächen (  die Siebseite und die glatte Filz- oder Schönseite) meist auch in einer sehr ungleichmäßigen Verteilung der Füllstoffe innerhalb des Papieres aus. Dies hat neben unterschiedlicher Bedruckbarkeit oftmals auch eine Rollneigung (  Curl) zur Folge. Abhilfe verschafft hier teilweise die Entwässerung über ein zweites Sieb nach oben (  sogenannte Hybrid-Former), die zudem die Gesamtentwässerungsleistung erhöht.

Langsiebpapiermaschinen geraten jedoch spätestens ab Geschwindigkeiten von ca. 1200 m/min an physikalische Grenzen, da die erzeugten Luftverwirbelungen über dem Langsieb die Formation zerstören. Moderne Papiermaschinen, insbesondere für graphische Papiere und Tissue, produzieren jedoch mit Geschwindigkeiten von bis zu 2000 m/min bei Arbeitsbreiten von mehr als zehn Metern. Daher sind für diese Maschinen andere Stoffauflaufkonzepte entwickelt worden, sogenannte Gap-Former  :  Hierbei wird der Papierbrei direkt in einen Spalt zwischen zwei rotierende Siebe gespritzt. Neben der höheren Laufgeschwindigkeit bieten Gap-Former auch eine deutlich gleichmäßigere Entwässerung und damit verminderte Zweiseitigkeit. Bei Papieren aus maschineller Produktion verlaufen fast alle Fasern parallel zur Siebrichtung.
Siehe auch  :  Laufrichtung

Am Ende des Siebes wird die weiche Papierbahn auf einen Filz übergeben und gelangt in die Pressenpartie. Traditionelle Pressenpartien bestehen aus drei bis vier aufeinanderfolgenden Pressen, in denen die Papierbahn mittels gegeneinandergepresster Walzen zwischen Filzen entwässert wird. Seit Anfang der 1990er Jahre hat sich jedoch zunehmend das Konzept der Schuhpresse durchgesetzt, bei der eine Walze den Filz und das Papier in einen polymerbespannten 'Schuh' presst. Dies hat eine deutlich größere Niplänge zur Folge, womit sich eine schonendere und gleichzeitig stärkere Entwässerung erzielen lässt.

In der Trockenpartie findet schließlich die endgültige Entwässerung statt. Hier läuft die Papierbahn durch eine Anzahl dampfbeheizter Trockenzylinder und wird anschließend geglättet und aufgerollt. In einigen Fällen (  hochglatte und scharf satinierte Papiere) wird vor dem endgültigen Aufrollen noch ein weiterer Glättungsschritt im Kalander vollzogen.

Der Papierbrei enthält außerdem  : 

Füllstoffe

Neben den Faserstoffen werden bis zu 30 % Füllstoffe dem Ganzstoff hinzugefügt. Diese können sein  : 

        Kaolin (  engl. China Clay) (  Porzellanerde) In der Vergangenheit war Kaolin das bei der Papierherstellung am meisten verwendete Pigment. Kaolin bleibt über ein weites pH-Spektrum chemisch inert und kann deshalb nicht nur in sauren, sondern auch in alkalischen Produktionsverfahren verwendet werden. Etwa seit 1990 ist der Anteil des Kaolins bei der Papierherstellung jedoch deutlich zurückgegangen, da es sowohl als Füllstoff als auch als Streichpigment nach und nach durch Calciumcarbonat ersetzt wurde. Kaolin ist das bevorzugte Material bei der sauren Papierherstellung. Bei der sauren Papierherstellung ist der Einsatz von Calciumcarbonat nicht sehr verbreitet, da dieses aufgrund chemischer Reaktionen mit der Säure zerstört wird und deshalb die ihm zugedachte Funktion nicht mehr erfüllt. Im letzten Jahrzehnt war in der Papierindustrie ein Trend von der Verwendung von Kaolin hin zu Calciumcarbonat zu beobachten. Dieser Trend ist durch mehrere Faktoren verursacht worden  :  Zum einen durch die steigende Nachfrage nach weißerem Papier und durch die Weiterentwicklung von gefälltem Calciumcarbonat (  PCC), die seinen Einsatz in Streichanwendungen für Papier und in mechanischen Druckverfahren erst ermöglichte, zum anderen durch die zunehmende Verwendung von Recyclingpapier, die stärkere und weißere Pigmente, die Carbonate, erforderlich macht.[35]
        Talkum Talkum verringert die Porosität von Papier und wird daher zur Verbesserung der Bedruckbarkeit ungestrichener Papiere eingesetzt. Seine Eigenschaften unterscheiden sich jedoch erheblich von denen des Calciumcarbonats. Durch die Verwendung von hochpreisigem Talkum zur Beeinflussung der Holzfaserkörnung werden die Laufeigenschaften des Papiers verbessert. Der Glanz und die erreichte Lichtstreuung liegen jedoch unter denen von Calciumcarbonat.[35]
        Titanweiß (  Titandioxid) Mit Titandioxid können eine hohe Opazität, eine gute Lichtstreuung und ausgezeichneter Glanz erzielt werden, aber dieses Material ist um ein Vielfaches teurer als Calciumcarbonat und wird daher nicht in standardmäßigen Füll- oder Streichanwendungen eingesetzt. Es wird für die Herstellung von hochwertigem Papier mit kleinen Auftragsmengen, wie beispielsweise für Bibeln, verwendet.[35]
        Stärke
        Bariumsulfat Blanc fix
        Calciumcarbonat

            a) Gemahlenes Calciumcarbonat (  GCC)  :  Die chemische Formel CaCO3 bezeichnet einen Rohstoff, von dem es überall auf der Welt natürliche Vorkommen gibt. Trotz der Vielzahl der Lagerstätten sind nur einige von so hoher Qualität, dass der Rohstoff außer im Bausektor und im Straßenbau auch in der Industrie und in der Landwirtschaft verwendet werden kann. Die wichtigsten für die Herstellung von GCC verwendeten CaCO3-haltigen Materialien sind Sedimentgesteine (  Kalkstein oder Kreide) und das metamorphe Gestein Marmor, die sowohl im Tagebau als auch unter Tage abgebaut werden. Anschließend werden in einem Siebeverfahren Schlamm und Verunreinigungen wie farbige Silikate, Graphit und Pyrit entfernt. Nach der Siebung wird der Rohstoff weiter zerkleinert und gemahlen, bis die für die betreffende Anwendung erforderliche Körnung erreicht ist. Marmorsplitt aus hochwertigen Lagerstätten kann auch ohne weitere Bearbeitung direkt an die GCC-Werke geliefert werden. GCC wird aus verschiedenen Quellen (  Kalkstein, Kreide, Marmor) gewonnen und hat ein großes Helligkeitspektrum. Wenn ein hoher Helligkeitsgrad erforderlich ist, bevorzugt die Papierindustrie in der Regel Marmor. Auch Kalkstein und Kreide können verwendet werden, haben jedoch einen niedrigeren Helligkeitsgrad. Als Füllstoff enthält GCC zu 40–75 % Körner mit einer Größe von weniger als 2 µm. Mit der Umstellung von der sauren auf die alkalische/neutrale Papierherstellung hat GCC das Kaolin als führendes Füllstoffpigment abgelöst. GCC ist zwar ein wichtiger Papierfüllstoff, in Europa wird er jedoch in erster Linie als Papierstreichpigment verwendet.
            b) Gefälltes Calciumcarbonat (  PCC)  :  PCC ist ein synthetisches Industriemineral, das aus gebranntem Kalk oder dessen Rohstoff, Kalkstein, hergestellt wird. In der Papierindustrie, die der größte Abnehmer von PCC ist, dient das Material als Füllstoff und als Streichpigment. Im Gegensatz zu anderen Industriematerialien ist PCC ein synthetisches Produkt, das geformt und modifiziert werden kann, um dem herzustellenden Papier unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen. Die physikalische Form des PCC kann sich im Reaktor erheblich verändern. Variable Faktoren sind unter anderem die Reaktionstemperatur, die Geschwindigkeit, mit der Kohlenstoffdioxidgas zugesetzt wird, und die Bewegungsgeschwindigkeit. Diese Variablen beeinflussen die Körnung und die Kornform des PCC, seine Oberflächengröße und Oberflächenchemie sowie die Korngrößenverteilung. Zwar ergeben sich daraus, dass mithilfe des PCC die Eigenschaften des Papiers gesteuert werden können (  größere Helligkeit, Lichtundurchlässigkeit und Dicke als bei GCC), viele Vorteile, PCC kann jedoch nicht unbegrenzt als Füllstoff verwendet werden, da er die Faserfestigkeit reduziert. PCC wird auch als Papierstreichpigment verwendet, jedoch sind die verwendeten Mengen im Vergleich zu den Mengen des als Papierfüllstoff verwendeten PCC gering.[35]

        Weitere Füllstoffe  :  In verschiedenen Anwendungen mit geringen Auftragsmengen kommen zahlreiche andere Minerale zum Einsatz. Dazu gehören Gips, Bentonit, Aluminiumhydroxid und Silicate. Diese Minerale werden jedoch nur in sehr geringem Umfang eingesetzt und erreichen lediglich einen Anteil von 3 % an den in der Papierindustrie eingesetzten Pigmenten.[35]

Durch das Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Fasern machen die Füllstoffe das Papier weicher und geschmeidiger und geben ihm eine glatte Oberfläche. Der Massenanteil der Füllstoffe drückt sich in der „Aschezahl“ aus. Bei Spezialpapieren, die, wie im Fall des „Theaterprogrammpapieres“, raschelfrei sein sollen, wird ein hoher Aschegehalt mit langen Fasern kombiniert. Auch Zigarettenpapier wird stark gefüllt, damit es glimmt und nicht abbrennt.

Die Zusammensetzung und Kristallstruktur der Füllstoffe bestimmen Transparenz und Opazität eines Papiers sowie die Farbannahme beim Druck mit wegschlagenden Farben. Für die Tintenfestigkeit hingegen ist Leim notwendig. Füllstoffe können teilweise auch die Eigenschaften der Farbstoffe mit übernehmen. Viele Pigmentfarbstoffe sind gleichzeitig auch ein effektiver Füllstoff.

Farbstoffe

Auch weiße Papiere enthalten manchmal Farbstoffe, die in unterschiedlichen Mengen zugesetzt werden, denn auch optische Aufheller zählen zu den Farbstoffen. Es werden für Buntfarben vor allem synthetische Farbstoffe verwendet. Wichtig beim Papierfärben ist die Abstimmung des Farbsystems auf die Fasereigenschaften und das verwendete Leimungssystem. Grundsätzlich werden saure (  substantielle, selbstaufziehende) Farbstoffe und alkalische oder saure Entwicklungs- also Verlackungsfarbstoffe eingesetzt. Erstere sind einfach in der Anwendung reagieren aber empfindlich auf pH-Wert-Schwankungen mit mangelhafter Fixierung. Letztere neigen, der nötigen Fällungsreaktion wegen, zur Verlackung jenseits der Faser, sodass ein Großteil der Flotte unwirksamen Farbverlust aufweist. Farbstoffe reagieren vorzugsweise auf Cellulose oder Holzbestandteile, selten auf beides. Die Auswahl des richtigen Systems passend zum zu färbenden Zellstoff ist wichtig. Eine Sondergruppe stellen die natürlichen oder Pigmentfarbstoffe (  Körperfarben) dar. Beide sind nur begrenzt wirksam, da sie meist durch Einlagerung im Lumen und durch Kapillarretention im Blatt gehalten werden. Intensivtönungen sind nur mit Küpenfärbung (  Indigo) oder Rotpigmenten (  Rotlack, Cochenille) möglich.

Leimungsstoffe

Leim macht das Papier beschreibbar, weil es weniger saugfähig und weniger hygroskopisch wird. Leimung ist in der Papiermacherei die Hydrophobierung der Fasern. Die Leimstoffe sind chemisch modifizierte (  verseifte) Baumharze in Kombination mit sauren Salzen, wie Kalialaun oder Aluminiumsulfat. Auch Polymere auf Basis von Acrylaten oder Polyurethanen werden eingesetzt.

Zunehmend werden neben verschiedenen Harzen ASA (  Alkenyl Succinic Acid = alkyliertes Bernsteinsäureanhydrid) und alkylierte Ketendimere (  AKD, Ketenleimung) zur Leimung von Papier eingesetzt. Die früher häufig verwendete, saure Leimung mit Harzsäuren und Alaun ist der Hauptgrund dafür, dass so geleimte Papiere bei der Archivierung zerstört werden. Das statt des Alauns benutzte Aluminiumsulfat kann durch überschüssige Restionen Schwefelsäure bilden, die wiederum die Cellulose zerstört. So wird die Leimung meist im neutralen oder schwach alkalischen pH-Bereich durchgeführt. Einige Papierfarbstoffe verlangen aber eine saure Leimung, wobei die Einstufung sauer oder alkalisch sich lediglich auf den prozessbedingten pH-Wert der Bütte bezieht, nicht auf das fertige Endprodukt. Die Wahl der Papierleimung wird ebenfalls durch nachfolgende Arbeitsschritte beeinflusst. Nach dem Bedrucken kann Bindemittel der Druckfarbe in das Papier wegschlagen, den Leimgrad senken und die Beschreibbarkeit des bedruckten Papiers deutlich verringern.

Prinzipiell wird bei der Leimung zwischen Masseleimung und der Oberflächenleimung unterschieden. Bei der Masseleimung wird das Leimungsmittel der Flotte zugegeben, bei der Oberflächenleimung wird das schon fertige Papier beschichtet. Verseifte Harze, Alkylketendimere und ASA sind typische Masseleimungsmittel, polymere Leimungsmittel wie Gelatine oder Stärkederivate sind eher als Oberflächenleimungsmittel im Gebrauch. Über den möglichen Einsatz als effektives Masseleimungsmittel entscheiden vor allem die Eigenretention und der technisch mögliche Einsatz von Retentionschemikalien.

Nassfestmittel

Unbehandeltes Papier wird mechanisch unbeständig, wenn es feucht oder nass wird. Durch die Aufspaltung der Wasserstoffbrücken unter Wasserzutritt verliert das Faservlies seinen inneren Zusammenhalt. Papier wird deshalb auch als hydroplastisch bezeichnet. Um auch im nassen Zustand eine – wenn auch beschränkte – mechanische Festigkeit zu erhalten, werden dem Papier bei der Herstellung Nassfestmittel (  etwa Luresin) zugesetzt. Reißfestes Küchenkrepp dürfte das bekannteste Papier dieser Klasse sein, aber auch Kartons, Landkartenpapiere oder Sicherheitspapier für Geldnoten enthalten große Mengen Nassfestmittel. Nassfestmittel sind im Verarbeitungszustand wasserlösliche Polymere, die vorrangig aus Polyaminen und Epichlorhydrinderivaten hergestellt werden und mit den Papierfasern reagieren. Dabei bilden sich wasserunlösliche Quervernetzungen zwischen den Fasern, die den Papierfilz stabilisieren. Die hydrophobe Verkettung verhindert jedoch ein erfolgreiches Recycling, so dass der zunehmende Einsatz von Nassfestmitteln im Hygienepapierbereich weitreichende Konsequenzen für die Altpapierverwertung hat. Der Anfall von unlösbaren Stippen im normalen Löseprozess ist beständig steigend. Werden Nassfestmittel (  ähnlich wie Bitumenklebstoffe) chemisch aufgebrochen, so degradiert die Faser untypisch schnell. Die Altpapierqualität nimmt somit schneller ab als bei normalen Recyclingprozessen. Nassfestmittel dürfen nicht mit Leimungschemikalien (  beispielsweise AKD) verwechselt werden, da der chemo-physikalische Wirkprozess verschieden ist. So ist etwa ein nassfestes, ungeleimtes Papier nach wie vor hoch kapillar, wohingegen ein überleimtes Papier sich trotzdem nach langem Wasserzutritt zerfasern lässt.
Gestrichenes Papier
→ Hauptartikel  :  Gestrichenes Papier

Gestrichenes Papier (  auch Kunst- oder Bilderdruckpapier) ist ein Papier, bei dem die Oberfläche mit einer aus Pigmenten, Bindemittel und Additiven bestehenden Streichfarbe (  „Strich“) veredelt ist. Das Papier bekommt eine geschlossene, glatte und stabile Oberfläche, wodurch eine bessere Qualität beim Druck erreicht wird.
Normmaße für Papier

Zählmaße nach DIN 6730 Bogen 1 Stück (  ein „Blatt“) = 8 Blatt im gebundenen Buch = 16 Seiten
Buch bei Schreibpapier 24 Bogen
Buch bei Druckpapier 25 Bogen (  A4 Papier mit 80 g/m2 DIN 6730)
Ries, Rieß 20 Buch (  „ein Paket“)
Ballen 10 Ries

Formate nach EN ISO 216, DIN 476  : 

Die bekanntesten international genormten Papierformate sind diejenigen der A-Reihe nach DIN 476 Papierformat, die seit 2002 teilweise durch EN ISO 216 ersetzt ist. In einigen Ländern wie den Vereinigten Staaten und Kanada werden andere Formate verwendet.
Papierverarbeitung

Zur Verarbeitung von Papier, insbesondere dem Zuschneiden auf bestimmte Formate, steht eine Reihe an Werkzeugen zu Verfügung. Von alters her Schere und Papier-Messer, in neuerer Zeit Papierschneidemaschinen  : 

    Rollenschneider, überwiegend für den heimischen Gebrauch zur Zurichtung von einem oder wenigen Bögen an Papier (  oder Photographien); meist bestehend aus einem Schnittbrett mit Linealfunktionen und einer Schnittleiste.
    Hebelschneider in verschiedenen Ausführungsgrößen vom Hausgebrauch bis zum kleingewerblichen Gebrauch etwa in Graphikstudios oder kleinen Copyshops, die mehrere Bögen gleichzeitig schneiden und auf einem eigenen Gestell montiert sein können, die über Sicherheitsmaßnahmen (  Schutzhauben), Feinjustierungs- und/oder Feststellmechanismen verfügen können.
    Stapelschneider, die Papierstapel bis zu 80 mm (  ca. 800 Bögen) schneiden, meist mechanisch im Handantrieb, oft 50 kg und mehr wiegen, über einen justierbaren Rückanschlag und Pressvorichtungen zur Fixierung des Papiers verfügen. Die Schnittflächen variieren meist zwischen DIN A3 und größer. Der Antrieb ist mechanisch oder elektromechanisch.
    Papierschneideautomat für Druckereien oder industrielle Fertigung, heutigentags meist mit elektronischem Maßwerk, differenziertem Sicherheitssystemen (  Zweihandbetrieb, Lichtschranken) und elektromechanischem Antrieb.

Papiermarkt

Die Papierindustrie unterscheidet folgende vier Großgruppen von Papiersorten  : 

    Grafische Papiere,
    Papier, Karton und Pappe für Verpackungszwecke,
    Hygiene-Papiere Tissue-Papiere,
    Papiere und Pappe für spezielle technische Verwendungszwecke.

Weltweit werden jährlich 406 Millionen Tonnen (  Stand  :  2014) Papier, Karton und Pappe produziert. Die größten Produzenten (  Stand  :  2014) sind China (  108 Millionen Tonnen), die USA (  73 Millionen Tonnen), Japan (  26 Millionen Tonnen) und Deutschland (  22,5 Millionen Tonnen).

Ein Drittel der Kapazitäten für die Papierproduktion weltweit entfällt auf die europäische Papierindustrie. Europa ist führend bei der Herstellung von Druck- und Schreibpapier, gefolgt von Asien und Nordamerika, und hat einen Anteil von knapp 26 % an der gesamten Papier- und Pappeproduktion. Durch die Konsolidierung der europäischen Papierindustrie im letzten Jahrzehnt ist die Zahl der Unternehmen, Papierfabriken und Papiermaschinen in Europa gesunken, die Produktionskapazität jedoch gleichzeitig erheblich gestiegen. Es wird geschätzt, dass die 20 größten Papierhersteller derzeit einen Anteil von fast 40 % an der weltweiten Papier- und Pappeproduktion haben. Der Umsatz der europäischen Papierindustrie betrug 2015 rund 79 Milliarden Euro. 180.000 Menschen arbeiten in der europäischen Zellstoff- und Papierindustrie. Neben großen Papierherstellern wie UPM-Kymmene, Stora Enso, International Paper, Svenska Cellulosa Aktiebolaget (  SCA), Metsä Board, Sappi oder der Smurfit Kappa Group existiert eine große Zahl mittelgroßer und kleinerer Papierhersteller wie z. B. die Papierfabrik Palm oder die Kartonfabrik WEIG.[35]

Die deutsche Papierindustrie, deren Interessen durch den Verband Deutscher Papierfabriken (  VDP) vertreten werden, ist mit einem Produktionsvolumen von 22,6 Millionen Tonnen (  2015) an Papier, Karton und Pappe die Nummer Eins in Europa und steht weltweit hinter China, den USA und Japan an vierter Stelle. Die Produktion gliedert sich in vier Hauptsortengruppen. Verpackungspapiere und -karton haben einen Anteil von 49 %. 38,4 % des Produktionsvolumens entfällt auf grafische Papiere. Die restlichen 12,6 % entfallen fast zu gleichen Teilen auf Hygienepapiere (  6,4 %) sowie auf das breite Spektrum der technischen- und Spezialpapiere (  6,2 %). Die rund 40.600 Mitarbeiter erwirtschaften in der deutschen Zellstoff- und Papierindustrie in 162 Werken einen Umsatz von 14,4 Milliarden Euro (  2015), ein Plus von 0,9 % gegenüber dem Vorjahr.
Papierforschung

Gründe zur Papierforschung ergeben sich aus sehr verschiedenen wissenschaftlichen Ansätzen. Neben technischen Fragestellungen der Papierindustrie sind das auch komplexe Themen in historischen Bibliotheks- und Archivbeständen. Dazu gehören beispielsweise die Herkunftsorte historischer Papiere einschließlich ihrer Wasserzeichen sowie das Alterungsverhalten aus konservatorischer und restauratorischer Sicht. Auf diesem Gebiet sind weltweit zahlreiche wissenschaftliche Bibliotheken und einige private Institutionen tätig.

Die industrielle Papierforschung wird in Deutschland gebündelt in der Papiertechnischen Stiftung (  PTS), die im Jahr 1951 gegründet wurde und von den Unternehmungen der Papierindustrie gefördert wird. Es werden Auftragsforschungen und Dienstleistungen für die Papierindustrie und deren Zulieferfirmen erbracht. Darüber hinaus betreiben verschiedene Zulieferer eigenständige Forschungsanlagen.

Die Technischen Universitäten in Darmstadt und Dresden, die Fachhochschule München sowie die Duale Hochschule Baden-Württemberg in Karlsruhe bilden Papieringenieure aus. Forschungsschwerpunkte in Darmstadt sind Recyclingverfahren sowie Wasserkreisläufe, in Dresden wird vornehmlich zu Energieeffizienz sowie Oberflächeneigenschaften geforscht.

Eine weitere Forschungsanlage betreibt der größte Hersteller für chemische Produkte zur Papierherstellung, die BASF in Ludwigshafen, teilweise in Partnerschaft mit der Omya.
Sorten
→ Hauptartikel  :  Papiersorte

Naturpapier ist ein Oberbegriff für alle Papiere, die aus Naturfasern ohne Zusatz von synthetischen Fasern und ohne Oberflächenbehandlung maschinenglatt oder satiniert sind.
Eigenschaften

Quelle  :  Papiereigenschaften[36]
Allgemeine Eigenschaften

    Hygroskopizität (  Reaktion auf Feuchtigkeit der Umgebung)
        Adsorption (  Feuchtigkeitsaufnahme)
        Desorption (  Feuchtigkeitsabgabe)
    Inhomogenität (  Schwankungen in der Verteilung der Bestandteile)
        Mikroebene  :  Faserorientierung, Füllstoffanteil
        Makroebene  :  Formation, Wolkigkeit
    Anisotropie (  Abhängigkeit von der Richtung in der Papierebene)
        Maschinenrichtung (  MD  :  machine direction)  :  hohe Festigkeit
        Querrichtung (  CD  :  cross direction)  :  hohe Dehnbarkeit
    Zweiseitigkeit (  Unterschiede im Aufbau beider Papierseiten)
        Oberseite  :  glatt, dicht, hoher Feinstoffanteil
        Unterseite  :  rau, porös, hoher Grobstoffanteil

Geometrische Eigenschaften

Masse, Dichte und Dicke von Schreibpapier
Die Masse (  bzw. umgangssprachlich auch das Gewicht) von Papier wird meist flächenbezogen angegeben – konkret in Gramm pro Quadratmeter (  g/m2).

Die flächenbezogene Masse von normalem Schreibpapier beträgt 80 g/m2, ein A4-Blatt hat damit eine Masse von 5 g. Drei dieser Blätter plus Briefumschlag liegen somit gerade unter der für einen Standardbrief erlaubten Höchstmasse von 20 g. 1000 Blatt A4-Papier wiegen daher 5 kg und 200.000 Blatt A4-Papier wiegen schon eine ganze Tonne.

Die auf das Volumen bezogene Dichte von normalem Schreibpapier liegt das Standard-Volumen in der Größenordnung von 800 kg/m3, die Dicke also bei 0,1 Millimetern.

Dicke caliper(  US), caliper(  UK) Stärke (  in Ìm; USA  :  in mil = 1/1000 inch = 25,4 μm) eines Einzelbogens (  DIN EN 20534, ISO 534  :  Papier/Pappe; FEFCO 3  :  Wellpappe).

Papiere für den Buchblock von literarischen oder wissenschaftlichen Büchern haben üblicherweise 80–100 g/m2 bei 1,0–1,8-fachem Volumen (  abgekürzt  :  VOL). Auch die Dicke eines Buchblocks = Anzahl Blatt * Papiergewicht / (  80 g/m2) * Volumen * 0,1 mm ist auf das Standard-Volumen bezogen.

Papierbezeichnung nach Masse

Je nach flächenbezogener Masse ändert sich die Bezeichnung für den aus Papier bestehenden Bedruckstoff (  umgangssprachlich sind Überschneidungen zwischen Papier, Karton und Pappe möglich)  : 
Bezeichnung flächenbezogene Masse
DIN 6730
Papier 7 g/m2 bis 225 g/m2
Pappe ab 225 g/m2
Umgangssprachlich (  Deutsch)
Papier 7 g/m2 bis 150 g/m2
Karton 150 g/m2 bis 600 g/m2
Pappe ab 600 g/m2

Basisgewicht basis weight im englischen Sprachraum gebräuchliche Angabe des Substratgewichts; während in Amerika noch immer die Masse (  1 liber = 453,6 g) von 500 Bogen sowie deren Format (  1 square inch = 6,45 cm2) angegeben werden, wird im internationalen Papierhandel unter dem Basisgewicht heute die flächenbezogene Masse (  in g/m2, Grammatur) verstanden.
Physikalische Eigenschaften

Grundsätzlich ist bei allen Messungen zu beachten, dass Luftfeuchtigkeit und Temperatur einen sehr großen Einfluss auf die Messwerte haben. Deshalb findet die Messung immer in Klimaräumen bei einem nach ISO-Normen festgelegten Normklima (  23 °C, 50 % Luftfeuchtigkeit) statt. Meist wird die Papierprobe vor der Messung 24 Stunden in dem Raum gelagert, um sie zu akklimatisieren. Da die Messungen von der flächenbezogenen Masse des Papiers (  auch Flächengewicht oder Grammatur genannt) abhängen, werden so genannte Laborblätter mit einer nach ISO-Norm festgelegten flächenbezogenen Masse verwendet.

    Porosität

Die Porosität gibt an, wie viel Luft ein Papier durchlässt. Die Maßeinheit der Porosität lautet Gurley. Dazu wird das Normblatt in den Prüfapparat eingespannt und der Prüfapparat drückt 100 ml Luft mit 1,23 kPa durch eine Prüffläche von 6,42 cm2 und misst die dafür benötigte Zeit. Eine Zeitdauer von einer Sekunde entspricht dabei einem Gurley.

    Glätte/ Rauhigkeit nach Bekk (  in GL (  Bekk)s, ISO 5627), Parker Print Surf (  PPS Rautiefe in μm, DIN ISO 8791-4), Bendtsen (  in mPa·s, ISO 5636-3, DIN 53108  ), Gurley (  in ml/min, ISO 5636-5) oder Sheffield (  in ml/min, ISO 8791-3); optische Laser-Messung z. B. mit UBM-Microfocus (  DIN 4768  ).
    Wasserbeständigkeit DIN 53122-1  :  gravimetrisch, -2 Wasserdampfdurchlässigkeit nach Brugger.
    Cobb-Test DIN EN 20535, ISO 535
    Witterungsbeständigkeit
    Feuchtigkeitsgehalt/-grad DIN EN 20287, ISO 287.
    Gleichgewichtsfeuchte
    Ölaufnahme Ölabsorption nach Cobb-Unger; Fettdurchlässigkeit DIN 53116, ISO/DIS 16532-1.
    Saugfähigkeit, Absorptionsvermögen Leimungsgrad (  DIN 53126, Zellcheming V/15/60), Saughöhe (  DIN ISO 8787, DIN 53106).
    Kontaktwinkel
    Leitfähigkeit Papier gilt allgemein als guter Isolator, weil es, wenn es trocken ist, gewöhnlich Wärme nicht gut und Strom nahezu gar nicht leitet.
        Wärmeleiteigenschaften  :  siehe Temperaturleitfähigkeit
        Stromleitfähigkeit  :  siehe Elektrische Leitfähigkeit
    Beschreibbarkeit
    Bedruckbarkeit
    Luftdurchlässigkeit DIN DIN 53120-2
    Aschegehalt, Glührückstand DIN 53136, 54370, ISO 2144.

Mechanische Eigenschaften

Zugfestigkeit

Prüfungen nach DIN EN ISO 1924  :  Quotient (  in kN/m) aus Bruchlast und Breite eines Papierstreifen; abgeleitet  :  Zugindex/-steifigkeit (  in N/m); Zugsteifigkeitsindex (  in Nm/kg) als Quotient aus Zugfestigkeit und Grammatur.

Die Zugfestigkeit ist einer der zentralen physikalischen Werte bei der Papierherstellung, bei Kraftpapier ist sie sogar der wichtigste Wert. Die Maßeinheit der auf die Breite der Papierprobe bezogenen Zugfestigkeit ist N/m. Da die Zugfestigkeit vorwiegend von der flächenbezogenen Masse abhängt, wird auch der Zugfestigkeitsindex (  ZFI) mit der Maßeinheit Nm/g verwendet.

Zur Bestimmung dieses Wertes wird eine Zerreißprobe gemacht. Dazu werden Papierstreifen einer genormten Länge und Breite mechanisch eingespannt, der so genannte „Reißapparat“ zieht die Probe auseinander und zeichnet die benötigte Kraft auf. Die im Moment des Zerreißens benötigte Kraft ist die Zugfestigkeit. Um einen Durchschnittswert zu erhalten, werden meist zehn Streifen zerrissen, wovon 5 längs der Laufrichtung und 5 quer zur Laufrichtung der Papiermaschine genommen werden. Als Nebenprodukt dieser Messung werden noch die Bruchdehnung und die Zugbrucharbeit ermittelt. Die Bruchdehnung wird in Prozent angegeben und gibt an, um wie viel Prozent der Papierstreifen sich im Moment des Bruchs verlängert. Die Zugbrucharbeit wird in J/m2 angegeben und ist die aufgewendete Zugkraft pro Papierfläche.

Spezifischer Weiterreißwiderstand

Durch-/Weiter-/Fortreißfestigkeit ISO 1974, DIN 53115  :  Brecht-Imset, (  DIN EN 21974  :  grammaturbezogener Elmensdorf-Durchreißindex in mNm3/g).

Die Maßeinheit des spezifischen Weiterreißwiderstandes ist mN·m2/g. Diese Maßeinheit gibt an, wie leicht ein Papier, das bereits eingerissen ist, weiterreißt. Dazu wird das Papier mit einem Schnitt versehen und in das Reißfestigkeitsprüfgerät (  nach Elmendorf) eingespannt. Durch einen Knopfdruck wird ein blockiertes Pendel ausgelöst, welches die Probe im Zuge der Pendelbewegung zerreißt und dabei die Kraft misst.

Berstwiderstand

Druck (  in kPa), dem ein Substrat nicht mehr standhält; abgeleitet ist der Berstfaktor (  Druck durch Grammatur); Berstfestigkeit nach Mullen (  DIN ISO 2758  :  Papier; DIN 53141-1  :  Pappe), nach Schopper (  DIN 53113), an Wellpappe (  ISO 2759, DIN/ISO 3689  :  nass, FEFCO 4).

Der Berstwiderstand gibt den benötigten Druck an, um ein Papier zum Bersten zu bringen. Die Maßeinheit des Berstwiderstandes lautet kPa. Dazu wird das Normblatt in den Prüfapparat eingespannt und eine Membran mit genormter Fläche drückt mit ansteigender Kraft gegen das Papier. Der Druck, der zum Durchstoßen des Papiers erforderlich ist, wird Berstwiderstand genannt.

Spaltwiderstand/-festigkeit

Widerstand, den Papier, Karton oder ein Verbund einer senkrecht einwirkenden Dehnung (  TAPPI T 541) oder einer Schiebebewegung (  Scott-Bond-Test  :  TAPPI T 833 pm-94 und T 569, Brecht-Knittweis-Spaltwiderstand  :  DIN 54516) entgegensetzt.

Der Spaltwiderstand gibt die aufzubringende Kraft an, welche benötigt wird, die Papierbahn in der Masse zu spalten. Dies wird gewöhnlich bei mehrlagigen Papieren angewandt, bei denen mehrere Papierbahnen nass (  25–35 %) vergautscht wurden, so beispielsweise bei Faltschachtelkarton (  FSK) oder besonders voluminösen Papieren (  Rohdichte <1,5) wie Bierdeckeln.

    Biegesteifigkeit ISO 5628, DIN 53121
    Bruchwiderstand/-last DIN53112
    Bruch-/Zerreißdehnung DIN EN ISO 1924-2
    Curling, Wölbung ISO 14968  :  Bogen aus Stapel DIN 6723-1/-2  :  Wölbneigung, DIN 6023  :  Wölbhöhe nach Brecht.
    Durchstoßwiderstand, Punktionsfestigkeit ISO 3036, DIN 53142
    Einreißwiderstand
    Elastizitätsmodul DIN 53457  :  E-Modul
    Dehnung
    Falzbrechen DIN 55437
    Falzzahl ISO 5626  :  Doppelfalzzahl nach Schopper.
    Falzwiderstand ISO 526
    Randschrumpf
    Rupffestigkeit gute Korrelation zwischen IGT- (  ISO 3783) und Prüfbau-Rupftests.
    Schnittkantenqualität ISO 22414
    Ringstauchwiederstand DIN 53 134

Optische Eigenschaften

    Lichtundurchlässigkeit

→ Hauptartikel  :  Opazität

Prozent-Verhältnis aus den Reflexionsfaktoren eines Einzelbogens über einer schwarzen Unterlage und eines Stapels aus mindestens 20 Bogen (  DIN 53146, ISO 2471), ferner die Strahlungsdurchlässigkeit im UV-vis-Bereich (  DIN 10050-9).

Der Grad der Lichtundurchlässigkeit des Papiers bezieht sich auf seine Fähigkeit, Licht nicht durchscheinen zu lassen. Papier ist lichtundurchlässig, wenn das einfallende Licht zurückgestreut oder im Papier absorptiert wird. Je höher die Streuung des Lichts, umso lichtundurchlässiger ist das Papier. Lichtundurchlässigkeit ist eine erwünschte Qualität, die das Durchscheinen des Druckes minimiert. Ein Blatt mit 100%iger Lichtundurchlässigkeit lässt überhaupt kein Licht durchscheinen und damit auch nicht den Druck, sofern die Druckfarbe nicht eindringt. Im Allgemeinen ist die Lichtundurchlässigkeit des Papiers umso geringer, je niedriger seine flächenbezogene Masse ist. Der Weißegrad und die Helligkeit des Füllstoffs, seine Kornstruktur und -größe, sein Brechungsindex und der Füllstoffgehalt sind Faktoren, die die Lichtundurchlässigkeit des Papiers bestimmen.

Die Helligkeit ist ein Maß für die Licht reflektierenden Eigenschaften des Papiers, die die Wiedergabe von Kontrasten und Halbtönen beeinflussen. Der Unterschied zwischen dem Helligkeitsgrad, der durch Kaolin erzielt wird (  80 bis 90 auf der ISO-Helligkeitsskala), und dem Helligkeitsgrad, der durch Calciumcarbonate erzielt wird (  GCC über 90 und PCC 90-95), ist erheblich.[35]

    Glanzkennwerte
        45°DIN-Glanz
        75°DIN-Glanz
        75°TAPPI-Glanz
    Farbkennwerte
        LAB-Wert
        CIE-Weiße
        R457-Reinheit Weißgehalt
    Kubelka-Munk-Werte Bestimmung des Lichtstreuungs- und Absorptionskoeffizienten.
        Absorptionsvermögen
        Streuvermögen
        Opazität
        Transparenz
    Farbstich Abweichung vom Papierweiß (  ISO 11958, DIN 55980  :  absoluter Farbstich DIN 55981  :  relativer Farbstich ISO 11475  :  Tonabweichungszahl vom CIE-Weißgrad)
    Farbton, Färbung Farbmaßzahlen für getönte Substrate, z. B. CIE L*a*b* bzw. Farbunterschied Delta E* (  ISO 7724, DIN 5033 oder 53140 oder mit Elrepho DIN 53145), diffuser Reflexionsfaktor (  ISO 2469, für C/2° ISO 5631).
    Lichtechtheit DIN EN ISO 105-B02, Xenotest Alpha.
    Mottling-Test Bildanalyse-Verfahren (  Mottling Viewer von Only Solutions), mit dem die Wolkigkeit von Papieren bewertet wird.
    Transparenz DIN 53147
    Vergilbung DIN 6167

Weißgrad

Der Weißgrad ist ein technischer Kennwert für die Reflexionsfähigkeit des Papieres für weißes Licht. Er wird idealerweise mit einem Spektralphotometer gemessen. Aus der spektralen Verteilung wird der Zahlenwert nach verschiedenen Formeln berechnet. Für Papier wird meist der Weißgrad nach Berger genutzt. Bei einem normalen Kopierpapier ohne UV-sensible Aufheller liegt der Weißgrad nach Berger etwa bei 160. Durch optische Aufheller und Farbstoffe werden die Messergebnisse beeinflusst. Darum wird der Weißgrad üblicherweise unter Normlicht bestimmt, das gegenüber Tageslicht einen geringeren Anteil an kurzwelliger UV-Strahlung hat. Handelsübliche weiße Papiere sind meist aufgehellt. Unter Normlicht gemessene neutralweiße Papiere sehen so unter Glühlampenlicht gelblicher, im sonnigen Tageslicht oder unter Leuchtstofflampen dagegen bläulich-weiß aus.

Der Weißgrad gibt lediglich den Unbuntanteil einer gemessenen Fläche bezogen auf eine ideal weiße oder ideal schwarze Fläche an. Bei zwei Papieren, die messtechnisch den gleichen Weißgrad besitzen, kann ein sichtbarer Farbstich bestehen, der den subjektiven Weißeindruck verfälscht. Menschen empfinden leicht gelbliches oder rötliches Papier als weniger weiß, also grauer gegenüber einem leicht bläulichen oder grünlichen des gleichen Weißgrades.

Der Weißgrad wird als Standardprüfung in der Papierproduktion verwendet. Um unerwünschte Farbstiche zu vermeiden, ist vom Anwender neben dem Weißgrad auch der Farbstich des Papieres zu beachten. Den Effekt der „Weißgraderhöhung“ durch optische Verschiebung wird unter anderem beim „Bläuen“ des Papieres ausgenutzt. Durch Zugabe blauer Pigmente wird ein Gelbstich verringert. Beim sogenannten „Drücken“ wird ein zu weißes Papier durch Zugabe roter oder brauner Pigmente gebrochen. In beiden Fällen nimmt der technische Weißgrad leicht ab, der subjektive Weißeindruck jedoch wird beim Bläuen erhöht und beim Drücken verringert.
Laufrichtung
Langsiebpapiermaschine für den Laborbetrieb, Freilichtmuseum Hagen

Während bei der Papierherstellung von Hand die Fasern gleichmäßig in allen Richtungen liegen, tritt bei der maschinellen Papierherstellung, die auf einem Endlossieb erfolgt, eine (  teilweise) Ausrichtung der Fasern längs des Bandes auf. Die Laufrichtung des Papiers unterscheidet zwischen der Maschinenrichtung (  in Laufrichtung) und der Querrichtung (  quer zur Laufrichtung). Die Querrichtung ist zugleich die Richtung der Faserdicke, so dass in Querrichtung eine etwa dreifache Quellung und Schwindung des Papieres gegenüber der Laufrichtung auftritt. Bei Papiermaschinenherstellung liegt die Querrichtung parallel zu den Drehachsen und senkrecht zur Bewegungsrichtung.

Im Papierhandel und in der Druckerei werden Lauf- und Querrichtung durch die Begriffe Schmalbahn und Breitbahn einem Format zugeordnet. Die Bezeichnung schmal oder breit gibt dabei die Richtung der Schnittkante parallel zur Laufrichtung an. Dabei gilt  : 

    Breitbahn (  BB)  :  Der Papierbogen liegt breit in der Papierbahn, DIN 6725, die kurze Kante liegt längs der Faserlänge
    Schmalbahn (  SB)  :  Der Papierbogen liegt schmal in der Papierbahn, DIN 16544, die lange Kante liegt längs der Faserlänge

Dieses Wissen ist wichtig für die anzuwendende Formatlage bei verschiedenen Maschinenbauarten und zu beachtenden Weiterverarbeitungsprozessen (  Falzlagen, späteres Buchformat). So kann der Passer in Umfangsrichtung innerhalb der Druckmaschine verstellt werden, in Querrichtung hingegen nicht. Bei Offsetarbeiten mit hohem Feuchtmittelanfall muss also die erste Platte in der Maschine kürzer eingerichtet werden als die letzte und das Papier muss in Breitbahn laufen, so dass die Quellung von Werk zu Werk passgenau ausgeglichen werden kann.

In Katalogen und auf Preisetiketten wird das Maß quer zur Laufrichtung unterstrichen oder fett ausgezeichnet oder zuerst genannt. Üblich sind auch die Abkürzungen SB (  Schmalbahn) und BB (  Breitbahn) oder ein Pfeil, der die Laufrichtung markiert.

In Abhängigkeit von der vorherrschenden Faserrichtung beeinflussen Feuchtigkeit, Temperatur und Alterung das Papier. Bei einer ungleichmäßigen Ausrichtung ändert somit jede Karte im Laufe der Zeit und mit dem Wechsel der Witterung bzw. des Raumklimas ihren genauen Maßstab unterschiedlich in den beiden Richtungen. Nur durch spezielle beziehungsweise geschichtete Papiersorten kann dieser Effekt bei maschinell produzierten Papieren verringert werden.

Bei der Herstellung von Büchern (  und anderen aus Papier bestehenden Gegenständen) ist darauf zu achten, dass die Laufrichtung aller Seiten, des Buchdeckel- und Überzugmaterials parallel zum Buchrücken verläuft, da Papier sich immer quer zu seiner Laufrichtung ausdehnt bzw. schrumpft. Andernfalls bricht das Buch leicht an der Bindung auseinander bzw. lässt sich schlecht durchblättern. Wird beim Verkleben von Papier und Pappe die Laufrichtung der zu kombinierenden Materialien ignoriert, kommt es zu wellenartigen Verwerfungen, die irreversibel sind. Zur Prüfung der Laufrichtung gibt es mehrere praxisbezogene Methoden.

Durch das Aufeinanderkleben mehrerer Papierschichten abwechselnder Laufrichtung entsteht starres Papier (  vergleichbar zum Sperrholz), wie bei den mindestens dreilagigen Bristolkarton.
Alterungsbeständigkeit

Die Anforderungen bezüglich der Alterungsbeständigkeit von Büchern sind in den so genannten Frankfurter Forderungen der Deutschen Bibliothek und der Gesellschaft für das Buch, sowie in der US-Norm ANSI/NISO Z 39.48–1992 und ISO-Norm 9706, beschleunigte Alterung (  Simulation  :  ISO 5630, DIN 6738  ) fixiert.[37]
Siehe auch  :  Papierzerfall

Heute soll ein alterungsbeständiges Papier folgende Kriterien erfüllen  :  [38][39]

    Das Naturpapier oder das Streichrohpapier muss aus 100 % gebleichtem Zellstoff (  ohne verholzte Fasern) hergestellt sein,
    einen pH-Wert von pH 7,5 bis pH 9 aufweisen,
    einen Calciumcarbonatanteil von mindestens drei Prozent als zusätzlicher Schutz gegen schädigende Umwelteinflüsse beinhalten, Calciumcarbonat-Puffer (  CaCO3-Puffer),
    einen definierter Durchreißwiderstand längs und quer von 350 mN bei Papieren mit einer flächenbezogenen Masse ab 70 g/m2,
    eine hohe Oxidationsbeständigkeit, ausgedrückt in der Kappa-Zahl.

Als Orientierungshilfe für die Alterungsbeständigkeit von gestrichenen und ungestrichenen Papieren wurden Lebensdauerklassen augearbeitet.

    LDK 24 bis 85  :  Diese Papiere dürfen „Alterungsbeständig“ genannt werden
    LDK 12 bis 80  :  Einige 100 Jahre Lebensdauer
    LDK 6 bis 70  :  Mindestens 100 Jahre Lebensdauer
    LDK 6 bis 40  :  Mindestens 50 Jahre Lebensdauer

Entgegen der Normung werden auch alterungsbeständige Recyclingpapiere angeboten, da durch Forschungsergebnisse nachgewiesen wurde, dass sich Holzschliff und Alterungsbeständigkeit nicht ausschließen. So sind zum Beispiel Recycling-Kopierpapiere auf dem Markt, die die Vorgaben nach der Lebensdauerklasse LDK 24 bis 85 erfüllen und auch über eine Alkalireserve in Form von Carbonat verfügen.
Verwendung

Papier wird vorrangig zum Beschreiben und Bedrucken sowie meist als Pappe oder Karton zum Verpacken verwendet. Der Anteil dieser beiden Papiergruppen an der Papierproduktion in Deutschland betrug im Jahr 2011 44 % und 43 %. Mit großem Abstand folgen Hygienepapiere wie Toilettenpapier oder Haushaltstücher und die technischen Spezialpapiere wie Filterpapiere, Dekorpapiere oder Tapeten mit einem Anteil von sieben und sechs Prozent. Papier wird weitestgehend aus Zellstoff oder aus Holzstoff/ Holzschliff hergestellt. Wiederzuverwertendes Papier in Form von Altpapier stellt mittlerweile die wichtigste Rohstoffquelle in Europa dar. Je nach flächenbezogener Masse (  umgangssprachlich Flächengewicht) und Eigenschaften wird zwischen Papier, Karton oder Pappe unterschieden.

Wird der Rohstoff zu massiven Objekten statt zu flächigem Papier verarbeitet ist dies Pappmaché. Aufgrund der vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten bei den Rohstoffen, der Fertigung, der Verarbeitung und der Verwendung existieren etwa 3000 Papiersorten.
Beschriftung

Beim Beschriften wird ein Farbstoff (  beispielsweise Tinte, Toner und Druckfarbe) mit einem Gerät auf Papier aufgetragen. Dies kann von Hand mit einer Schreibmaschine, einem Füllfederhalter, einem Bleistift, einem Buntstift, einem Filzstift oder einem Federkiel geschehen. Seit der Erfindung des Buchdrucks gibt es Maschinen, die einen Text seitenweise auf Papier übertragen können. Dies ist mit einer Druckmaschine millionenfach oder mit einem Laserdrucker für nur wenige Seiten möglich. Während anfänglich noch der zur Verfügung stehende Rohstoff die Eigenschaften des Papiers bestimmte, kann mittlerweile Papier weitestgehend den Anforderungen angepasst werden  :  Gestrichenes Bilderdruckpapier zum Kunstdruck, zum Zeitungsdruck ein billiges, reißfestes Papier und als Kopierpapier holzfreies, ungestrichenes Papier.
Bildende Kunst
Lebensgroße Skulptur aus massiver Papiermasse von Herbert Wetterauer

Pappmaché ist ein Gemisch aus Papier, Bindemittel und Kreide oder Ton, das im 18. Jahrhundert als Ersatz für Stuck in der Innenausstattung verwendet wurde. So gab es eine Manufaktur, in der aus alten Akten für das Schloss Ludwigslust Deckenverzierungen, Büsten und sogar Statuen, die wenige Monate im Freien aufgestellt werden konnten, hergestellt wurden. Papier findet sich im Modellbau, in der japanischen Papierfaltkunst Origami und bei Collagen und Assemblagen.

Als deutsche zeitgenössische Künstlerin findet Jutta Barth mit ihren Collagen und Assemblagen Anerkennung. Sie arbeitet objekthaft mit dem Werkstoff Papier und fertigt Zeichnungen auf handgeschöpftem Recyclingbütten.[40]

Aquarellpapier für Aquarelle hat eine flächenbezogene Masse von bis zu 850 g/m2. Fotopapier muss speziell beschichtet werden, damit es als Träger für die Fotoemulsion oder zum Einsatz für Tintenstrahldrucker geeignet ist.
Luxuspapiere
Banknoten und Luxuspapiere  :  kolorierter Stahlstich (  um 1850), Grußkarten (  1866), Ansichtskarte mit Lithografie (  1902), bedruckte Pappkärtchen für Fotos (  um 1900)

Dies ist die Bezeichnung für veredelte, geschmückte und verzierte, oft aufwendig bearbeitete Papiererzeugnisse die von etwa 1820/1860 bis 1920/1930 hergestellt wurden, als es eine eigene Luxuspapierindustrie gab. Zur Veredlung wurde eine Reihe von Bearbeitungsverfahren eingesetzt, wie Kolorierung als Hand- und Schablonenkolorierung, Farbendruck als Chromolithografie, Gold- und Silberdruck, Prägen (  Gaufrieren) und Stanzen, das Aufbringen von Fremdmaterialien, wie Glimmer, Seide sowie das Anbringen von Laschen, Klappen und Mechanismen bei Spielzeugen. Unter Luxuspapiere fallen Andachts- und Fleißbildchen, viele Ansichts- (  Leporello), Gelegenheits- (  Glückwunsch-, Weihnachts- und Neujahrskarten) und Bildpostkarten (  Motivkarten), verzierte Briefbogen, Etiketten, allerlei Papierspielzeug (  Papiertheater), Reklamemarken und Sammelbilder und vieles mehr. Solche Luxuspapiere sind Sammelobjekte.

In Japan und China wird Papier in der Inneneinrichtung in vielfältiger Weise verwendet, beispielsweise die japanischen Shōji, mit durchscheinendem Washi-Papier bespannte Raumteiler.
Technische und Spezialpapiere

Pappe hat eine flächenbezogene Masse von mindestens 300 g/m2 und ca. 1,5 mm Dicke. Dünneres Material, ab 130 g/m2, heißt Karton und wird vorwiegend als Kartonage verwendet. Mit einer Kunststoffbeschichtung und eventuell einer Aluminiumfolie als Zwischenlage kann sie als Getränkekarton sogar Flüssigkeiten verpacken. Die am meisten verbreitete Pappe ist die Wellpappe, die in den vielfältigsten Sorten vorkommt. Pappe und Kartons werden vorwiegend aus Recyclingpapier produziert, da es hierbei nicht so sehr auf die Farbe des Materials ankommt. Inzwischen kann jedoch Recyclingpapier mit einer sehr hohen Qualität produziert werden und unterscheidet sich im Weißegrad nur noch sehr schwach von Papier aus neuen Fasern. Das Papier mit der größten relativen Zugfestigkeit wird Kraftpapier genannt. Es besteht zu beinahe 100 % aus langfaserigen Zellstofffasern von Nadelhölzern. Es wird besonders für Papiersäcke verwendet. Es gibt Filterpapiere (  Luftfilter für Fahrzeuge und Staubsauger), Kabelisolierpapiere, Medizinische Papiere, Klebezettel, Zigarettenpapier und Thermopapiere. Papiere finden sich ebenfalls in Metallpapierkondensatoren und Elektrolytkondensatoren, wo sie als Isolator oder Träger des flüssigen Elektrolyts dienen.
Fliegen mit Papier

Es gibt Flugdrachen aus Papier in China, seitdem es dieses Material gibt. Die 1783 erbaute Montgolfière der Gebrüder Montgolfier war ein Heißluftballon aus Leinwand, der mit einer dünnen Papierschicht luftdicht verkleidet war. Im Zweiten Weltkrieg produzierte Japan ca. 10.000 Ballonbomben aus Papier, die mit Lack gasdicht gemacht wurden und Brand- und Sprengsätze (  5 bis 15 Kilogramm) über den Pazifik nach Amerika transportierten.

Im Flugzeugmodellbau wird Papier als Bespannung (  Spannpapier) von Tragflächen in Holm-Rippen-Bauweise und für Flugzeugrümpfe verwendet. Dazu wird es aufgeklebt, mit Spannlack getränkt und überlackiert, sobald durch Trocknen die nötige Oberflächenspannung erreicht ist.

Des Weiteren wird Papier zum Basteln von Papierfliegern benutzt. Dazu wird das Papier in eine einem Flugzeug ähnelnde Form gefaltet.
Textilien

Papier kann zu Textilien verarbeitet werden, einerseits direkt aus Papier, andrerseits kann es in Streifen geschnitten, versponnen und zu Textilen verwebt werden. Bei dem in den 1970er Jahren auf den Markt gekommenen „Papierkleid“ handelte es sich allerdings um speziell gefertigte Vliesstoffe, die billiger als Kleiderstoffe waren.
Umweltaspekte und Recycling
Recycling-Code für Papier

Bei der Papierproduktion ist vor allem der Verbrauch an Holz, Wasser und Energie Gegenstand der umweltpolitischen Diskussion. Rund 20 % des weltweit eingeschlagenen Holzes werden zu Papier verarbeitet. In Deutschland werden allerdings vornehmlich so genanntes Waldrestholz, Sturmholz oder Industrierestholz verwendet. Kontroverse Standpunkte finden sich vor allem beim Thema nachhaltige Forstwirtschaft, der Forstzertifizierung[41] und der Nutzung von Urwald.

Der hohe Wasserverbrauch war bereits vor 1900 problematisch, was die mehrfache Nutzung des Wassers bedingte, um den Verbrauch zu reduzieren. In den ersten Papiermühlen wurden 1200 Liter pro Kilogramm Papier benötigt, um 1900 waren es 100 bis 800 Liter durch bessere Methoden sank dieser Wert auf sieben Liter. Ein völliges Schließen des Kreislaufs ist im Regelfall nicht möglich. Auf Grund der Wasserhärte kommt es zu Verstopfungen von Maschinenteilen, wenn sich Calciumcarbonat anreichert. Nur in Einzelfällen, falls nur Altpapier eingesetzt wird, ist der komplette Abwasserrücklauf derzeit möglich.

Der Wasserverbrauch bedingt das Abwasser. Mit der Industrialisierung Ende des 19. Jahrhunderts und der steigenden Nachfrage nach Zellstoff und Chlorbleiche stieg die Menge der Abwässer und damit der darin enthaltenen Schadstoffe. Die Hemicellulosen und das Lignin (  über 50 % des Holzes) wurden anfangs fast unbehandelt in die Gewässer entsorgt. Aufgrund der Umwelt- und Gesundheitsschäden und des Verlustes der Kochchemikalien mit der Ablauge wurden zunächst die Laugen zur Energieerzeugung eingesetzt. Moderne Zellstofffabriken arbeiten energieautark, die Kochchemikalien werden aus dem Abgas und der Asche zurückgewonnen.

Die deutschen Umweltvorschriften gehören zu den strengsten weltweit. Abwässer aus Zellstofffabriken dürfen eine Belastung bis 25 Kilogramm CSB (  chemischer Sauerstoffbedarf) pro Tonne Zellstoff aufweisen, bei der Papierherstellung sind zwei bis fünf Kilogramm CSB pro Tonne Papier zulässig.[42]

Die meisten Papierfabriken betreiben eigene Kläranlagen, die das eingesetzte Wasser in bis zu drei Stufen (  mechanisch, biologisch, chemisch) reinigen und erst anschließend in den Vorfluter einleiten. Andere Papierfabriken sind Indirekteinleiter, die ihr Abwasser gemeinsam mit kommunalem Abwasser reinigen lassen.

Der Energieverbrauch zur Herstellung liegt bei etwa 2,5 kWh pro Kilogramm Papier.



Kaynaklar  : 
Halk Ansiklopedisi Wikipedia

Konu etiketleri  :  kagitin yapimi ile ilgili kaynaklar, kağıt yapımı ile ilgili bilgiler, kagit yapimi hakkinda bilgiler, kagityaoimi hakkinda, Kağıt Hammaddeleri,

Turnusol Kağıdı Nedir? Ne İşe Yarar?

Boyar maddeler, yani renklendirici maddeler içeren bir tür karışımdır. Turnusol karışımı, sıvı çözelti ya da turnusol kağıdı biçiminde oluşturulabilir. Rengi mavi veya kırmızı renkte olabilir. Daha çok kimya sektöründe kimyagerler tarafından bir maddenin asit ya da baz olduğunu anlamak için kullanılır. Turnusol bazı kimyasallarla tepkimeye girerek renk değiştirir. Oluşan renge göre temas ettiği maddenin asit ve ya baz olduğu gösterir. Turnusol kırmızıya dönüşürse maddenin asit, maviye dönüşürse de maddenin baz olduğunu gösterir. Renk değiştirmezse maddenin asit veya baz olmadığını gösterir, bu maddelerde “nötr” olarak nitelendirilir. Turnusol kağıdı nasıl kullanılır? Mavi renkli turnusol kağıdı; nitrik, sülfürik veya hidroklorik asit gibi kuvvetli bir aside batırılırsa rengi koyu kırmızıya dönüşür. Sirke veya maden sodası gibi zayıf asitlere batırılırsa rengi şarap kırmızısına dönüşür. Kırmızı renkli turnusol kağıdı; amonyak veya sodyum hidroksit gibi bazlara batırılırsa rengi maviye dönüşür.
Turnusol bazı liken türlerinin işlemden geçmesiyle elde edilir. Liken bitkileri ezilerek lapa haline getirilip amonyak ve başka maddelerle karıştırıldıktan sonra mayalanmaya bırakılır. Mavi parçacıklar halinde turnusol oluşmaya başlar. Bu turnusollar ayrılarak çözelti veya tablet haline getirilir. Bir kağıda sıvı turnusol emdirilip kurutulduktan sonra turnusol kağıdı elde edilir. Tablet haline getirilen turnusol da kullanılacağı zaman arıtılmış suyla karıştırılarak sıvı çözelti haline dönüştürülür.

Bor Nedir? Nasıl Bir Elementtir? Kullanım Alanları Nelerdir?

Bor, atom numarası 5 ve kimyasal sembolü B olan kimyasal elementtir. Bor bir yarı metaldir. Gerek Güneş Sistemi'nde gerek Dünya'nın kabuğunda düşük miktarlı bir elementtir. Buna rağmen, doğada rastlanan bileşiklerinin (  borat minerallerinin) suda çözünürlüğü nedeniyle belli yerlerde yüksek yoğunlukta bulunabilir.

Elementel bor doğada bulunmaz. Endüstride yüksek saflıkta bor zorlukla elde edilebilir çünkü bor, karbon ve başka elementlerle bileşikler oluşturur. Borun çeşitli allotropları vardır  :    amorf bor koyu kahverengi bir tozdur; kristal bor ise siyah, son derece sert (  Mohs sertlik skalasında yaklaşık 9,5) ve oda sıcaklığında düşük iletkendir. Elementel bor, yarı iletken endüstrisinde bir dopant olarak kullanılır. Yüksek saflıkta elementel bor süperiletken MgB2 teknolojisinin en önemli bileşenidir. Dünyada 4 önemli elementel bor üreticisi vardır  :    H.C. Starck (  Almanya), S.B. Boron (  A.B.D), Thronox (  A.B.D) ve Pavezyum Kimya (  Türkiye).

Bor bileşiklerinin ana kullanım alanları, çamaşır tozunda beyazlatıcı olarak (  sodyum perborat) ve ısı yalıtımında kullanılan cam elyafının boraks bileşeni olaraktır. Bor bileşklierinin ayrıca, yüksek kuvvetli düşük ağırlıklı yapısal malzemelerde özelleşmiş rolleri vardır. Camlar ve seramiklerde onların ısı şokuna dayanıklı olması için kullanılır. Boron içeren reaktanlar organik bileşiklerin sentezinde kullanılırlar, ve boron içermeyen bazı ilaçların yapımında ara ürün olurlar.

Biyolojide boratlar memelilere düşük düzeyde toksiktir (  sofra tuzu kadar) ama eklem bacaklılarda çok daha etkilidirler. Boron içeren doğal bir antibiyotik bilinmektedir. Bitkilerde az miktarda boron hücre duvarının sertleşmesi için gereklidir, bu yüzden toprakta boronun varlığı bitki büyümesi için gereklidir. Deneylerde boronun hayvanlarda da eser seviyede dahi olsa gerekli bir element olduğu bulunmuştur, ama hayvan fizyolojisindeki rolü bilinmemektedir.

Bor 3A grubu elementlerindendir. Metal ve ametaller arasında bulunur ve Bor yarı metal bir elementtir. Yarı iletkendir. Kimyasal olarak silikona, galyum, indiyum ve talyum ve alüminyumdan daha yakındır.

Bor doğada tek başına element haliyle bulunmaz. Genellikle bir bileşiği olan boraks şeklindedir. İki çeşit bor allotropu bulunur. Amorf bor, kahverengi tozdur. Metalik (  kristal) bor siyah ve sert, oda sıcaklığında zayıf bir iletkendir.

Bitkilerin yaşaması için bor gerekmektedir. Hayvanların vücutlarında bulunan çok küçük miktarda bor, hayvanların bedenlerini çok sağlıklı yapar. Borun hayvan sağlığına olan bu etkisinin detayları bilinmemektedir.

Sembolü  :  B
Atom Numarası  :  5
Atom Ağırlığı  :    10,811(  7) g/mol
Elektron Sayısı  :  5
Elemet serisi  :  Metaloid

Maddenin Hali  :  Katı
Görünümü  :    Siyah-kahverengi
PERİYODİK TABLO

Fiziksel Özellikleri  : 
Doğal bor iki izotopun karışımından oluşmuştur. B-10 (  % 18.83) ve B-ll (  % 81.17). Bunların dışında kütle numaralan 9.12 ve 13 olan kısa ömürlü yapay izotopları elde edilmiştir. Elementel borun kristalleri elmas kadar serttir. Siyah bor çok inceyken saydamdır. Bor bir yarı iletkendir. Yüksek sıcaklıkta elektriği iyi iletir. Elektrik iletkenliği 20°C’den 600°C’ye çıkıldığında yaklaşık 100 kat artar.

Kimyasal Özellikleri  : 
Elektron yapısı  :    1s22s22p’dir ve katyon oluşturma yerine kovalent bağ oluşturmayı tercih eder. Kristalize bor, kimyasal bakımdan kesinlikle inerttir. Kaynar durumda bile klorür ve flüorür asitleri etkilemez. Sıcak derişik sülfat asidi ve derişik nitrat asidi çok yavaş olarak etkir. Erimiş sodyum hidroksiti çok yavaş, buna karşın erimiş sodyum peroksiti hızlı etkir. Amorf bor tüm kimyasal etkilere açıktır ve kolayca tepkime verir.

Doğada Bulunuşu  : 
Dünyadaki toplam bor rezervinin 500 milyon ton olduğu sanılır. Bunun % 60’ı Türkiye’de % 25’i ABD’de % 5-10’u Rusya’da geri kalanı da Çin ile Hindistan’ da bulunur. Türkiye’deki bor mineralleri başlıca dört bölgede toplanmıştır. Eskişehir’in Kırka yöresinde boraks, Kütahya’nın Emet yöresinde kolemanit, Balıkesir’in Bigadiç yöresinde başlıca kolemanit ve bir miktar üleksit, Bursa’nın Mustafakemalpaşa yöresinde de pandermit yatakları vardır. Bununla birlikte Türkiye’deki bor yataklarının en önemli minerali kolemanittir. Türkiye, dünya bor üretiminin % 25-30 dolayında bir bölümünü karşılar. Önceleri bor mineralleri ham olarak satılırken Etibank tarafından Bandırma’da kurulan fabrikada borik asitle boraks üretilir ve bunlar işlenmiş olarak dış pazara satılır.

Borun Elde Edilmesi  : 
Elementel bor, çok özel amaçlarla ve çok az miktarda kullanıldığından elde edilmesi önemsizdir. Buna karşılık borik asit ve bor tri-oksit, bor kimyasının başlangıç maddeleri olduklarından saf olarak elde edilmeleri büyük önem taşır. Bu nedenle bor mineralleri işlenerek; boraks, borik asit ve bor trioksit elde edilir. Öteki bor bileşkeleri ise bunlardan yola çıkılarak elde edilirler. Bunun için yola çıkılan mineralin cinsine göre çeşitli yollar izlenir. Sodyum borat mineralleri arıtılarak, göl sulan, fraksi-yonlu kristallendirme yoluyla boraksa dönüştürülür. Ele geçen boraks kızdırılarak susuz boraks, sülfat asidiyle işlenerek borik asit ve borik asidin kızdı-rılmasıyla da bor trioksit elde edilir. Kalsiyum içeren minerallerden (  örneğin kolemanit) yola çıkıldığında bunlar sülfat asidiyle işlenerek borik asit ve bu da kızdırılarak bor trioksit ya da sodayla işlenerek boraks elde edilir.

En yaygın bor kaynakları turmalin, boraks [Na2B4O5 (  OH) 4.8H2O], ve Kernit [Na2B4O5 (  OH) 4.2H2O]. Saf elde etmek zordur. Bu, magnezyum oksitin, B2O3 ile indirgemesi yoluyla yapılabilir.
B2O3 + 3Mg → 2B + 3MgO

Isıtmalı tantal tel kullanılarak hidrojen gazı ile BBr3 gibi bileşiklerin termal bozunma yoluyla yüksek saflıkta bor Samm miktarda mevcuttur. Sonuçlar üzerinde 1000 tmeperatures sıcak teller ° C ile daha iyi

Borun Kullanım Alanları
Çeşitli bileşikleri biçiminde kullanılan borun tüketiminin % 40-50’si cam, emaye ve seramik yapımında kullanılır. Cama boratlar katılarak ısı genleşme katsayısı küçük olan borsilikat camlan elde edilir. Bu tür camlar ısı değişimlerine ve kimi asitlere karşı dayanıklı olduklarından laboratuvar araçlarının yapımında kullanılır. Cam elyafı yapımında da bor silikat camları kullanılır. Boratlar seramik ve emayeler parlak ve düzgün bir yüzey sağlar. Dünya bor bileşikleri tüketimin % 20-30’u ağartma ve temizleme tozlarının yapımında kullanılır. Sabun, toz sabun ve temizleme tozlanna yumuşatıcı olarak boraks katıldığı gibi deterjanlara da ağar-tıcı olarak sodyum perborat katılır. Bor bileşiklerinin % 5-10 kadarı tarımda gübre olarak ve tarım ilaçlarının (  herbisitler yapımında harcanır. Geriye kalan % 25 ise çok çeşitli sanayi dallarında kullanılır. Bunlar arasında, kimya, kâğıt, tekstil, çimento endüstrisi, dericilik, fotoğrafçılık, eczacılık, ateşe dayanıklı malzeme üretimi, çelik üretimi, antifriz yapımı, başlıca kullanım alanlarını oluşturur.

Başlıca Bor Mineralleri  : 

Boraks (  Tin-kal).Na2 BA,Ö7.10 H20. İyi oluşmuş tek kristaller ve kristal kümeleri biçiminde rastlanılır. Türkiye,Kaliforniya ve az miktarda Arjantin de bulunur.

Kernit  :    Renksiz inci gibi parlak,kristaller.Yalnız Kaliforniya da ve az miktarda Arjantin de bulunur.

Pandermit  :    Az miktarda Türkiye de bulunur.

Kolemanit  :    Beyaz, gri ya da yeşilimsi gri renklerde olur, ateşte çıtırdar ve alevi yeşile boyar. Türkiye de ve az miktarda ABD’de bulunur.

Üleksi  :  Türkiye de ,az miktarda bulunur.

Borasit  :    Önemsiz bir bor mineralidir.

Borokalsit  :    Önemsiz bir bor mineralidir.

Sassolin  :    İtalya nın Toskana Bölgesindeki Sasso da bulunur.

Bunların dışında boronatrlandit,hidrobor asit, gibi bor mineralleri de vardır.Dünyadaki toplam bor rezervinin 500 milyon ton olduğu sanılmaktadır. Bunun % 60 ı Türkiye’de % 25’i ABD’de % 5-10’u SSCB ve geri kalanı da Çin ile Hindistan’da bulunmaktadır. Yurdumuzdaki bor mineralleri başlıca dört bölgede toplanmıştır. Eskişehir in Kırka yöresinde boraks, Kütahya’nın Emet yöresinde kolemanit,Balıkesirin Bigadic yöresinde başlıca kolemanit ve bir miktar üleksit,Bursa’nın Mustafakemalpaşa yöresinde kolemamanit ve Susurluk yöresinde de pandermit yatakları bulunmaktadır.Bununla birlikte Türkiye ‘deki bor yataklarının en önemli mineran kolemanittir. Türkiye, dünya bor üretiminin % 25-30 dolayında bir bölümünü karşılamaktadır, önceleri bor mineralleri ham olarak satılırken Etibank’ça Bandırma’da kurulan fabrikada borik asitle boraks üretilmekte ve bunlar işlenmiş olarak dış pazara satılmaktadır. Ayrıca ham cevher satımı da sürmektedir.

Bor bileşiklerinin tüketim ve kullanım alanları  : 

Çeşitli bileşikler biçiminde kullanılan borun tüketiminin %40-50’si çam, emaye ve seramik yapımında kullanılmaktadır.Cama boratlar katılarak ısı genleşme katsayısı küçük 5. olan borsilikat camları elde edilir.Bu tür camlar ısı değişimlerine ve kimi asitlere karşı dayanıklı olduklarından laboratuvar araçlarının yapımında kullanılır.Cam elyafı yapımında da borsili kat camları kullanılır.Boratlar seramik ve emayelere parlak ve düzgün bir yüzey sağlar, dünya bor bileşikleri tüketiminin % 20-30’u ağartma ve temizleme tozlarının yapımında kullanılır. Sabun, toz sabun ve temizleme tozlarına yumuşatıcı olarak boraks katıldığı gibi deterjanlara da ağartıcı olarak sodyum perborat katılır.

Bor bileşiklerinin % 5-10 kadarı tarımda gübre olarak ve tarım ilaçlarının (  herbisitler) yapımında harcanmaktadır. Geriye kalan % 25 ise çok çeşitli sanayi dallarında kullanılır. Bunlar arasında, kimya, kağıt, tekstil, çimento sanayi, dericilik, fotoğrafçılık, eczacı, ateşe dayanıklı malzeme üretimi,çelik üretimi, antifriz yapımı başlıca kullanım alanlarını oluşturmaktadır, Bununla birlikte, üretim maliyetinin yüksek olması ve kullanımının ileri bir teknolojiyi gerektirmesi nedeniyle bor bileşiklerinin az gelişmiş ülkelerdeki kullanım alanları sınırlıdır. Bor, günümüzde önemli bir stratejik madde sayılmaktadır. 1951-1952 arasında ABD Savunma Bakanlığı “Bor hidrür yakıtları programını onaylamış ve 1955’’te 5 ton/gün üretim kapasiteli iki bor yakıtı fabrikasının yapımına başlanmıştır. Fabrikalar çalışmaya başladıktan sonra 1962’de jet bombardıman uçakları için üretilen yakıtların maliyetlerinin çok yüksek olması nedeniyle üretim durdurulmuştur.

Füzelerin gelişmesiyle birlikte bunlar için en uygun yakıtlardan olan organobor bileşikleri askeri açıdan büyük önem kazanmıştır, Bu nedenle 1960’lı yıllardan bu yana bor yakıtları konusundaki tüm araştırma ve çalışmalar askeri açıdan gizli tutulmaktadır.

Bor elementinin ekonomiye kazandırdıkları nelerdir?

Bor Elementinin Ekonomiye Kazandırdıkları Nelerdir? - Türkiye'nin Bor Madeninin Ekonomik Faydaları - Bor madeni dış ticaret

Türkiye’nin bor rezervi 227 milyon ton görünür ve 624 milyon ton muhtemel+mümkün olmak üzere toplam 851 milyon tondur. Dünya toplam bor rezervinde Türkiye’nin payı %722’dir (  Eti Maden İşletmeleri Genel Müdürlüğü rezerv bilgileri). Dünyanın en büyük tinkal rezervleri Eskişehir’in Kırka bölgesinde yer alır. Kolemanit cevheri ise Kütahya-Emet Balıkesir Bigadiç ve Bursa-Kestelek bölgelerinde yer almaktadır. Ülkemiz bor minerali üretiminde ABD’den sonra dünyada ikinci büyük üreticidir. Ülkemizde üretilen bor minerallerinin %10’u doğrudan mineral olarak kullanılırken geriye kalan kısmı bor türevlerinin üretimi için kullanılmaktadır.

Türkiye bor minerali ihracatında hammaddenin yanı sıra asit borik susuz boraks boraks pentahidrat boraks dekahidrat ve sodyum perborat gibi rafine ürünler ihraç etmektedir. Bor tuzlarının Türkiye’deki tek üreticisi ve ihracatçısı Eti Holding A.Ş.’dir. Etibank’ın ham bor üretimi B2O3 bazında 450 bin ton/yıl civarındadır. Bu üretimin yaklaşık %50’si kolemanit %20’si üleksit ve %30’u tinkal konsantresi olarak gerçekleştirilmektedir. Üretimin bir kısmı
Kırka ve Bandırma’da kurulu bor türevleri tesislerinde pentahidrat dekahidrat borik asit ve sodyum perborata dönüştürülmektedir. 2004 yılı bor ve türevlerine ait üretim incelendiğinde;üretimin %70’inin ham bor %30’unun ise rafine bora ait olduğu görülmektedir.

Tabii boratlar ihracatımız 2004 yılında 2002 yılındaki düşüşün aksine %11 artarak 92 milyon dolara ulaşmıştır. ABD Çin İspanya ve Hollanda önemli alıcı ülkeler olarak dikkat çekmektedir.

Kullanım Yerleri

Bor mineralleri, sanayide sayısız denecek kadar çok çeşitli işlerde kullanılmaktadır. Bor minerallerinden elde edilen boraks ve borik asit; özellikle nükleer alanda, savunma sanayisinde, jet ve roket yakıtı, sabun, deterjan, lehim, fotoğrafçılık, tekstil boyaları, cam elyafı ve genellikle kâğıt sanayinde kullanılmaktadır.
Savunma sanayii

'Bor Karbür (  B4C)' bileşeninin olağanüstü sertliğinden dolayı tank zırhında ve kurşun geçirmez yeleklerde kullanılmaktadır. Mohs sertlik skalasında 9,5 derecesi vardır, elmastan sonra bilinen en sert malzemelerden biridir[1]. "Titan diborür" (  TiB2) yeni nesil bor tabanlı zırh malzemesi olarak kullanılmaktadır.
Enerjetik Malzemeler

Elementel bor hacimsel olarak en yüksek enerji yoğunluğuna sahip elementtir. Bu sebeple özellikle katı yakıt uygulamalarında ana enerji kaynağı olarak kullanılır. Elementel bor'un yanma verimliliği saf oksijen ortamında dahi %70'ler seviyesinde kalmaktadır. Bunun sebebi, yanma sırasında oluşan camsı bor oksit tabakasının element yüzeyini kaplayarak yanma ve oksijen penetrasyonunu engellemesidir. Elementel bor'un yanma verimini arttırmak için Mg ve Al gibi elementlerle kaplanması veya bu elementlerle yaptığı bileşikler (  MgB2, AlB2, AlB12, AlMgB2) enerjetik malzeme uygulamalarında kullanılmaktadır.
Cam sanayii

Bor; pencere camı, şişe camı vb. sanayilerde ender hallerde kullanılmaktadır. Özel camlarda ise borik asit vazgeçilemeyen bir unsur olup, rafine sulu/susuz boraks, borik asit veya kolemanit/boraks gibi doğal haliyle kullanılmaktadır. Çok özel durumlarda potasyum pentaborat ve bor oksitler kullanılmaktadır. Bor, ergimiş haldeki cam ara mamulüne katıldığında onun viskozitesini, yüzey sertliğini ve dayanıklılığını artırdığından ısıya karşı izolasyonunun gerekli görüldüğü cam mamüllerine katılmaktadır.
Cam elyafı

Ergimiş cama % 7 borik oksit verecek şekilde boraks pentahidrat veya üleksit- probertit katılmaktadır. Maliyetine bağlı olarak sulu veya susuz tipleri kullanılmakta, bazı hallerde de borik asitten yararlanılmaktadır. Arzulanan yalıtım derecesine göre çeşitli spesifikasyonlar tanımlanır  :    R-1, R-7 vb. gibi. Roll, loft veya sünger halinde imal edilmektedir. Binalarda yalıtım amacıyla kullanılmaya başlanmıştır. Hafifliği, fiyatının düşüklüğü, gerilmeye olan direnci ve kimyasal etkilere dayanıklılığı nedeniyle plastiklerde, sınai elyaf vb. de, lastik ve kağıtta yer edinmiş olan cam elyaf, kullanıldığı malzemelere sertlik ve dayanıklılık kazandırmaktadır. Böylece sertleşmiş plastikler otomotiv, uçak sanayilerinde, çelik ve diğer metalleri ikame etmeye başlamıştır. Ayrıca spor malzemelerinde de (  kayaklar, tenis raketleri vb.) kullanılmaktadır. Yapılmakta olan araştırmalar yeni kullanım alanlarının da olacağını göstermektedir. Trafik işaretleri, karayolu onarımı birer örnek olarak verilebilir. Bu gibi mamullerde E camı kullanıldığından, rafine kolemanit tercih edilmektedir. E tipi cam elyafı, en çok kullanılan tür olup % 90 uygulamada tercih edilmektedir. İngiltere'de oto başına 75 kg cam yünü tüketilmektedir. Fransa'da Renault firması, üzerine poliyester paneller monte edilen metal şasi imalatına girişmiştir. B2O3'e olan toplam talebin ABD'de % 13'ü, B. Avrupa'da % 7'si bu tür elyaftan karşılanmaktadır. Otomobillerde borun kullanılması, arabaların ağırlığını azaltmakta ve dolayısıyla yakıt tüketimini azaltmaktadır. Ayrıca, araçlarda paslanmayı geciktirmektedir.
Optik Cam Elyafı

Işık fotonlarının etkin biçimde transferini sağlamaktadır. İngiliz Felecon'un ürettiği yeni bir elyaf saniyede 140 milyon baytı 27 km. uzağa taşıyabilmektedir. Bu lifler % 6 borik asit ihtiva etmektedir. Phillips'in Hollanda'daki fabrikasında bu lifler üretilmektedir.

Borosilikat Camlar  :    Camın ısıya dayanmasını, cam imalatı sırasında çabuk ergimesini ve devitrifikasyonun önlenmesini sağlayan bor; yansıtma, kırma, parlama gibi özelliklerini de arttırmaktadır. Bor, camı asite ve çizilmeye karşı korur. Cam tipine bağlı olarak; cam eriğinin % 0.5 ile % 0.23'ü bor oksitten oluşmaktadır. Örneğin Pyrex'de % 13,5 B2O3 vardır. Genellikle cama boraks, kolemanit, borik asit halinde karma olarak ilave edilmektedir. Otolar, fırınlar, çamaşır makineları, çanak/çömlek vb. de bu tür camlar tercih edilmektedir. ABD'de bu tür cam üreten 100'e yakın firma vardır. Biri de Corning Glass Works'dur. General Electric, Andron Hocking önemliler arasında yer almaktadır.
Seramik Sanayii

Emayelerin vizkozitesini ve doygunlaşma ısısını azaltan borik oksit  % 20'ye kadar kullanılabilmektedir. Özellikle emayeye katılan hammaddelerin % 17-32'si borik oksit olup, sulu boraks tercih edilir. Bazı hallerde borik oksit veya susuz boraks da kullanılır. Metalle kaplanan emaye onun paslanmasını önler ve görünüşüne güzellik katar. Çelik, aluminyum, bakır, altın ve gümüş emaye ile kaplanabilir. Emaye asite karşı dayanıklılığı arttırır. Mutfak aletlerinin çoğu emaye kaplamalıdır. Banyolar, kimya sanayi teçhizatı, su tankları, silahlar vb. de kaplanır. 1997 yılında Batı 'nın seramik endüstrisinin borat tüketimi 69.000 ton civarında gerçekleşmiştir. Seramiği çizilmeye karşı dayanıklı kılan bor, % 3-24 miktarında kolemanit halinde sırlara katılır.
Temizleme ve Beyazlatma Sanayii

Sabun ve deterjanlara mikrop öldürücü (  jermisit) ve su yumuşatıcı etkisi nedeniyle % 10 boraks dekahidrat ve beyazlatıcı etkisini artırmak için toz deterjanlara  % 10-20 oranında sodyum perborat katılmaktadır.

Çamaşır yıkamada kullanılan deterjanlara katılan sodyum perborat (  NaBO2H2O2.3H2O) aktifbir oksijen kaynağı olduğundan etkili bir ağartıcıdır. Perboratların çamaşır yıkamada klorlu temizleyicilerin yerini alması sıcak veya soğuk su kullanımına bağlıdır. Çünkü perboratlar ancak55 °C'nin üstünde aktif hale geçerler. Ancak, ABD’de kullanılan aktivatör(  tetracetylethylenediamine) kullanımı ile bu sorun giderilmeye çalışılmıştır. 1997 yılı deterjan sanayiindeki bor tüketimi; Batı Avrupa’da 242.000 ton ve Kuzey Amerika’da ise 21.000 ton’dur. Batı Avrupa’da tüketilen borun  % 35’i, Doğu Avrupa’da ise  %5’i deterjan sanayiinde kullanılmaktadır. Dünya perborat talebinin %86’sı Batı Avrupa tarafından tüketilmektedir.
Yanmayı Önleyici (  Geciktirici) Maddeler

Borik asit ve boratlar selülozik maddelere, ateşe karşı dayanıklılık sağlarlar. Tutuşma sıcaklığına gelmeden selülozdaki su moleküllerini uzaklaştırırlar ve oluşan kömürün yüzeyini kaplayarak daha ileri bir yanmayı engellerler.Ateşe dayanıklı madde olarak selülozik yalıtım maddelerinin kullanımı borik asit artmasına yol açmıştır. ABD'de kullanılmakla birlikte, son yıllarda çok fazla yaygınlaşmamıştır.Bor bileşikleri plastiklerde yanmayı önleyici olarak giderek artan oranlarda kullanılmaktadır. Bu amaç için kullanılan bor bileşiklerinin başında çinko borat, baryum metaborat, borfosfatlar ve amonyum fluoborat gelir.
Tarım

Bor mineralleri bitki örtüsünün gelişmesini artırmak veya önlemek maksadıyla kullanılmaktadır. Bor, değişken ölçülerde, birçok bitkinin temel besin maddesidir. Bor eksikliği görülen bitkiler arasında yumru köklü bitkiler (  özellikle şeker pancarı) kaba yoncalar, alfaalfalar, meyve ağaçları, üzüm, zeytin, kahve, tütün ve pamuk sayılmaktadır. Bu gibi hallerde susuz boraks ve boraks pentahidrat içeren karışık bir gübre kullanılmaktadır. Bu da, suda çok eriyebilen sodyum pentaborat (  NaB5O8.5H2O) veya disodyum oktaboratın (  Na2B8O13) mahsulün üzerine püskürtülmesi suretiyle uygulanmaktadır.

Bor, sodyum klorat ve bromosol gibi bileşiklerle birlikte otların temizlenmesi veya toprağın sterilleştirilmesi gereken durumlarda da kullanılmaktadır.
Metalurji

Boratlar yüksek sıcaklıklarda düzgün, yapışkan, koruyucu ve temiz, çapaksız bir sıvı oluşturma özelliği nedeniyle demir dışı metal sanayiinde koruyucu bir cüruf oluşturucu ve ergitmeyi hızlandırıcı madde olarak kullanılmaktadır.

Bor bileşikleri, elektrolit kaplama sanayiinde, elektrolit elde edilmesinde sarf edilmektedir. Borik asit nikel kaplamada, fluoboratlar ve fluoborik asitler ise; kalay kurşun, bakır, nikel gibi demir dışı metaller için elektrolit olarak kullanılmaktadır. Alaşımlarda, özellikle çeliğin sertliğini artırıcı olarak kullanılmaktadır. Bu konuda ferrobor oldukça önem kazanmıştır. Çelik üretiminde 50 ppm bor ilavesi çeliğin sertleştirilebilme niteliğini geliştirmektedir.
Nükleer Uygulamalar

Atom reaktörlerinde borlu çelikler, bor karbürler ve titanbor alaşımları kullanılır. Paslanmaz borlu çelik, nötron absorbanı olarak tercih edilmektedir. Yaklaşık her bir bor atomu bir nötron absorbe etmektedir.

Atom reaktörlerinin kontrol sistemleri ile soğutma havuzlarında ve reaktörün alarm ile kapatılmasında (  B10) bor kullanılır.

Ayrıca, nükleer atıkların depolanması için kolemanit kullanılmaktadır.
Enerji Depolama

Termal storage pillerindeki, Sodyum Sülfat ve su ile yaklaşık %3 ağırlıktaki boraks dekahidratın kimyasal karışımı gündüz güneş enerjisini depolayıp, gece ısınma amacıyla kullanılabilmektedir. Ayrıca, binalarda tavan malzemesine konulduğu takdirde güneş ışınlarını emerek, evlerin ısınmasını sağlayabilmektedir.

Ayrıca, bor, demir ve nadir toprak elementleri kombinasyonu (  METGLAS) % 70 enerji tasarrufu sağlamaktadır. Bu güçlü manyetik ürün; bilgisayar disk sürücüleri, otomobillerde direk akım- motorları ve ev eşyaları ile portatif güç aletlerinde kullanılmaktadır.

Otomobil hava yastıkları, antifriz Bor hava yastıklarının hemen şişmesini sağlamak amacıyla kullanılmaktadır. Çarpma anında, elementel bor ile potasyum nitrat toz karışımı elektronik sensör ile harekete geçirilir. Sistemin harekete geçirilmesi ve hava yastıklarının harekete geçirilmesi için geçen toplam zaman 40 milisaniyedir. Ayrıca otomobillerde antifriz olarak ve hidrolik sistemlerde de kullanılmaktadır.
Atık Temizleme

Sodyum borohidrat, atık sulardaki civa, kurşun, gümüş gibi ağır metallerin sulardan temizlenmesi amacıyla kullanılmaktadır.
Yakıt

Sodyum tetraborat, özel uygulamalarda yakıt katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Daha önce Amerikan Donanması tarafından uçak yakıtı olarak kullanılmıştır.

Karboranlar için Amerikan Deniz Araştırma Ofisi ve Amerikan Ordusu tarafından katı roket yakıtı olarak kullanılması için araştırmalar yapılmıştır. Şu anda Amerikan askeri ihtiyacı ise Callery Chemical Co. tarafından işletilmekte olan tesisten karşılanmaktadır. Dibor, B2H6 ve B5H9 gibi bor hidratlar; uçaklarda yüksek performanslı potansiyel yakıt olarak araştırılmışlardır. Boraneler Hidrojenle karşılaştırıldığında daha yüksek performansla yanmaktadır. Fakat onlar, pahalı, toksik ve yakıldığında açığa çıkan bor oksit çevresel açıdan uygun değildir. Amerikan Hükümeti, 1950 sonlarında borlu yakıtlar için 300 milyon US $ ayırmıştır, ancak program 1960 başlarında iptal edilmiştir.
Sağlık

BNCT (  Boron Neutron Capture Therapy) kanser tedavisinde kullanılmaktadır. Özellikle; beyin kanserlerinin tedavisinde hasta hücrelerin seçilerek imha edilmesinde kullanılmakta ve sağlıklı hücrelere zararının minimum düzeyde olması nedeniyle tercih nedeni olabilmektedir. Ayrıca, insan vücudunda normalde bulunan bor, bazı ülkelerde tabletler şeklinde üretilmeye başlanmıştır.
Diğer Kullanım Alanları

Ahşap malzeme korunması için sodyum oktaborat kullanılır. % 30'luk sodyum oktaborat çözeltisi ile muamele görmüş tahta malzeme yavaş yavaş kurutulursa bozunmadan ve küllenmeden uzun süre kullanılabilir.

Silisyum üretiminde bor triklorür, polimer sanayiinde, esterleme ve alkilleme işlemlerinde ve etil benzen üretiminde bor trifluorür katalizör olarak kullanılmaktadır.

Bor karbür ve bor nitrür; döküm çeperlerinde yüksek sıcaklığa dayanıklı (  refrakter) malzeme püskürtme memelerinde de aşınmaya dayanıklı (  abrasif) malzeme olarak kullanılan önemli bileşiklerdir.

Araçların soğutma sistemlerinde korozyonu önlemek üzere boraks, antifiriz karışımına katkı maddesi olarak da kullanılır.

Tekstil sanayiinde, nişastalı yapıştırıcıların viskozitlerinin ayarlanmasında, kazeinli yapıştırıcıların çözücülerinde, proteinlerin ayrıştırılmasında yardımcı madde boru ve tel çekmede akıcılığı sağlayıcı madde, dericilikte kireç çöktürücü madde olarak boraks kullanılmaktadır.

NERELERDE KULLANILIR.
BOR ELEMENTİ

Bor, periyodik tabloda B simgesi ile gösterilen, atom numarası 5, atom ağırlığı 10,81 olan metalle ametal arası yarı iletken özelliğe sahip bir elementtir. Bor tabiatta hiçbir zaman serbest halde bulunmaz.Doğada yaklaşık 230 çeşit bor minerali olduğu bilinmektedir.

Çeşitli metal veya ametal elementlerle yaptığı bileşiklerin gösterdiği farklı özellikler, endüstride birçok bor bileşiğinin kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Bor, bileşiklerinde metal dışı bileşikler gibi davranır, ancak, farklı olarak saf bor, karbon gibi elektrik iletkenidir. Kristalize bor görünüm ve optik özellikleri açısından elmasa benzer ve neredeyse elmas kadar serttir.

Borun saf elementi ilk kez 1808 yılında Fransız kimyager J.L. Gay-Lussac ve Baron L.J. Thenard ile İngiliz kimyager H. Davy tarafından elde edilmiştir.


KULLANILDIĞI YERLER
Bor mineralleri ve bileşikleri çeşitli endüstri dallarında çok farklı malzeme ve ürünlerin üretiminde kullanılmaktadır.

Bor ve ürünlerinin kullanım alanlarını aşağıdaki gruplarda toplamak mümkündür  : 

Cam Sanayi  :    Borosilikat Camları, İzolazyon Cam Elyafı, Tekstil Cam Elyafı, Optik Lifler, Cam Seramikleri, Şişe ve Diğer Düz Camlar

Seramik Sanayi  :    Emaye, Sır,Sırça, Porselen Boyaları

Nükleer Sanayi  :    Reaktör Kontrol Çubukları, Nükleer Kazalarda Güvenlik Amaçlı ve Nükleer Atık Depolayıcı olarak, Uzay ve Havacılık Sanayi  :    Sürtünmeye-Aşınmaya ve Isıya Dayanıklı Malzemeler, Roket Yakıtı katkı malzemeleri

Askeri & Zırhlı Araçlar  :    Zırh Plakalar , kompozit malzemeler.

Elektronik-Elektrik ve Bilgisayar Sanayinde  :    Bilgisayarların Mikro chiplerinde, CD-Sürücülerinde, Bilgisayar Ağlarında; Isıya-Aşınmaya Dayanıklı Fiber Optik Kablolar, Yarı İletkenler, Vakum Tüpler, Dialetrik Malzemeler, Elektrik Kondansatörleri, Gecikmeli Sigortalar.

İletişim Araçlarında  :    Cep Telefonları, Modemler, Televizyonlar .

İnşaat-Çimento Sektöründe  :    Mukavemet Artırıcı ve İzolasyon Amaçlı olarak

Metalurji  :    Paslanmaz ve Alaşımlı Çelik, Sürtünmeye-Aşınmaya Karşı Dayanıklı Malzemeler, Metalurjik Flaks, Refrakterler, Briket Malzemeleri, Lehimleme, Döküm Malzemelerinde Katkı Maddesi olarak, Kesiciler, Aşındırıcılar

Enerji Sektörü  :    Hidrojen taşıyıcı,Güneş Enerjisinin Depolanması, Güneş Pillerinde Koruyucu olarak,

Otomobil Sanayi  :    Hava Yastıklarında, Hidroliklerde, Plastik Aksamda, Yağlarda ve Metal Aksamlarda, Isı ve Ses Yalıtımı Sağlamak Amacıyla, Antifrizler

Tekstil Sektörü  :    Isıya Dayanıklı Kumaşlar, Yanmayı Geciktirici ve Önleyici Selülozik Malzemeler, İzolasyon Malzemeleri, Tekstil Boyaları Deri Renklendiricileri, Suni İpek Parlatma Malzemeleri,

İlaç ve Kozmetik Sanayi  :    Dezenfekte Ediciler, Antiseptikler, Diş Macunları,

Tıp  :    Osteoporoz Tedavilerinde, Alerjik Hastalıklarda, Psikiyatride, Kemik Gelişiminde ve Artiritte, Menopoz Tedavisinde, Beyin Kanserlerinin Tedavisinde

Kimya Sanayi  :    Bazı Kimyasalların İndirgenmesi, Elektrolitik İşlemler, Flotasyon İlaçları, Banyo Çözeltileri, Katalistler, Atık Temizleme Amaçlı olarak, Petrol Boyaları, Yanmayan ve Erimeyen Boyalar, Tekstil Boyaları

Temizleme ve Beyazlatma Sanayi  :    Toz Deterjanlar, Toz Beyazlatıcılar, Parlatıcılar

Tarım Sektörü  :    Gübreler, Böcek-Bitki Öldürücüler,

Kağıt Sanayi  :    Beyazlatıcı Olarak

Koruyucu  :    Ahşap Malzemeler ve Ağaçlarda Koruyucu olarak, Boya ve Vernik Kurutucularında

Mıknatıslar,

Fotoğrafçılık,

Kompozit Malzemeler,

Spor Malzemeleri,

Manyetik Cihazlar,

Mumyalama.


Genel Olarak

İNŞAAT MALZEMELERİ

Ülkemizde tekstil cam elyafı üretiminde kullanılan bor ürünleri ayrıca;
• çatı kaplama malzemeleri,
• selülozik izolasyon malzemeleri,
• çimento katkı maddesi
olarak da kullanılmaktadır.
Atık gazete kağıtları ve pamuk v.b. kırpıntılarının borik asit veya borik asit+boraks karışımı ile muamelesi ile ve basit prosesler ile elde edilen selülozik izolasyon malzemelerinin ABD ve özellikle İskandinav ülkelerinde geniş bir kullanım alanı vardır.


ALEV GECİKTİRİCİLER

Özellikle ABD’de alev geciktirici olarak çinko borat tüketimi giderek artmaktadır.
Bunun yanında çeşitli boraks+borik asit karışımlarının da su ile karşılaşmayacakları ortamda alev geciktirici olarak kullanılmaları mümkündür.

TARIM

Bor birçok bitki için mikro besleyici özelliktedir. Meyve ve sebzelere mikro besleyici olarak bor takviyesi bitkilerin gelişimi ve optimum miktar ve kalitede ürün için önemlidir.
Suda çözünürlüğü yüksek, bor içeriği zengin, farklı ebatlarda bor kristalleri bu amaçla kullanılabilir. Enstitümüzce bu konuda bir çalışma başlatılmıştır.

AHŞAP KORUMA ÜRÜNLERİ

Ahşap malzemenin emprenye edilmesi ile hem böceklenme v.b. önlenmek suretiyle ömrü uzamakta, hem de alevlenme geciktirilebilmektedir.
Suda çözünen ve çözünmeyen çeşitli bor bileşikleri ve karışımlarını bu amaçla kullanmak mümkündür.
Ülkemizde bu ürünlerin üretimi henüz yapılmamakta ancak Enstitümüzce bu konuda laboratuar bazında çalışmalar yapılmaktadır.Bu çalışmaların endüsriyel uygulamalar ile paralel sürdürülmesi gerekmektedir.

CAM VE CAM ELYAFI SANAYİ

Ülkemizde üretilen ham bor ürünlerinin tamamına yakın kısmı ABD, Avrupa ve Uzak Doğu’daki cam ve cam elyafı üreticilerine satılmaktadır.
Uygulama alanına göre çesitli tipleri bulunan ve değişik oranlarda bor içeren cam elyafı birçok alanda uygulama alanı bulmaktadır  : 

- Plastik ve kompozit malzemeler,
- Takviyeli plastikler, lastikler, otomotiv, uçak ve diğer sanayi sektörleri ,
- Otomobil gövdesi, soğutma sistemi bilesenleri, özel amaçlı araçlar,
- Tekne, gemi, denizaltı, gemi bordası, havalandırma bacası
- Yapı endüstrisinde veranda, cam paneller, beton dökme yapıları, binalarda ısı ve ses yalıtımı,
- Transformatör, motor, jeneratör, elektronik cihazlar
- Olta, golf sopası, ok yayı, hokey sopası, yüzme havuzu, oyun alanı aletleri, kayak malzemeleri, tenis raketi gibi spor malzemeleri
- Okul, toplantı salonu mobilyası, sandalye, metro ve otobüs koltukları,
- Yakıt ve kimyasal madde depolama tankları, gübre ve kimyasal madde depolama siloları, boru, vantilatör,
- Koruyucu kapak, bilgisayar ve iş aletleri koruması, fotografik cihazlar
- Dekoratif paneller, klimalar
- Roket motorları, nozzle, helikopterler, sıvılaştırılmış gaz depolama tankları

SERAMİK ENDÜSTRİSİ

Seramik Sanayi’nde Bor mineral ve ürünleri çoğunlukla seramik sırı ve porselen emaye yapımında frit üretimi aşamasında kullanılmaktadır.

Dünya seramik sektöründeki gelişme ve yeniliklere bağlı olarak bu alanda, çeşitli üretim aşamalarında bor ve bor ürünleri tüketimine yönelik Ar-Ge çalışmaları da devam etmektedir.

ÖZEL BOR ÜRÜNLERİ

Dünya pazarında geniş bir tüketici kitlesi olan ham bor ürünleri (  konsantre cevherler) ve rafine bor ürünlerinin (  Borakslar, borik asit, sodyum perborat ) yanında üçüncü grup bor ürünleri ; Özel Bor Ürünleri’dir.

Bu ürünlerin başlıcaları;
 Çinko Borat
 Bor Karbür
 Bor Nitrür
 Bor hidrürler (  Sodyum ve potasyum bor hidrür)
 Ferrobor
 Inorganik Boratlar
 Elementer Bor
 Borik asit Esterleri
 Fluoroboratlar
 Organobor bileşikleri
 Bor-Azot bileşikleri

Bu grupta yer alan ürünlerin bir bölümü ülkemizde laboratuar çapında başarılı olarak üretilmiş olmakla birlikte henüz hiçbiri ticari olarak üretilmemektedir.

Hedef; bu ürünlerin üretimi paralelinde bunların tüketimine yönelik endüstrilerin de geliştirilmesidir.


Çinko Borat
Henüz ülkemizde ticari boyutta üretimi olmayan çinko borat alev geciktirici, duman bastırıcı, korozyon geciktirici olarak polimerlerde ve kaplamalarda kullanılır.
Baslıca kullanım alanları;
Yanmaya dayanıklı
• kablolar
• boyalar
• kumaşlar
• elektrik / elektronik parçalar
• halı kaplamalar
• otomobil / uçak iç aksamları
• tekstil ve kağıt endüstrisi’dir.

Bor Nitrür

En çok kullanılan bor nitrür türü Hegzagonal Bor Nitrür’dür.Hegzagonal Bor Nitrür çok iyi yağlama özelliğine sahip oldugu için;
• mekanik aksamlarda
• Seramik ve cam endüstrisinde kullanılmaktadır.

Diger bir bor nitrür türü olan Kübik Bor Nitrür ;
• Çok yüksek ısıl direnci nedeniyle kesme aletlerinde,
• Aşındırıcı malzeme olarak,
• Sertleştirilmiş çeliklerin işlenmesinde,
• Kuru yağlayıcı olarak ve yağlama yağı katkısı olarak,
• Seramik Sanayinde,
• Kozmetik sanayinde,
• Havacılık ve Uzay uygulamalarında çesitli kompozit malzemelerin üretiminde,
Kullanılmaktadır.

Bor Karbür

Elmas ve kübik yapıdaki bor nitrürden sonra günümüzde bilinen malzemeler içerisinde en yüksek sertliğe sahip olan bor karbür ise;

• Makina ve çalışma aletleri yüzeylerinin işlenmesinde, (  Matkap uçları, dişli mekanizmalar, rulman yatakları, suni malzeme pres kalıpları, frezeler vb.)
• Seramik ve sert çalısma malzemelerinin işlenmesinde, (  Kuvars, optik camlar vb.)
• Seramik yapı parçaları imalatında,
• Nükleer kalkan ve termik nötronların tutulmasında,
• Metal matriks kompozitlerinde kullanılmaktadır.
Bor karbür ve bor nitrür üretimleri konusunda ülkemizde laboratuar çapında sonuçlandırılmış birçok çalışma mevcuttur.

Ferrobor

Ferrobor çelik, dökme demir , sürekli mıknatıslar ve amorf metallerin üretiminde kullanılır. Dünya ferrobor üretiminin % 50’den fazlası çelik endüstrisinde kullanılmaktadır. Üretimin % 10’luk bir bölümü ise Nd-Fe-B mıknatıslarının üretiminde kullanılmaktadır.
Ferrobor üretimi konusunda laboratuar çapında başarılı sonuçlanmış çalışmalar vardır.

Sodyum bor hidrür

Sodyum bor hidrür kağıt sanayinde, bir ağartıcı olan sodyum hidrosülfit üretiminin yanında, birçok ilaç ve özel organik kimyasalların üretiminde de kullanılmaktadır.
Son yıllarda hidrojen taşıyıcı özelliğinden yararlanma konusunda çalışmalar yapılmaktadır.

İnorganik Bor Bileşikleri

Baryum metaborat, amonyum biborat, amonyum pentaborat, kalsiyum borat, bakır borat, lityum borat, magnezyum diborür, titanyum diborür, potasyum pentaborat bu grupta sayılabilecek bilesiklerdir.

İnorganik bor bileşiklerinden

Potasyum Pentaborat paslanmaz çelik ve çeşitli demir dışı metallerin kaynak ve lehim işlemlerinde,
Baryum Metaborat korozyon önleyici,
Amonyum Biborat üreformaldehit reçinelerinde nötralizasyon amacı ile,
Amonyum Pentaborat elektrolitik kapasitörlerde elektrolit olarak,
Magnezyum Diborür süperiletken olarak,
Kalsiyum Borat antifriz bileşiklerinde, metalurjik fluxlarda ve porselen üretiminde,
Bakır Borat mantar oluşumunu önleyici olarak,
Lityum Borat cam ve seramik endüstrilerinde ve X-ray Spektroskopide flaks olarak,
kullanılmaktadır.

Özel Bor Ürünlerinin Kullanıldıgı Bazı Yüksek Teknoloji Projeleri

• Sodyum bor hidrürlü yakıt pilleri,
• Nd-Fe-B mıknatısları ve Maglev teknolojisinden yararlanılan hızlı trenler,
• Bor’un nötron tutucu özelliği ve BNCT yöntemi


Bor kimyası

Bor elementi boş bir p orbitaline sahip olduğu için elektronca fakirdir. Bu nedenle genelde lewis asidi olarak davranır, başka bir deyişle elektron zengini bileşiklerle kolayca bağlanarak elektron ihtiyacını giderir. Ayrıca bor, metal olmayan elementler arasında en düşük elektronegativiteye sahip olduğundan reaksiyonlarda genelde elektronlarını kaybeder, başka bir deyişle yükseltgenir.
Boraks kristali

Borun temel cevherleri; kernit (  Na2B4O7.4H2O), boraks (  Na2B4O7.10H2O), kolemanit (  Ca2B6O11.5H2O) ve uleksit (  NaCaB5O9.8H2O) gibi boratlardır. Bor elementi, periyodik sistemin 3. grubunun başında yer alır. Elmastan sonra en sert madde olan ametal bor gri-siyah kristalin veya amorf mikrokristalin, yeşilimsi sarı renkli bir yapıda olup başlıca özellikleri aşağıdaki gibidir.

    Periyodik sırası  :    5
    Atom ağırlığı  :    10.82
    Izotopları
        B10  :    % 19.57
        B11  :    % 80.43
    Termik nötron absorbsiyon kesidi
        B10  :    40.10 Barn
        B11  :    07.5 Barn
    Kristal yapısı  :    Tetragonal-Hekzagonal
    Yoğunluğu
        Kristalin  :    2.33 g/cm
        Amorf  :    2.34 g/cm Erime Noktası  :    2190 °C (  -20 °C)
    Sertliği  :    9.3 Mohs

Bor bileşiklerinin yaygın kullanımları ve borun element olarak erken tanımlanmış olmasına karşın, bor kimyası çalışmaları nispeten kısıtlı bir alanda sürdürülmüştür. Bunun nedenleri, bor bileşiklerinin hidroliz veya oksidasyona yönelik stabil olmayan nitelikleri ve malzemelerin bir çoğunun kullanımındaki yapısal zorluklarıydı. Nihayet Stock, ünlü deneysel vakum tekniğini geliştirince bor kimyasının araştırılmasında yeni bir kapı aralandı.

Grup IIIA elementlerinden sadece bor bir ametaldir. Bu gruptaki diğer elementler; alüminyum, galyum, indiyum ve talyumdur. Bor, gruptaki diğer elementlerden çok daha küçük bir atomdur. Bu durum, ametal bor ve metal özellikteki diğer grup elemanları arasında belirli farklılıklara neden olur.

Ga, In ve Tl’un atom büyüklükleri periyodik sınıflandırmada de atom yarıçapı bu elementlerin artan atom numaralarıyla birlikte artmaz. Bu elementlerin göreceli şekilde küçük oluşları gruptan aşağı inerken bile beklenen şekilde azalmayan nispeten yüksek iyonizasyon potansiyeli içermelerine neden olur.
Üretimi
Türkiye'de başlıca bor çıkarılan iller.
Türkiye'de ilk borun çıkarılması.

Dünyanın en zengin boraks yatakları Türkiye'nin orta ve batı bölgeleridir. Balıkesir'de Sultançayırı ve Bigadiç, Eskişehir'de Seyitgazi (  Kırka) ve Kütahya'da Emet önemli çıkarım alanlarıdır.

Türkiye'de büyük çapta boraks üretimi, 1968'de Bandırma'da Etibank Boraks ve asitborik fabrikalarında, önce kolemanitten başlayarak yapılmıştır. Öğütülmüş kalsine kolemanit, Na2CO3 ve NaHCO3 ile reaksiyona sokulur, tepkime sonucu oluşan CaCO3 çamurunun süzülmesiyle geriye kalan ana çözelti kristallendirilir, ayrılan kristaller kurutulur ve torbalanır.

ABD-Kaliforniya'da bazı tuzlu su çözeltilerinde % 2,0 kadar boraks bulunur. Borakslı göllerden itibaren sadece bir kristallendirme işlemiyle elde edilen üründe, sodalı su ile yapılan tekrar kristallendirmeler yardımıyla saf hale getirilir. Borik asitin zayıf bir asit olması nedeniyle boraks, su etkisiyle kısmen hidrolize uğrar; dolayısıyla meydana gelen boraks kristallerinin bir kısmının hidrolizini önlemek için, boraksın sodyum karbonat eşliğinde kristallendirilmesi gerekir.

        2(  2CaO.3B2O3) + 4NaHCO3 + Na2CO3 + 28H2O › 3Na2B4O7.10H2O + 4CaCO3 + CO



Konu etiketleri  :    borun ekonomiye katkısı, türkiyede bor madeni üretimi ticareti ve ülke ekonomisine katkıları, bor madeninin ekonomiye katkısı, borun ülke ekonomisine katkısı, bor madeninin ülke ekonomisine katkısı, borun ülke ekonomisine katkısı nedir, borun türkiye ekonomisine katkıları, bor madeninin ülke ekonomisine katkıları, türkiyede bor madeni üretimi ticareti ve ülke ekonomisine katkıları vikipedi, türkiyede bor madeni ticareti, türkiye de bor madeninin ülke ekonomisine katkısı, bor madenin ekonomiye katkısı, türkiyede bor madeninin ülke ekonomisine katkısı, bor ekonomiye katkısı, bor ülke ekonomisine katkısı,

Mikroskobik canlılar nelerdir? Yararlı mikroskobik canlılar - Zararlı mikroskobik canlılar

Mikroorganizma

"Mikrop" buraya yönlendirilmektedir. Diğer kullanımlar için Mikrop (  anlam ayrımı) sayfasına bakınız.
10,000 kez büyütülmüş bir Escherichia coli bakteri kümesi.

Bir mikroorganizma (  Yunanca mikrós; "küçük" ve ὀργανισμός, organismós; canlı "organizma"'dan gelmektedir.) veya mikrop (  genellikle çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük anlamında) mikroskobik bir organizmadır. Mikroorganizmaları inceleyen, Anton van Leeuwenhoek'un kendi tasarımı olan bir mikroskop kullanarak 1675'de mikroorganizmaları keşfetmesi ile başlayan bilim dalına mikrobiyoloji denir.

Mikroorganizmalar çok çeşitlidir. Bu tanımlama bakterileri, mantarları, arkeaları, protistleri, mikroskobik bitkileri (  Yeşil algler denen); ve plankton, planarya ve Amoeba gibi mikro hayvanları da içine almaktadır. Bazıları virüsleri mikroorganizmaların içine dahil etse de, bunlar canlı olmayan olarak da kabul edilmektedir.[1][2] Mikrorganizmaların büyük kısmı tek hücreli olsa da, bu hepsine genellenemez çünkü bazı çok hücreli organizmalar mikroskobik olurken bazı tek hücreli protistler ve bakteriler, Thiomargarita namibiensis gibi makroskobiktir (  çıplak gözle görülebilmektedir). Mikroorganizmalar, biyosfer'in akar su olan her yerinde, aynı zamanda okyanus tabanındaki sıcak su kaynaklarında, atmosferin üst tabakalarında ve yerkabuğunun iç kısımlarındaki kayaların derinliklerinde yaşamaktadır. Mikroorganizmalar, saprotrof olarak iş gördükleri için ekosistemlerin besin çemberinde çok önemlidirler. Bazı mikroorganizmalar azot tutabildikleri için, azot döngüsünün en değerli parçalarıdır ve son çalışmalar havadaki mikroorganizmaların yağış ve havanın oluşumunda etkili olabileceğini göstermektedir.[3]

Mikroplardan aynı zamanda biyoteknoloji ile hem geleneksel besin ve yiyecek hazırlama yöntemlerinde hem de genetik mühendisliğine dayalı modern teknolojilerde yararlanılmaktadır. Ancak patojenik mikroorganizmalar zararlıdır çünkü onlar milyonlarca insan, hayvan ve bitkinin ölümüne neden olacak şekilde diğer organizmalara girer onların içinde çoğalırlar.

Tarihçe

Tek hücreli mikroorganizmalar, yeryüzünde yaklaşık olarak 3-4 milyar yıl önce oluşmuş ilk canlı biçimleridir.[5][6][7] Daha sonraki evrim süreci yavaştı[8] ve yaklaşık olarak 3 milyar yıl boyunca Kambriyen öncesi devirde tüm canlılar mikroskobikti.[9] Yani, dünya tarihinin büyük bir kısmında tek canlı biçimi mikroorganizmalardı.[10] Trias döneminden beri mikroorganizmaların morfolojilerinin çok az değiştiğini gösterecek şekilde 220 milyon yıllık bir kehribarın içinde bakteri, algler ve mantarlar bulunmuştur.[11]

Birçok mikroorganizma, hızlıca yenilenebilir ve bakteriler gibi mikroplar da çok farklı türler arasında konjugasyon,Transformasyon ve Transdüksiyon ile serbestçe gen transferi yapabilir.[12]

Yüksek bir mutasyon oranı ve gen çeşitlemesinin birçok başka yoluyla bitiştirilmiş olan bu yatay gen transferi, mikroorganizmaların hızla, yeni ortamlarda yaşayabilmelerine ve ortam baskılarına karşı direnmelerine (  doğal seçilim yoluyla) evrim ile olanak sağlamaktadır. Bu hızlı evrim tıp açısından önemlidir, çünkü bu özellik mikroorganizmalarda antibiyotik direnci ve modern antibiyotiklere karşı direnç geliştiren patojenik bakteriler geliştirmektedir.[13]
Mikrobiyoloji Öncesi

17. yüzyılda keşfedilmeden çok yüzyıllar öncesinde mikroorganizmaların varolabilme olasılığı insanlar tarafından tartışılmıştı. Mikroorganizmalar hakkında ilk fikirler Romalı akademisyen Marcus Terentius Varro'nun MÖ 1. yüzyılda yayınlanan ve içinde, çiftliklerin bataklık yanında kurulmaması ikazı barındıran Tarım Üzerine adlı kitabında yer almaktadır  : 
“ …ve çünkü gözle görülemeyen, havada yüzen ve ağız ve burun yoluyla vücuda giren ve ciddi hastalıklara yol açan çok hızlı hareket eden tehlikeli yaratıklar vardır.[14] ”

Bu ifade, eski zamanlarda insanların, hastalıkların gözle görülemeyen canlılar tarafından bulaştırılabilme olasılığının farkında olduklarını göstermektedir.

İbn-i Sina, El-Kanun fi't-Tıb (  1020) isimli eserinde vücut salgılarının enfekte olmadan önce vücut dışından kirli organizmalar tarafından kirletildiğini ifade etmiştir.[15] Aynı zamanda tüberküloz ve diğer hastalıkların bulaşıcı olabileceğini savundu, bunların enfeksiyöz hastalık olduğunu söyledi ve yayılmalarını engellemek için karantina uygulattı.[16]

Büyük Veba Salgını14. yüzyıl'da Endülüs'e ulaşınca Ibn Khatima, bulaşıcı hastalıkların insan vücuduna giren küçük canlılar tarafından yayıldığını yazdı.[15] Daha sonra 1546'da, Girolamo Fracastoro salgın hastalıkların, enfeksiyonu doğrudan veya dolaylı temas veya bazen çok uzun mesafelerde temas olmaksızın ileten taşınabilir tohum benzeri yapılar ile meydana getirildiğini ileri sürdü.

Mikroorganizmaların varlığına dair tüm bu erken döneme ait iddialar doğal olarak tartışmaya açıktı ve veriye veya bilimsel araştırmaya dayanmıyordu. Mikroorganizmaların varlığı kanıtlanamamış, gözlemlenememiş ve 17.yüzyılın sonuna kadar doğru ve açık bir biçimde tanımlanamamıştı. Bunun nedeni şuydu tüm bu erken dönem iddialarını kanıtlamak için gerekeli olan mikrobiyoloji ve bakteriyoloji için en önemli aracından yoksundular  :  Mikroskop.
Mikroorganizmaların keşfinin tarihi
Antonie van Leeuwenhoek, ilk mikrobiyolog ve mikroskop kullanarak mikroorganizmaları gözlemleyen ilk kişi.

Anton van Leeuwenhoek kendi tasarımı olan bir mikroskop kullanarak -ki bu onu aynı zamanda ilk mikrobiyolog yapmıştır- gözlemleyen ilk kişidir. Bunu yaparak Leeuwenhoek biyolojiye en önemli katkılardan birini yapmış ve mikrobiyoloji ve bakteriyoloji sahalarını açmıştır. (  Bu arada, Robert Hooke canlı organizmaları gözlemlemek için mikroskobu ilk kullanan kişidir; 1665 tarihli Micrographia isimli kitabı bitki hücreleri tanımlamalarını içermektedir.)

Leeuwenhoek'un 1675'de mikroorganizmaları keşfinden önce, üzümlerin nasıl şarap olduğu, sütün nasıl peynir olduğu ve besinlerin neden çürüdüğü bir gizemdi. Leeuwenhoek, bu süreçler ve mikroorganizmalar arasındaki ilişkiyi tespit etmedi ancak mikroskobu kullanarak, çıplak gözle görülemeyecek yaşam biçimleri olduğunu kanıtladı.[17][18] Leeuwenhoek'un keşfi, Lazzaro Spallanzani ve Louis Pasteur'ün gözlemleri ile beraber uzun süredir egemen olan canlı olmayan maddelerin çürümesi sırasında yaşamın kendiliğinden oluştuğu inancını yıktı.

Lazzaro Spallanzani mikroorganizmaların sadece hava ile teması olan etsuyunda çoğaldığını keşfetti. Aynı zamanda etsuyunu kaynatmanın onu mikroplardan temizlediğini de ve mikropları öldürdüğünü de keşfetti. Louis Pasteur, Spallanzani'nin bulgularını kaynatılmış et sularının havayla temasını sağlayarak geliştirdi; bir kısım etsuyunun havayla temasını sağlayan borularda dışarıdan küçük parçaların gelmesini engelleyecek bir filtre vardı ve bir kısım etsuyunun havayla temasını sağlayan borularda ise dışarıdan gelecek parçacıkların temasına engel olacak filtre yoktu. Etsuyunu önceden kaynatarak Pasteur deneyinin başında etsuyu içinde hiç mikroorganizma kalmadığını ortaya koymuştu. Pasteur'ün deneyinde filtre takılı olan etsularında herhangi bir canlı üremedi. Bu şu anlama geliyordu; içinde mikroorganizma üreyen et sularına bu canlılar dışarıdan mesela toz üzerindeki sporlardan geliyordu. Böylece Pasteur kendiliğinden oluş teorisini yıktı ve mikrop teorisini ortaya koydu.

1876'da Robert Koch mikropların hastalık yapabileceğini ortaya koydu. Bunu şarbon hastalığına yakalanmış sığırların kanında çok miktarda Bacillus anthracisi tespit etmesiyle bulguladı. Koch aynı zamanda hastalık bulaşmış hayvandan aldığı küçük bir miktar kanı sağlıklı hayvana vererek şarbonun sağlıklı hayvanın hastalanmasını sağladığını gösterdi. Aynı zamanda bir besiyerinde bakteri üretebileceğini, bunu sağlıklı bir hayvana verebileceğini ve onun hastalanmasını sağlayabileceğini kanıtladı. Deneylerine dayanarak, bir mikrop ve hastalık arasında mantıksal bir bağ kuran, bugün Koch postülatları olarak bildiğimiz ilişki sürecini geliştirdi[19] Bu postülalar her vaka için geçerli olmasa da bilimsel gelişmenin tarihinde önemli bir yer tutmaktadır ve bugün hala kullanılabilmektedir.[20]
Sınıflandırma ve yapı

Mikroorganizmalar gezegenimiz üzerindeki yaşamın taksonomisine ait herhangi bir yerde bulunabilir. Çoğu protistleri, bazı mantarları, aynı zamanda bazı mikro hayvanları ve bitkileri da içine alan belli sayıda ökaryotlar mikroskobik iken, bakteri ve arkeaların çoğunluğu mikroskobiktir. Virüsler, mikrobiyolojinin çalışma alanında olmasına rağmen, genellikle cansız sayılır ve dolayısıyla mikroorganizma olarak kabul edilmez.
Prokaryotlar

Prokaryotlar ya da Prokaryota; bakteriler, mavi-yeşil algler, riketsiyalar, aktinomisetler, ve mikoplazmaların gruplarının dahil olduğu; gerçek çekirdek zarları ve membrana bağlı organelleri olmayan, fosfolipid barındıran hücre duvarı ve tek helezonlu DNA molekülü hücre içinde serbest halde bulunan mikroorganizmaları kapsayan canlılar üstalemdir. Halk arasında mikrop diye adlandırılan mikroorganizmalar, hücresel yapılı olanlar ve hücresel yapıda olmayanlar olmak üzere ikiye ayrılır. Hücresel yapıda olanlar bakteriler, mantarlar, protistlerdir. Hücresel yapıda olmayanlar ise virüsler, viroidler, prionlardır. Canlılar; bilimsel sınıflandırması içinde çok çeşitli grupları içerdiği için, genel geçer özellikler belirtmek zordur.
Bakteriler

Bakteriler tek hücreli mikroorganizma grubudur. Tipik olarak birkaç mikrometre uzunluğunda olan bakterilerin çeşitli şekilleri vardır; kimi küresel, kimi spiral şekilli, kimi çubuksu olabilir. Yeryüzündeki her ortamda bakteriler mevcuttur. Toprakta, deniz suyunda, okyanusun derinliklerinde, yer kabuğunda, deride, hayvanların bağırsaklarında, asitli sıcak su kaynaklarında, radyoaktif atıklarda[21] büyüyebilen tipleri vardır. Tipik olarak bir gram toprakta bulunan bakteri hücrelerinin sayısı 40 milyon, bir mililitre tatlı suda ise bir milyondur; toplu olarak dünyada beş nonilyon (  5×1030) bakteri bulunmaktadır,[22] bunlar dünyadan biyokütlenin çoğunu oluşturur.[23] Bakteriler gıdaların geri dönüşümü için hayati bir öneme sahiptirler ve gıda döngülerindeki çoğu önemli adım, atmosferden azot fiksasyonu gibi, bakterilere bağlıdır. Ancak bu bakterilerin çoğu henüz tanımlanmamıştır ve bakteri şubelerinin sadece yaklaşık yarısı laboratuvarda kültürlenebilen türlere sahiptir.[24] Bakterilerin araştırıldığı bilim bakteriyolojidir; bu, mikrobiyolojinin bir dalıdır.
Arkea

Arkeler, Arkea (  Yunanca αρχαία, "eskiler" 'den türetme; tekil olarak Arkaeum, Arkaean, veya Arkaeon), veya Arkebakteriler, canlı organizmaların bir ana bölümüdür.

Yabancı literatürde bu gruptaki canlılar Archaea veya Archaebacteria, grubun tek bir üyesi ise tekil olarak Archaeum, Archaean, veya Archaeon olarak adlandırılır

Arkeler, Ökaryotlar ve Bakteriler, üç-saha sisteminin (  İngilizce three domain system) temel gruplarıdır. Bakteriler gibi arkaeler de çekirdeği olmayan tek hücreli canlılardır, yani prokaryotlardır (  prokaryotlar altı-alemli sınıflandırmada Monera olarak adlandırılırlar). İlk tanımlanan arkaeler aşırı ortamlarda bulunmuş olmalarına rağmen sonradan hemen her habitatta raslanmışlardır.

Bu üst krallığa ait tek bir organizma "arkeli" (  Arkea'ye ait anlamında; İngilizce archaean) olarak adlandırılır, bu sözcük sıfat olarak da kullanılır.
Ökaryotlar

Ökaryotlar (  Latince  :  Eukaryota), hücrelerinin yapısından dolayı beraber gruplandırılmış bir canlılar grubudur. Bilimsel sınıflandırmada Ökaryotlar, Bakteriler ve Arkeler, tüm canlıları kapsayan üç ana gruptur.

Ökaryotların tanımlayıcı özelliği genetik malzemelerinin zarla çevrili bir (  veya birkaç) çekirdek içinde yer almasıdır. Bu nedenle kelime, Eski Yunanca eu, gerçek ve karyon, çekirdek sözcüklerinden türetilmiştir. Sıfat hali ökaryotiktir. Bakteri ve arkeler çekirdeksiz olduklarından beraberce prokaryot olarak adlandırılırlar (  Eski Yunanca pro-, evvel ve karyon çekirdek sözcüklerinden). Çekirdeğin yanı sıra, ökaryotların mitokondri veya kloroplast gibi zarla çevrili çeşitli organelleri vardır, bu tür hücre içi karmaşık yapılar da prokaryotlarda bulunmaz.

Ökaryotların ortak bir atası olduğu için bir üst alem (  domain) olarak tanımlanmışlardır. Üst alem sisteminde ökaryotların, prokaryotlara kıyasla, arkelerle daha çok ortak özellikleri vardır ve bu yüzden arkelerle beraber Neomura kladı içinde gruplandırılırlar.
Protistler

Protistler (  Protista, bazen Protoctista), ayrışık (  heterojen) bir canlı grubudur ve hayvan, bitki ya da mantar olarak değerlendirilemeyen ökaryot canlılardan oluşur. Protistler bilimsel sınıflandırma açısından âlem olarak değerlendirilse de tek soylu (  monophyletic) değil, kısmi soylu (  paraphyletic) bir gruptur. Protistler içinde değerlendirilen canlıların da görece basit yapılı (  tek hücreli ya da ileri düzeyde özelleşmiş dokuları olmayan çok hücreli) olmak dışında ortak özellikleri pek yoktur.

Beslenmeleri fotosentez, absorbsiyon ya da fagositoz ile, çoğalmaları ise eşeyli ya da eşeysiz üreme ile gerçekleşen protistlerin hareketsiz olanları olabildiği gibi, kamçı, siller ya da yalancı ayaklarla hareket ederleri de bulunur. Yaklaşık olarak 60.000 yaşayan, 60.000 kadar da soyu tükenmiş fosil türü bilinmektedir.

Protistalar canlılar dünyasının ökaryot hücreli en ilkel organizma grubudur. Çoğunlukla tek hücre halinde yaşamakla birlikte koloni halinde yaşayanları da vardır. Protistalar kamçılılar, silliler, kökayaklılar, sporlular, cıvık mantarlar ve algler olmak üzere gruplara ayrılırlar.
Mikro Hayvanlar
Mantar

Mantarlar (  Fungi), çok hücreli[25] ve tek hücreli[25] olabilen ökaryotik[26] canlıları kapsayan bir canlılar alemi ve şapkalı mantarların tümüne halk arasında verilen genel addır.

Halk arasında küf, pas, rastık, maya, mildiyö, şapkalı mantar, kav mantarı, puf mantarı gibi çeşitli isimlerle anılan bütün mantarlar, mantarlar (  Fungi) alemi içerisinde incelenirler. Latince Fungi mantarlar, Fungus ise mantar anlamındadır.

Dünyanın her yerinde bulunurlar. Fazla nemli yerlerde daha çokturlar. Yeryüzünde 1,5 milyon kadar mantar türü olduğu düşünülmekte ise de günümüzde sadece 69.000[27] kadar türü tanımlanmıştır. Çoğu insan, mantarların bitki olduğunu düşünmektedir, ancak mantarlar bitki değildir. Çünkü, mantarlar kendi besinlerini üretemezler.
Bitkiler

Bitkiler (  Plantae), fotosentez yapan, ökaryotik, ağaçlar, çiçekler, otlar, eğreltiotları, yosunlar ve benzeri organizmaları içinde bulunduran çok büyük bir canlılar alemidir.

Bitkiler, topluluk halinde yaşarlar. Bitkilerin bir bölgede oluşturdukları örtüye bitki örtüsü denir. Flora, bir bölgede yetişen bütün bitki türlerinin hepsine denir. Herhangi bir bölgenin yaşam koşullarında gelişen, benzer ekolojik yapı içeren bitki topluluğuna vejetasyon denir. Bunlar 4 sınıftır  :  Ormanlar (  her zaman yeşil tropikal yağmur, subtropikal, orta kuşak, sert yapraklı, iğne yapraklı, kışın yaprak dökenler, muson ormanları, tropikal kuru, mangrov, galeri, bataklık), Çalılar (  maki, garig, psödomaki), otlar (  savan, step, çöl), tundra. Bitkilerin yetişmesini etkileyen birçok faktör vardır. Bunlar; ekvatora uzaklık, denizden yükseklik(  rakım), arazi eğimi, ışık, sıcaklık, nem, yıllık yağış miktarı, toprak içeriği, canlı faktörler(  insan, hayvan, diğer bitkiler, mikroorganizmalar)'dir Bitkiler, fotosentezle ekolojik dengeyi sağlamada temel rol oynadıklarından, canlılar dünyasında çok önemli yere sahiptirler.

Bitkiler aleminin 350.000'e yakın türü mevcuttur. 2004 itibarıyla 287.655 bitki türü tanımlanmıştır. Bunlardan 258.650'si çiçekli bitkilerden, 15,000'i de yosunlardan olarak tanımlanmıştır. Bitkiler genelde ototrof (  özbeslek) organizmalardır ve enerjilerini güneş ışığından alırlar. Birçok bitki kloroplastları sayesinde fotosentez ile organik bileşiklerini üretir. Bitki hücreleri genellikle kareye benzer şekildedir. (  Bknz. Hücre)
Habitat ve Ekoloji

Habitat, bir organizmanın yaşadığı ve geliştiği yer. Bu yer, fiziksel bir bölge, yeryüzünün özel bir parçası, hava, toprak ya da su olabilir. Habitat, bir okyanus ya da bir çayırlık kadar büyük olabileceği gibi, çürümüş bir ağaç kütüğünün altı ya da bir böceğin bağırsağı kadar küçük de olabilir. Bununla beraber, her zaman tanımlanabilen ve fiziksel olarak sınırlı bir bölgedir. Birden fazla hayvan ya da bitki özel bir habitatta yaşayabilir.

Ekoloji, canlıların birbirleri ve çevreleriyle ilişkilerini inceleyen bilimdir. Ekosistem ise canlı ve cansız çevrenin tamamıdır. Ekosistemi de abiotik faktörler (  toprak, su, hava, iklim gibi cansız faktörler) ve biyotik (  üreticiler, tüketiciler ve ayrıştırıcılar) faktörler olmak üzere iki faktör oluşturur.
Ekstremofil

Ekstremofiller çoğunlukla tek hücreli olup ekstrem koşullarda yaşama gereksinim duyan ve bu koşullarda optimum olarak gelişen organizmalara denir. Ekstremofiller karasal mezofilik organizmaların büyümeleri ve üremeleri için gerekli optimal koşullardan çok farklı olan ekstrem çevrelerde gelişirler.Çoğu ekstremofiller(  ekstrem koşulları seven) mikroorganizmalardır.Archaea domaini ekstremofillerin geniş dağılımlı olduğu bir domain olarak bilinmesine karşın, ekstremofiller hem bakterilerin hem de archaeaların içinde sayısız ve farklı genetik hatlarda yer almaktadır.Archaea ve ekstremofil terimleri ara sıra kendi içerisinde yer değiştirmesine karşın, pek çok mezofilik archaeaların ve pek çok ekstremofilik bakterilerin olduğu bilinmektedir. Yine, tüm ekstremofiller tek hücreli değildir.Çok hücrelilere örnek olarak ekstremofilik metazoalardan Pompeii kurdu ,psikrofilik(  soğukta yaşamı seven) Grylloblattodea(  böcek), artartik kabuklular(  crustacea)ve Tardigrade(  mikroskobik canlı) verilebilir.

Mikrop terimi, bilim dünyasına ilk defa 1878'de Fransız cerrahı Charles Sédillot tarafından getirilmiştir. Sédillot, mikropların kendilerine has apayrı bir dünyası olduğunu savunmuştur. Mikrobiyoloji ilim dalı beş ana kısma ayrılmıştır  :  Viroloji, bakteriyoloji, protozooloji, algoloji ve mikoloji. Bunlara ilaveten moleküler ve hücresel biyoloji, biyokimya, fizyoloji, ekoloji, botanik ve zoolojiyle de yakından ilgilidir.


MİKROSKOBİK CANLILARI TANIYALIM

Yeryüzünde sayısız miktarda canlı bulunur bu canlıların bazıları çok büyükken bazıları okadar küçüktür ki gözümüzle görmemiz imkansızdır. Bu tür canlıları mercek yada mikroskop yardımıyla görebiliriz. Bu nedenle bu canlılara mikroskobik canlılar denir. Mikroskobik canlılar her yerde bulunur.Havada, suda, toprakta, besinlerde ve canlıların vücudunda yaşayabilir. Mikroskobik canlıların bazıları yararlı bazıları ise zararlıdır.
Mikroskobik canlılar nelerdir? Kaç çeşit mikroskobik canlı türü vardır?

Doğada gözle göremediğimiz canlılar vardır.

Gözle görülemeyen ancak mikroskopla görülebilen canlılara mikroskobik canlılar denir.

Yakın çevremizde okyanuslarda, ırmaklarda, toprakta, vücudumuzda hemen hemen her yerde mikroskobik canlılar vardır.

Mikroskobik canlılar uygun sıcaklık ve besin bulunan her ortamda ürerler. Yararlı mikroskobik canlılar olduğu gibi zararlı olanlarda vardır.

Mikroskobik canlı türleri

Yararlı mikroskobik canlılar

Zararlı mikroskobik canlılar

Yararlı mikroskobik canlılar

Mikroskobik canlıların yararlılarıda vardır. Yediğimiz yoğurt veya peynir gibi yiyecekler onların sayesinde gerçekleşir. Bu canlılardan bazıları sütten yoğurt ve peynir yapılmasını sağlarlar. Üzümden sirke yapılmasını sağlayan da yine bu canlılardır. Ayrıca toprakta bitki ve hayvan artıklarını küçük parçalara ayırarak toprağın beslenmesini sağlarlar. Bu sayede dünyamız bir çöp yığını olmaktan kurtulur.

Üzüm suyunun sirkeye dönüşmesini, sütten yoğurt oluşmasını sağlayan mikroskobik canlılardır.

Doğada biriken bitki ve hayvan atıklarını mikroskobik canlılar ayrıştırır (  çok küçük parçalara ayırır). Böylece bu atıkların toprağa karışmasını sağlar. Bu sayede hem artıklardan kurtuluruz hem de toprak daha verimli hale gelir.

Kalın bağırsakta yaşayan bazı mikroskobik canlılar K vitamini sentezleyerek vücudumuza yarar sağlar.

Yaşamımızda Önemli Yer Tutan Bu tür mikroskobik canlılar,

• Üzüm suyundan sirke yapılması,

• Sütten peynir elde edilmesi,

• Sütün yoğurda dönüşmesi,

• Bitki ve hayvan atıklarının çürüyerek toprağa karışması olaylarında rol oynar.

Yoğurt Nasıl Oluşur?

Bir miktar ılık sütü birkaç kaşık yoğurt ile karıştırıp sıcak bir ortamda bekletirsek sütün tümü yoğurda dönüşür.

Yoğurdun içindeki mikroskobik canlılar sütü besin olarak kullanır ve sıcak ortamda hızla çoğalırlar. Böylece sütü yoğurda çevirirler.

Besinleri Uzun Süre Saklamak İçin Hangi Yöntemler Kullanılır?

Besinleri mikroskobik canlıların zararlı etkilerinden korumak ve uzun süre saklamak için insanlar eskiden beri birçok yöntem uygulamaktadır.

Kurutma  :  Sebze ve meyvelerin içerdiği su buharlaştırılır. Susuz ortamlarda mikroskobik canlılar yaşayamadığı için bu yiyecekler uzun süre saklanır.

Tuzlama  :  Yiyecekler bol tuz dökülerek tuzlanır. Böylece yiyeceklerin bozulması önlenir.

Konserve  :  Yiyecekler yüksek sıcaklıklarda konserve hâline getirilir. Bu yolla yiyecekler teneke ve cam kavanozlarda aylarca saklanabilir.

Dondurma  :  Çok soğuk ortamlar mikroskobik canlılar için uygun bir yaşama ortamı değildir. Buzdolabı ve derin dondurucuların kullanılmaya başlanmasından sonra sebze ve meyveler dondurularak bozulmadan uzun süre saklanmaktadır.

Pastörize etme  :  Süt çok yüksek sıcaklıklarda ısıtılarak içindeki mikroskobik canlılar öldürülür. Bu yolla paketlenen sütler uzun süre dayanır ve daha sağlıklı olur


Zararlı mikroskobik canlılar

Vücudumuza girdiğinde bizde hastalık yapan mikroplar (  virüs ve bakteriler) zararlı mikroskobik canlılardır. Tifo, kolera, verem ve tetanos bu hastalıklardandır. Mikroplar vücudumuza solunum yollarıyla veya ağız yoluyla girerek vücudumuzun savunmsaını zayıflatırlar. Bazıları ölümcül hastalıklara neden olabilir. Zararlı bakterilerden korunmak için aşı olunmalı, dengeli beslenmeli, ve elimizi yemekten önce ve sonra mutlaka yıkamalıyız. Sınıf içerisinde koşmak ve toz oluşmasını sağlamak, hasta olan birisi ile aynı havayı teneffüs etmek. Bizimde hastalanmamıza neden olur.

Uzun süre açıkta bekletilen yiyeceklerimiz bozulur, sebze ve meyveler çürür, et kokar, süt ve yoğurt ekşir. Bütün bunlara mikroskobik canlılar sebep olur.

Özellikli sıcak ve nemli ortamlarda yiyeceklerimiz kısa sürede bozulur. Bu nedenle gıdalarımızı uygun sıcaklıklarda korumalıyız.

Bozulduğu fark edilmeyen gıdalar tüketildiğinde önemli hastalıklara ve zehirlenmelere neden olur.

Bazı mikroskobik canlılar sağlığımızı bozarak bizleri hasta eder.

Mikroskobik canlıların oluşturduğu hastalıklara karşı aşı ile ya da antibiyotik kullanarak korunabiliriz. Bu hastalıkla genellikle bulaşıcıdır.

Örneğin verem, tifo, difteri, zatürree, grip vb. mikroskobik canlıların sebep olduğu hastalıklardır.

Bu hastalıklar içtiğimiz suyla havayla veya besinler aracılığıyla bulaşır. Bu hastalıklardan korunmak için kişisel temizliğimize, meyve ve sebzelerimizin taze ve temiz olmasına dikkat etmeliyiz.

Dişlerimizin çürümesine bazı mikroskobik canlılar sebep olur. Bu nedenle dişlerimizi günde en az iki kez fırçalamalıyız.

Fransız bilim insanı Louis Pasteur mikroskobik canlılarla ilgili yaptığı çalışmalar sonucunda Şarbon ve kuduz aşısını bulmuştur.

Mikroskobik canlıların faydaları

Toprakta yaşayan bazı bakteriler hayvan  ve bitki  artıklarının çürümesini sağlar.

Sütten yoğurt peynir veya yağ  yapılmasını hamurun mayalanmasını üzümden sirke yapılmasını turşunun mayalanmasını sağlarlar.

Bağırsaklarımızdaki B ve K vitamininin oluşmasında rol oynarlar.

Mikroskobik canlıların zararları

Hastalıklara yol  açarlar.

Besinlerin küflenip çürümesine sebep olurlar.

Gözle görülmezler.

Nerelerde Yaşarlar?

Mikroskobik canlılar hava, su ve toprak gibi doğal ortamlarda,insan ve hayvan vücutlarında, besinlerde yani uygun sıcaklık ve besin olan her ortamda yaşarlar.

Canlı vücutları sıcaklık ve besin açısından mikroskobik canlılar için yaşamaya elverişli yerlerdir.

Besinler de mikroskobik canlıların üremesi için uygun ortamlardır. Dışarıda bırakılan yiyeceklerde çoğalan mikroskobik canlılar besinlerin bozulmasına neden olur. Bu besinlerin kokuları ve görünümleri de bozuktur.

Deniz, göl ve okyanuslarda yaşayan bazı mikroskobik canlılar suyu oksijen bakımından zenginleştirir. Ayrıca buralarda yaşayan diğer canlılar için önemli bir besin kaynağı olur.

Hastalıklara Neden Olan Mikroskobik Canlılar

Mikroskobik canlılar çoğunlukla bulaşıcı hastalıklara neden olurlar.

Verem, tifo, kolera, tetanoz hastalıkları ile boğazda bademciklerin şişmesi ile oluşan hastalık bu canlıların etkisiyle olur.

Mikroskobik Canlılar Yararlı mı Zararlı mı?

Bence mikroskobik canlılar ve mantarlar önemli bir konudur. Fen dersini sevenler bu konuya da ilgi duyar. Ben 5. sınıfta fen dersini sevdiğim için bu konuyu seviyor, fakat zorlanıyordum. Mikroskobik canlılar bence zor bir konu, fakat öğrenmek için araştırırsanız değil. Bazı kişileri anlıyorum, “çok zor, çok sıkıcı” diyorlar. İlk başlarda öyle geliyor, ama konunun ortasına daldıkça eğleniyor sununuz. Bu yazıyı okuduktan sonra araştırabilirsiniz. Ben bir göz atmanızı tavsiye ederim. Çünkü araştırdıkça  o konu sizi saracak ve daha çok isteyeceksiniz.

Araştırdığınızda göreceksiniz ki, adı üstünde çıplak gözle değil, mikroskop ile görülebilen organizmalara “Mikroskobik Canlılar” denir. Gözle göremediğimiz birçok canlıyı ancak özel olarak geliştirilmiş mikroskoplar ile görebiliriz.  Mikroskobik canlıları gözümüzle göremeyiz, fakat onlar bizim tahmin ettiğimizden daha çok hayatımızdadır. Toprak, hava ve su gibi ortamlarda yaşarlar. Her gün temas ettiğimiz yerlerde de görülen mikroorganizmalar yararlı ya da zararlı olabilir. Tek hücreli olanlarının yanında, çok hücreli olanları da vardır. *Halk arasında mikrop diye adlandırılan mikroorganizmalar, hücresel yapılı olanlar ve hücresel yapıda olmayanlar olmak üzere ikiye ayrılırlar.* Hücresel yapıda olanlar  :  bakteriler, mantarlar ve protistler, hücresel yapıda olmayan mikroskobik canlılar ise; virüsler, viroidler ve prionlardır. Her yerde, oldukça fazla görülebilen bu canlı türlerinin yararlı olanları olduğu kadar, zararlı olanları da vardır. Mikroskobik canlılar; toprakta, havada, suda, insan vücudunda, hayvanlarda, bitkilerde ve toprak altında yaşarlar.

Yararlı olan mikroskobik canlılara örnek olarak; üzüm suyunun sirkeye dönüşmesini, sütün yoğurda, peynire veya yağa dönüşmesini, hamurun veya turşunun mayalanmasını sağlayan probiyotikleri söyleyebiliriz. Ayrıca doğaya atılan maddeleri (  bitki ve hayvan artıkları) bu gruptaki canlılar küçük parçalara ayırarak çürümelerini sağlarlar. Dolayısıyla toprağa karışmalarını ve toprağın beslenmesini sağlarlar. Vücudumuzda yaşayan bazı mikroskobik canlıların da yararlı olduğunu biliyor muydunuz? Mesela kalın bağırsakta yaşayan bu canlılar K ve B vitamini sentezleyerek vücudumuza yarar sağlar.

Ancak zararlı olan mikroskobik canlılar (  virüs, bazı bakteriler) ise dişlerimizin çürümesine ve bazen de hastalanmamıza neden olurlar. Hatta tifo, kolera, verem ve tetanos gibi ağır hastalıkların nedenidir. Yemeklerin bozulmasına, besinlerin küflenip, çürümesine sebep olurlar.

Kaynaklar  : 

Fenödevi
yumurtaliekmek
bestepebloggers

Cassini-Huygens Uzay Aracı nedir? Görevi ve Amacı Nedir?

26 Nisan 2017 Tariihinde Cassini Uzay Aracı Google tarafından Doodle oldu! Cassini Uzay Aracı nedir?
Cassini Uzay Aracı, dev arama motoru Google tarafından Doodle oldu. Cassini-Huygens Satürn gezegenine gönderilen bir insansız uzay sondasıdır. 12 Nisan'da Cassini uzay aracı, Satürn'ün halkaları arasından Dünya'nın fotoğrafını çekmişti ve ortaya enteresan bir görüntü çıkmıştı. Peki, Cassini Uzay Aracı nedir? İşte detaylar.


Cassini-Huygens Satürn gezegenine gönderilen bir insansız uzay sondasıdır. NASA-ESA-ASI'nin Satürn sistemine gönderilen bir amiral gemisi sınıfı robotik uzay sondasıdır.[1] O, 2004 yılında oraya vardıktan bu yana gezegen ve ayrıca Jüpiteri gözlemleyerek heliosferi, ve izafiyet kuramı deneyi amacıyla çok sayıda doğal uyduyu inceledi. Geliştirme yaklaşık iki yıl sonra 1997 yılında başlatılan, bu yörünge kâşifi Satürn yörüngesine girdi ve 2005'te Huygens denilen uydusu Titan'a indi. Cassini ziyaret için Satürne giden dördüncü ve yörüngesine giren ilk uzay sondası oldu, ve görevi 2014 itibarıyla devam etmektedir. İki parçalı uzay aracı astronomlar Giovanni Cassini ve Christiaan Huygens adını taşıyor.
Huygens sondası Titan'a inerken alınan bir görüntü.

Uzay aracı Titan IVB / Centaur taşıyıcı roketiyle 15 Ekim 1997 tarihinde fırlatılarak Dünya, Venüs ve Jüpiter'in alçaktan uçuş dahil bir gezegenlerarası yolculuğunun ardından 1 Temmuz 2004 tarihinde Satürn çevresindeki yörüngesine girdi. 25 Aralık 2004 tarihinde, yaklaşık 02  :  00 UTC sıralarında Huygens uzay aracından ayrıldı. Titan'ın atmosferine girdi ve yüzeye indi 14 Ocak 2005 tarihinde Satürn'ün ayı Titan'a ulaştı.


Cassini uzay aracı, Satürn'ün halkaları arasından Dünya'nın fotoğrafını çekti ve bu görüntü ortaya çıktı



Dünya'dan gökyüzüne bakıp diğer gezegenleri sadece küçük birer ışık noktası olarak görüyoruz. NASA'nın Cassini uzay aracı da Satürn'ün halkaları arasından geriye ana gezegenine baktığı ve Dünya'nın 1.4 milyar kilometre uzağından bir fotoğrafını çekti. O uzaklıktan bakıldığında Dünya, karanlığın içerisinde parlayan bir nokta gibi gözüküyor.

Cassini bu fotoğrafı 12 Nisan tarihinde çekti. NASA'nın söylediğine göre "her ne kadar fotoğrafta görmek için çok küçük olsa da, o sırada Dünya'nın Cassini'ye bakan kısmı güney Atlantik Okyanusu'ydu."

Ayrıca uzay ajansı, fotoğrafın daha yakın, kırpılmış sürümünü de yayınladı ve o fotoğrafta Ay da daha zayıf bir parlak nokta olarak görülebiliyor.

Ne yazık ki bu fotoğraflar, Cassini'nin Dünya'ya gönderdiği son fotoğraflardan olabilir. Uzay aracı, Satürn'ün halkalarını ve aylarını inceleme konusundaki başarılı görevinin ardından bu yılın ilerleyen zamanlarında Satürn'ün atmosferinde kendisini parçalayacak. Cassini uzay aracı, NASA, Avrupa Uzay Ajansı ve İtalyan Uzay Ajansı ortaklığı ile 1997 yılında uzaya gönderilmişti.

Juno uzay aracı bir ilke imza attı (  Gelen haber tüm dünyayı heyecanlandırdı)

Juno uzay aracından sabah saatlerinden gelen haber herkesi heyecanlandırdı... Juno uzay aracı 5 yıllık yolculuğunun ardından bugün Jüpiter'in yörüngesine girdi. Juno uzay aracının yörüngeye yerleşmesi büyük heyecan yarattı. Juno uzay aracı sayesinde Jüpiter'de aşırı yoğun manyetik alanının neden oluştuğunu, atmosferinin altında gerçekten neler olduğunu öğrenebileceğiz. Bu tarihi olayı Google'da anında Doodle yaparak ne kadar önemli olduğunu tüm dünyaya gösterdi.

Juno uzay aracı 5 yıl süren yolcuğun ardından Jüpiter'in yörüngesine girdi. Cape Canaveral Hava Kuvvetleri İstasyonun'dan, Güneş Sistemi'nin en büyük gezegeni Jüpiter'in sırlarını çözmek için 5 Ağustos 2011'de fırlatılan Amerikan Uzay ve Havacılık Dairesi'ne (  NASA) ait uzay aracından sabah saatlerinde yeni bir haber geldi..

Dünyaya 869 milyon kilometre uzaklıkta gerçekleşen tarihi olayı ABD'nin California eyaletine bağlı Pasadena şehrindeki NASA'ya ait Jet Propulsion Laboratory'den (  JPL) yöneten Juno Misyon ekibi, uzay aracının yörüngeye yerleşmesiyle büyük heyecan yaşadı.

ABD'nin Bağımsızlık Günü 4 Temmuz'da gerçekleşen tarihi olay, Türkiye saatiyle 06.18'de başladı. On üç aşamadan oluşan misyonun sekizinci aşamasını oluşturan Jüpiter Yörüngesine Yerleşme sırasında Juno'nun "Perijove 0" noktasına (  uzay aracının Jüpiter'e en yakın olduğu nokta) ulaşmasının ardından, uzay aracı yavaşlatılarak ana motorun yanması sağlandı. 35 dakika süren bu işlem 06.53'te tamamlandı ve Juno uzay aracı Jüpiter'in yörüngesine başarıyla yerleştirildi. Yörüngeye yerleşme öncesi bin 232 kilogram yakıt taşıyan Juno'nun yavaşlama sürecinde 447 kilogram yakıt tükettiği belirtildi.

JPL'de görevli Türk astrofizikçi Umut Yıldız, tarihi bir ana tanıklık ettiklerini belirterek, "Juno, bugüne kadar Jüpiter'in en yakınına kadar gelip yörüngesine giren bir uzay aracı olarak Jüpiter hakkında bugüne kadar bildiklerimizi kökten değiştirebilir. Juno ile Jüpiter'in aşırı yoğun manyetik alanının neden oluştuğunu anlamamızın yanında, atmosferinin altında gerçekten neler olduğunu da öğrenebileceğiz. Aslında Güneş 4,5 milyar yıl önce daha yeni oluşurken, ilk gezegen olarak Jüpiter'in oluştuğunu tahmin ediyoruz. Jüpiter'i anlarsak, Güneş Sistemi'nin de, gezegenlerin de nasıl oluştuğuna ışık tutabiliriz." şeklinde konuştu.

Jüpiter'in iç yapısını inceleyecek Juno'nun, görevi sırasında gezegenin çekim kuvveti, manyetik alanları, ve atmosferik dinamiklerine dayanan veriler üzerinden Jüpiter'in oluşum ve evrimine ilişkin sırları çözmesi bekleniyor.

Bilim insanları, çapı ve yüksekliği 3 buçuk metre olan ve 9 metreye 2,6 metre uzunluğunda üç adet güneş paneli taşıyan uzay aracının, Jüpiter'in çevresini kaplayan yoğun bulutları aşarak bilim tarihinde bugüne dek söz konusu gezegenin en yakın ve yüksek çözünürlüğe sahip fotoğraflarını çekeceğini belirtiyor.

Dünya'ya mesafesi en uzak ilk güneş enerjili uzay aracı Juno, şimdiye kadar bir gezenin yörüngesine giren en hızlı uzay aracı olma özelliği de taşıyor. Misyon ayrıca, Juno'nun hassas malzemelerini Jüpiter'in yoğun radyasyon kemerlerinden korumak üzere uzay aracının içine yerleştirilen titanyum radyasyon kasasıyla da bir ilk niteliğinde.

Maliyeti 1,1 milyar dolar olan basketbol sahası büyüklüğündeki Juno'nun, 27 Temmuz'da gerçekleşecek sonraki aşamasında, "Apijove 0"a yani Jüpiter'in yörüngesinde gezegene en uzak mesafede olacağı noktaya gelmesi planlanıyor. Bilim insanları uzay aracının ilk kez ulaşacağı bu noktanın aynı zamanda Yörünge 1'e (  Orbit 1) girişi temsil ettiğini kaydediyor.

Yörünge 4'ten (  Orbit 4) Yörünge 36'ya (  Orbit 36) kadar geçen sürede veri toplama görevini tamamlaması beklenen uzay aracının, 37'nci Orbit ile yörüngeden ayrılacağı ve 20 Şubat 2018'de Jüpiter'in şiddetli atmosferine düşürülüp yanarak misyonunu tamamlayacağı ifade ediliyor.

Fırlatıldığından Jüpiter'in yörüngesine yerleşmesine dek beş yıllık sürede 2,8 milyar kilometre kateden Juno uzay aracının, misyonunu tamamladığında 3,4 milyar kilometre mesafe katetmiş olması bekleniyor.

Juno misyonundan önce bugüne dek sırasıyla Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Ulysses, Galileo, Cassini-Huygens, New Horizons uzay araçları ve Hubble Uzay Teleskop'unun Jüpiter'in incelenmesine katkı sunduğu biliniyor.

JUNO UZAY ARACINN GÖREVİ NE ZAMAN BİTECEK?

Juno’nun görev süresi, 2018’de sona erecek.Juno’nun görevini tamamladıktan sonra Galileo gibi dev gezegenin üzerine düşürülmesi planlanıyor.

Juno 6 Ağustos 2011 de NASA'nın Florida'daki Cape Canaveral üssünden 2016'da Jüpiter'e ulaşmak amacıyla yollanan insansız uzay aracı. Juno'dan gelen verilerin büyük ihtimalle 2018 yılında analiz edilecek..


JUNO UZAY ARACININ GÖREVLERİ

Juno'nun görevi Güneş Sistemi,Güneş Sistemi ve Evren konulu belli başlı tüm sorulara cevap arayacaktır. Jüpiter'in Eliptik yörünge'sinde dolanacak olan Juno Jüpiter'in Manyetosfer,Atmosfer ve iç yapısına ait bilgileri toplarken Meteorolojik etkenle nedeniyle değişken olan amonyak ve su konsantrasyonlarının yerini belirlemeye çalışacaktır.

Juno’nun Proje Müdürü Rick Nybakken, NASA’nın 5 Ağustos 2011’de uzaya fırlattığı Juno’nun 5 yıl süren 2,8 milyar kilometrelik yolculuğunu tamamlayarak hedefine ulaşmasıyla ABD’nin Bağımsızlık Günü 4 Temmuz’da çifte kutlama yapmaya hazırlandıklarını söyledi.

ABD'nin Florida eyaletinde bulunan Cape Canaveral Hava Kuvvetleri İstasyonun'dan, Güneş Sistemi'nin en büyük gezegeni Jüpiter'in sırlarını çözmek için 5 Ağustos 2011'de fırlatılan Amerikan Uzay ve Havacılık Dairesi'ne (  NASA) ait uzay aracı Juno, 5 yıl süren yolcuğun ardından Jüpiter'in yörüngesine girdi.

Dünyaya 869 milyon kilometre uzaklıkta gerçekleşen tarihi olayı ABD'nin California eyaletine bağlı Pasadena şehrindeki NASA'ya ait Jet Propulsion Laboratory'den (  JPL) yöneten Juno Misyon ekibi, uzay aracının yörüngeye yerleşmesiyle büyük heyecan yaşadı.

ABD'nin Bağımsızlık Günü 4 Temmuz'da gerçekleşen tarihi olay, Türkiye saatiyle 06.18'de başladı. On üç aşamadan oluşan misyonun sekizinci aşamasını oluşturan Jüpiter Yörüngesine Yerleşme sırasında Juno'nun "Perijove 0" noktasına (  uzay aracının Jüpiter'e en yakın olduğu nokta) ulaşmasının ardından, uzay aracı yavaşlatılarak ana motorun yanması sağlandı. 35 dakika süren bu işlem 06.53'te tamamlandı ve Juno uzay aracı Jüpiter'in yörüngesine başarıyla yerleştirildi. Yörüngeye yerleşme öncesi bin 232 kilogram yakıt taşıyan Juno'nun yavaşlama sürecinde 447 kilogram yakıt tükettiği belirtildi.

AUF DEUTSCH

Cassini-Huygens

Cassini-Huygens ist der Name einer Mission zweier Raumsonden zur Erforschung des Planeten Saturn und seiner Monde. Bei Cassini handelt es sich um einen Orbiter, der im Auftrag der NASA vom Jet Propulsion Laboratory gebaut wurde, um die Objekte aus einer Umlaufbahn um den Saturn zu untersuchen. Huygens (  konstruiert von Aérospatiale im Auftrag der ESA) wurde als Lander konzipiert, um von Cassini abgekoppelt auf dem Mond Titan zu landen und diesen mittels direkter Messungen in der Atmosphäre und auf der Oberfläche zu erforschen, was wegen der dichten und schwer zu durchdringenden Atmosphäre des Mondes nicht von einer Umlaufbahn aus möglich ist. An der Mission ist auch die italienische Raumfahrtagentur ASI beteiligt.

Die beiden aneinandergekoppelten Sonden wurden am 15. Oktober 1997 vom Launch Complex 40 auf Cape Canaveral mit einer Titan-IVB-Rakete gestartet. Am 1. Juli 2004 schwenkte Cassini in die Umlaufbahn um den Saturn ein, und am 14. Januar 2005 landete Huygens drei Wochen nach der Trennung von Cassini auf Titan und sandte 72 Minuten lang Daten, die das Verständnis über den Mond deutlich verbesserten.

Auch der Cassini-Orbiter hat mit seiner umfangreichen Ausstattung an wissenschaftlichen Instrumenten viele neue, teils revolutionäre Erkenntnisse in Bezug auf Saturn und seine Monde geliefert. Die Mission wurde daher mehrfach verlängert, und soll am 15. September 2017 mit dem Eintritt der Sonde in die Saturnatmosphäre enden.

Entwicklung

Eine Mission zu Saturn und Titan wurde schon kurz nach dem Erfolg der Sonden Voyager 1 und Voyager 2 (  gestartet 1977, 1980 beim Saturn) in Betracht gezogen.[5] Im Jahre 1983 wurde eine Studie des Solar System Exploration Committee vorgestellt, die vier Planetenmissionen bis zum Jahr 2000 vorsah. Bei dem Komitee handelte es sich um einen Zusammenschluss zwischen den Gremien für Weltraumforschung der europäischen Wissenschaftsstiftung und der National Academy of Sciences, das bereits 1982 seine Arbeit aufnahm.[6] Neben der Cassini-Mission (  damals noch als „Saturn Orbiter/Titan Probe“-Programm bzw. SOTP bezeichnet) entstanden so auch die Magellan-Raumsonde und Mars Observer.[5] Zu Beginn gehörte die Saturn/Titan-Mission noch zum „Mariner Mark II“-Projekt, in dessen Rahmen auch eine ähnlich gebaute Sonde für den Vorbeiflug an einem Asteroiden oder Kometen, genannt „Comet Rendezvous/Asteroid Flyby“ (  CRAF), entwickelt werden sollte.[6] Um Kosten zu sparen, war geplant, beide Sonden aus möglichst vielen gleichartigen Instrumenten und Systemen zu konstruieren. Nach einem positiven Gutachten, welches kooperativ von ESA und NASA durchgeführt wurde, genehmigte die ESA 1986 erste Studien zur Sonde,[6] die nun den Namen „Cassini“ erhielt, benannt nach Giovanni Domenico Cassini, der die Saturnmonde Iapetus, Rhea, Dione und Tethys entdeckte.

Im Zeitraum 1987 bis 1988 schritt die Entwicklung der Mariner-Mark-II-Sonde weiter voran, während in Europa im Rahmen des „Horizon 2000“-Programms erste Studien zur Titan-Landesonde durchgeführt wurden.[6] Diese wurde nun nach Christiaan Huygens benannt, der den Mond entdeckte und die Saturnringe erstmals korrekt verstand. Im Jahre 1989 wurden die Mittel für die Entwicklung der Mariner Mark II bewilligt, aber bereits drei Jahre später wurden die Ausgaben für die Sonde durch den Kongress begrenzt, so dass die CRAF-Mission gestrichen wurde.[6] Infolgedessen musste das Cassini-Projekt neu strukturiert werden, als Instrumente waren nur noch das ISS, VIMS und RSS vorgesehen.[7] Durch die Einstellung des CRAF-Projektes entfiel so der Kostenvorteil, der durch gleiche Komponenten erreicht werden sollte, was Ende 1993, in Kombination mit dem neuen NASA-Direktor Daniel Goldin und seinem Motto „faster, better, cheaper“ (  dt. für ‚schneller, besser, billiger‘), auch das gesamte Cassini-Projekt gefährdete.[8] Daraufhin schrieb der damalige Direktor der ESA, Jean-Marie Luton, einen Brief an den Vizepräsidenten der Vereinigten Staaten Al Gore, an den Außenminister der Vereinigten Staaten Warren Christopher und an Goldin selbst.[8] Insbesondere kritisierte er den Alleingang der USA in dieser Angelegenheit  : 

    “Europe therefore views any prospect of a unilateral withdrawal from the cooperation on the part of the United States as totally unacceptable. Such an action would call into question the reliability of the U.S. as a partner in any future major scientific and technological cooperation.”

    „Daher sieht Europa jedwede Möglichkeit eines einseitigen Rückzuges von der Kooperation durch die Vereinigten Staaten als völlig inakzeptabel an. Solch eine Handlung würde die Zuverlässigkeit der USA als Partner für jegliche weitere wissenschaftliche und technische Kooperation in Frage stellen.“

– Jean-Marie Luton
Cassini-Huygens wird im Oktober 1996 für einen Temperatur- und Vibrationstest vorbereitet

Wenig später genehmigte Goldin die Weiterführung des Projekts. Trotzdem geriet die Mission 1995 erneut in das Blickfeld des United States Senate Committee on Appropriations, der das Projekt einstellen wollte.[7] Diese Entscheidung wurde wieder zurückgenommen. Die einzelnen Komponenten der Sonden wurden 1996 zusammengebaut und ersten Tests unterzogen.[7] Cassini wurde am 21. April 1997 nach Cape Canaveral transportiert, wo im folgenden Sommer die letzten Tests erfolgten.[7]

Parallel zum Cassini-Programm in den USA wurde in Europa die Huygens-Landesonde entwickelt, wobei auch die NASA an wichtigen Entscheidungen beteiligt war.[9] Während der Entwicklung von Huygens wurden insgesamt drei Prototypen gebaut, um einzelne Aspekte wie zum Beispiel die elektrischen Systeme oder die Tragfähigkeit der Konstruktion zu testen. Der erste Meilenstein des Projekts wurde im April 1991 erreicht, als die Definitionen der Anforderungen und der erste Designvorschlag akzeptiert wurden. Im Frühjahr 1994 wurden dann die Konzepte für die mechanischen und elektrischen Systeme verifiziert. Die letzte und wichtigste Hürde, eine kritische Untersuchung des Gesamtdesigns, wurde im September 1995 erfolgreich genommen. In den folgenden zwei Jahren untersuchte noch eine externe Kommission der NASA das Konzept auf seine Einsatztauglichkeit. Im Jahre des Starts (  1997) wurden dann die letzten Tests zur Tauglichkeit von Huygens für den Start und die Mission erfolgreich abgeschlossen.

Kurz vor dem Start am 15. Oktober 1997 waren insgesamt fast 5000 Menschen aus 18 Nationen weltweit an der Mission beteiligt.
Die „Stop Cassini“-Bewegung

Wegen der Radionuklidbatterien, die den hochradioaktiven und hochgiftigen Stoff Plutonium-238 (  Details siehe Energieversorgung) enthalten, bildete sich wenige Monate vor dem Start eine Protestgruppe, die unter dem Motto „Stop Cassini“ (  engl. für ‚stoppt Cassini‘) diesen verhindern wollte.[10] Die Anhänger der Gruppe hielten die Gefahren, die von den Folgen eines Fehlstarts oder von einem ungeplanten Wiedereintritt in die Erdatmosphäre ausgingen, für unverantwortlich hoch. Im Falle eines Fehlstarts sagte man den vorzeitigen Tod von mehreren Zehntausend bis Millionen Menschen voraus, da Cassini genug Plutonium-238 enthalte, um bei einer gleichmäßigen Verteilung 1,2 Milliarden Menschen zu töten.[11] Insbesondere die 2,3 Millionen Anwohner in der Umgebung der Cape Canaveral Air Force Station seien wegen fehlender Schutzeinrichtungen in unverantwortlichem Maße gefährdet.[11] Auch wurde die Wahrscheinlichkeit eines Fehlstarts der Delta IV-Trägerrakete (  laut Quelle, gemeint war wohl die Titan IVB) als zu hoch eingeschätzt, insbesondere weil die verwendeten Booster mit einer Chance von 5 % defekt seien.[11] Im Allgemeinen seien 13,44 % aller Raumfahrtmissionen mit nuklearen Komponenten der USA und Sowjetunion fehlgeschlagen und setzten in unterschiedlichem Maße Radioaktivität frei.[11] Weiterhin sei es beunruhigend, dass die NASA die Wahrscheinlichkeit für die Freisetzung von Plutonium zuerst mit 0,00066 % angegeben habe, diese aber anschließend bis auf etwa 0,0029 % erhöht wurde.[11] Darüber hinaus wurde argumentiert, dass die Verwendung von Nuklearmaterial im Rahmen der Cassini-Huygens-Mission dessen Einsatz bei zukünftigen Sonden begünstige und eine Basis für die Militarisierung des Weltraums biete.[11] Als Alternative wurde die Verwendung von Solarzellen und langlebigen Brennstoffzellen vorgeschlagen.[11]

Das JPL war in einer Studie zur Umweltverträglichkeit von Cassini-Huygens jedoch zu dem Schluss gekommen, dass der Einsatz von Solarzellen nicht praktikabel sei.[12] Dies lag vor allem an der Tatsache, dass es keine Nutzlastverkleidung gab, welche die nötigen Solarpanels mit einer Gesamtfläche von 598 m2 hätte aufnehmen können.[12] Der resultierende Masseanstieg von 1337 kg (  +63 %) hätte außerdem eine massive Reduktion der wissenschaftlichen Nutzlast bedeutet.[12] Ohne diese Maßnahme hätte eine solarbetriebene Sonde das zulässige Gesamtgewicht für die Titan IVB (  6234 kg) um knapp eine Tonne überstiegen.[12] Außerdem würden die Solarpanels durch ihr hohes elektrostatisches Potential deutlich mehr Interferenzen erzeugen als eine Energieversorgung durch Radionuklidbatterien, was einige Instrumente stören könnte.[12] Die Solarpanele müssten auch aufwändig entfaltet und zur Sonne ausgerichtet werden, was ein zusätzliches Risiko für den Erfolg der Mission bedeuten würde.[12]

Da auch die NASA einen Fehlstart oder Wiedereintritt in die Erdatmosphäre nicht ausschloss, wurde ein mehrschichtiges Sicherheitskonzept für die Radionuklidbatterien implementiert (  siehe Energieversorgung), um im Ernstfall die Freisetzung von radioaktivem Material ganz zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Im Zeitraum von der Zündung der Booster bis zum Verlassen der Erdumlaufbahn wurden sechs mögliche Unfallszenarien identifiziert. Die Wahrscheinlichkeiten und die freigesetzte Radioaktivität gliedern sich laut NASA wie folgt  :  [13]

Missionsphase 1 (  0 bis 11 Sekunden nach dem Start)

    (  Selbst-)zerstörung mit Aufschlag der Batterien auf Beton  :  0,00017 %, 2,97 Mrd. Bq;
    keine Zündung eines Boosters und Einschlag von Teilen der Verkleidung in die Batterien  :  0,00091 %, 1,38 Mrd. Bq;
    schwerer Schaden an der Centaur-Oberstufe und Aufschlag der Batterien auf Beton  :  0,000042 %, 2,98 Mrd. Bq;

Missionsphase 2 bis 4 (  11 bis 246 Sekunden nach dem Start)

    kein kritisches Szenario mit Freigabe von Radioaktivität erwartet (  Absturz in den Atlantischen Ozean);

Missionsphase 5 (  246 bis 688 Sekunden nach dem Start)

    (  Selbst-)zerstörung und Aufschlag der GPHS-Module auf Felsgestein in Afrika  :  0,00046 %, 0,54 Mrd. Bq;
    Fehler in der Centaur-Oberstufe und Aufschlag der GPHS-Module auf Felsgestein in Afrika  :  0,000037 %, 0,54 Mrd. Bq;

Missionsphase 6 (  688 bis 5576 Sekunden nach dem Start)

    ungeplanter Wiedereintritt in die Erdatmosphäre und Aufschlag der GPHS-Module auf Felsgestein  :  0,00044 %, 0,56 Mrd. Bq.

Wäre Cassini-Huygens bei dem Swing-by-Manöver am 18. August 1999 an der Erde unkontrolliert in deren Atmosphäre eingetreten, was laut NASA mit einer Chance von eins zu einer Million hätte passieren können, so wären insgesamt fünf Milliarden Menschen betroffen gewesen.[14] In dieser Population hätte sich die Krebsrate um 0,0005 % erhöht, was 5000 zusätzliche Krebstote bedeutet hätte.[14]

Letztendlich erreichte die „Stop Cassini“-Bewegung keine Änderungen und keinen Abbruch der Mission, sie wurde wie geplant durchgeführt. Bill Clinton genehmigte die Mission – der amerikanische Präsident muss jedem Abschuss von radioaktivem Material ins All zustimmen. Gegner der Mission appellierten an Clinton, die Unterschrift zu verweigern. Ihr Protest appellierte auch an die europäische Raumfahrtagentur ESA, die an Cassini beteiligt ist. In Deutschland sammelten Kritiker mehr als 10.000 Unterschriften.[1

Kosten

Die Kosten des Projekts werden von der NASA wie folgt angegeben  :  [16]
Posten Kosten
Entwicklung vor dem Start 1422 Mio. US$
Missionsunterstützung 710 Mio. US$
Missionsverfolgung 54 Mio. US$
Start 442 Mio. US$
Aufwendungen der ESA 500 Mio. US$
... davon aus Deutschland[17]  :    ca. 120 Mio. EUR   
Aufwendungen der ASI 160 Mio. US$
Gesamtkosten 3288 Mio. US$
Missionsziele

Die Cassini-Huygens-Mission wurde konzipiert, um das Verständnis über eine Vielzahl von Objekten und Vorgängen im Saturnsystem umfassend zu verbessern. Vor dem Start wurden von NASA und ESA folgende Forschungsschwerpunkte definiert  :  [7]
Titan

    Bestimmung der Atmosphärenzusammensetzung und der Isotopenverhältnisse, inklusive der enthaltenen Edelgase; historische Entwicklung
    Beobachtung der Gasverteilung in der Atmosphäre, Suche nach weiteren organischen Verbindungen und der Energiequelle für chemische Prozesse in der Atmosphäre, Studium der Verteilung von Aerosolen
    Messung von Winden und Temperatur, Untersuchung der Wolkenbildung und der saisonalen Veränderungen innerhalb der Atmosphäre, Suche nach elektrischen Entladungen
    Untersuchung der oberen Atmosphäre, insbesondere im Hinblick auf Ionisationseffekte und ihre Rolle als Quelle für elektrisch geladene und ungeladene Teilchen für die Magnetosphäre
    Erfassung der Oberflächenstruktur und -zusammensetzung sowie Untersuchungen zum Inneren des Mondes

Magnetosphäre

    Bestimmung der genauen Konfiguration des axial-symmetrischen Magnetfeldes und seine Beziehung zur Radiostrahlung im Kilometerbereich
    Bestimmung der Zusammensetzung, Quellen und Senken von geladenen Teilchen in der Magnetosphäre
    Untersuchung der Wellen-Teilchen-Interaktionen, Dynamik der Magnetosphäre auf der Tagseite, dem Magnetotail von Saturn und deren Wechselwirkungen mit Sonnenwind, Monden und den Ringen
    Studien zur Wechselwirkung von Titans Atmosphäre und Exosphäre mit dem umliegenden Plasma

Vereiste Monde

    Ermittlung der generellen Eigenschaften und geologischen Vergangenheit der Monde
    Erforschung der Mechanismen zur Verformung der oberflächlichen und inneren Kruste
    Untersuchung der Zusammensetzung und Verteilung von Oberflächenmaterial, insbesondere dunkle, organische Materie sowie solche mit niedrigem Schmelzpunkt
    Erforschung der Wechselwirkungen mit der Magnetosphäre und dem Ringsystem, sowie mögliche Gaseinbringung in die Atmosphäre

Saturn und sein Ringsystem

    Studien zur Konfiguration der Ringe und zu den dynamischen Prozessen, durch die die Ringe entstanden sind
    Kartierung der Zusammensetzung und größenabhängigen Verteilung des Ringmaterials
    Untersuchung der Wechselwirkungen der Ringe mit Saturns Magnetosphäre, Atmosphäre und Ionosphäre sowie mit den Monden
    Bestimmung der Staub- und Meteoritenverteilung in der Nähe der Ringe des Saturns
    Bestimmung der Temperatur, Wolkeneigenschaften und Zusammensetzung der Atmosphäre
    Messung der globalen Winde, inklusive der Wellen- und Wirbelstrukturen
    Beobachtung der wesentlichen Wolkenstrukturen und -prozesse
    Erforschung der inneren Struktur und Rotationseigenschaften der tiefen Atmosphäre
    Studium der täglichen Änderungen und des Einflusses der Magnetosphäre auf die Ionosphäre
    Bestimmung der Restriktionen für Modelle zur Erforschung von Saturns Entstehungsgeschichte
    Untersuchung der Quellen und der Struktur von Blitzen und statischen Entladungen in der Atmosphäre


Mit einer Startmasse von 5364 kg (  davon 3132 kg Treibstoff) ist Cassini die schwerste US-amerikanische Raumsonde, die jemals gebaut wurde. Ihre zylinderförmige 6,7 m hohe und 4 m breite Zelle besteht hauptsächlich aus Aluminium und ist in verschiedene Ebenen eingeteilt (  von unten nach oben  :  Antrieb, untere Ausrüstungsebene plus Energieversorgung, obere Ausrüstungsebene, Kommunikation). Aufgrund der Flugbahn der Sonde ist ein komplexes Klimasystem integriert worden, das die Einsatzfähigkeit sowohl bei Venus als auch bei Saturn sicherstellt. Während des Swing-by-Manövers bei der Venus muss Cassini wegen der geringen Distanz zur Sonne gekühlt werden, was durch goldbeschichtete Mylar-Folie[18] auf der sonnenzugewandten Seite und Radiatoren auf der sonnenabgewandten Seite der Sonde realisiert wurde. Bei Saturn ist die Sonnenstrahlung wiederum so gering, dass eine Beheizung der Elektronik und der wissenschaftlichen Instrumente notwendig wird. Dies geschieht vorrangig durch die Nutzung der Abwärme der drei Radionuklidbatterien, ansonsten durch kleine Heizwiderstände.
Energieversorgung
Eine der drei Radionuklidbatterien
Schnittdarstellung einer GPHS-RTG

Aufgrund der großen Distanz zur Sonne bei Saturn wurden bei Cassini drei Radionuklidbatterien (  Bezeichnung  :  „GPHS RTG“) zur Energieversorgung eingesetzt, da Solarzellen wegen der benötigten Größe und Masse nicht verwendbar waren (  Details siehe oben). Gefüllt sind die 56 kg schweren Batterien mit je 12,2 kg der Verbindung Plutoniumdioxid (  davon sind je 9,71 kg 238Pu), das durch seinen radioaktiven α-Zerfall (  Halbwertszeit  :  87 Jahre) pro Batterie 4400 Watt Wärmeleistung freisetzt.[19] Diese Wärme wird mittels Silicium-Germanium-Thermoelementen mit einer Effizienz von 6,5 bis 7 % in elektrische Energie umgewandelt.[20]

Die elektrische Leistung pro Radioisotopenbatterie betrug beim Start 285 Watt (  gesamt 855 Watt) und nimmt seitdem pro Jahr um 3,1 %[19] ab, da die Aktivität des Plutoniums stetig abnimmt und die Thermoelemente durch Abnutzung immer ineffizienter werden. Zum Jahr 2010 lieferten alle Batterien zusammen etwa 670 Watt elektrische Leistung, zum Ende der Mission 2017 sollen noch etwa 605 Watt zur Verfügung stehen.[21]

Da die 29,4 kg Plutonium hochgiftig und eine sehr starke Quelle von Radioaktivität sind (  Details im Abschnitt Die „Stop Cassini“-Bewegung), wurde bei der Konstruktion der RTGs ein mehrschichtiges Sicherheitssystem entwickelt  :  Das Plutonium liegt als gesintertes Plutoniumdioxid vor, das eine Keramikmatrix bildet,[20][22] die bei mechanischer Belastung in größere Bruchstücke zerbricht, aber nicht zu feinem Staub wird, der eingeatmet werden könnte. Außerdem widersteht die Verbindung Plutoniumdioxid der Hitze beim eventuellen Wiedereintritt in die Atmosphäre, ohne zu verdampfen, und reagiert chemisch weder mit dem Sauerstoff oder Stickstoff der Luft noch mit Wasser und auch kaum mit anderen Stoffen. Innerhalb der Batterie ist diese Plutoniumkeramik in 18 einzelnen Kapseln untergebracht, die alle über einen eigenen Hitzeschild und ein aufprallsicheres Gehäuse verfügen.[20] Innerhalb dieser Kapseln ist die Keramik von mehreren Lagen unterschiedlicher Materialien umgeben (  darunter Iridium und Graphit), die durch ihren hohen Schmelzpunkt und ihre große Resistenz gegenüber Korrosion den Austritt radioaktiver Stoffe nach einem Aufschlag verhindern sollen.[20] Die äußerste Schutzbarriere besteht aus einer Kohlefaserummantelung und dem Aluminiumgehäuse.

Für die Energieverteilung ist das Power and Pyrotechnic Subsystem (  PPS) zuständig. Es sorgt für die Erzeugung der Bordspannung von 30 Volt Gleichspannung (  auf zwei Leitungen mit je +15 V und −15 V) und initiiert pyrotechnische Vorgänge, zum Beispiel die Abtrennung von der Centaur-Oberstufe. Der Strom wird über ein Kabelsubsystem (  Cabling Subsystem, CABL) verteilt, das aus über 20.000 Kabelverbindungen besteht und ca. 1630 Verbindungsknoten aufweist.[23] Insgesamt wurden über 12 km an Kabelsträngen im Cassini-Orbiter verbaut. Die Verkabelung ist elektrisch vollständig passiv und besitzt keine Leistungselektronik oder Komponenten zur Datenverarbeitung, womit sie ausschließlich der Stromführung und dem Datentransfer dient.
Der Engineering Flight Computer
Das Massenspeichermodul
Ein Modul des EPS
Elektronik

Die beiden wichtigsten Elemente der Elektronik sind die zwei SSD-Massenspeicher und der Engineering Flight Computer (  EFC) der Firma IBM,[24] der für alle Steuerungsaufgaben innerhalb der Sonde zuständig ist. Er verfügt über insgesamt 58 Mikroprozessoren,[25] darunter einen vom Typ MIL-STD-1750A.

Dieser Prozessor kam bereits in mehreren Militärsystemen (  u. a. Northrop B-2, General Dynamics F-16 und Hughes AH-64) zum Einsatz und wurde das erste Mal für eine Raumfahrtmission genutzt. Er basiert auf einer 16-Bit-Architektur, weist eine Rechenleistung von 1,7 MIPS auf und verfügt intern über 8 kbit Speicher.[26] Der Arbeitsspeicher des EFC ist 32 Mbit groß und besteht aus SRAM-Speicherzellen, die gegenüber konventionellen SDRAM-Zellen zwar wesentlich weniger Kapazität aufweisen, jedoch strahlungsresistenter sind und höhere Datenraten erlauben.

Die beiden Massenspeicher (  Solid State Recorder, SSR genannt) basieren zum ersten Mal in der Raumfahrtgeschichte nicht auf Magnetbändern, sondern auf DRAM-SSD-Technik.[27] Gegenüber den Magnetbändern weist die eingesetzte SSD-Architektur unter anderem folgende Vorteile auf  :  [27]

    höhere Zuverlässigkeit (  keine beweglichen Teile)
    simultanes Lesen und Schreiben
    geringere Zugriffszeiten
    höhere Datenraten
    geringerer Energiebedarf.

Jeder Rekorder besitzt eine Speicherkapazität von 2,56 Gbit, wobei 560 Mbit zur Speicherung von Prüfsummen reserviert sind.[27] Aufgeteilt sind die Rekorder in jeweils 640 DRAM-Zellen mit je 4 Mbit Speicherplatz, die simultan mit einer Datenrate von 2 Mbit pro Sekunde ausgelesen und beschrieben werden können.[27] Wegen der intensiven Strahlung im offenen Weltraum und im Jupitersystem sind Fehler in den Speicherzellen unvermeidlich. Darum wurde hardwareseitig ein Fehlererkennungs- und Korrektursystem integriert, das defekte Speicherbereiche erkennt, Daten so weit wie möglich wiederherstellt und die Speicherstelle als defekt kennzeichnet.[27] Die verwendeten Gate-Arrays verfügen über eine Logik für den Boundary Scan Test, um Übertragungs- und Formatfehler mit einer Wahrscheinlichkeit von über 99 % zu erkennen. Beim Systementwurf wurde eingeplant, dass bis zum Ende der Mission ca. 200 Mbit Speicherplatz durch Strahlung und Abnutzung verloren gehen werden. Jeder SSR wiegt 13,6 kg, ist 0,014 m3 groß und benötigt 9 Watt elektrische Leistung.[27]

Die SSR- und EFC-Komponenten sind zusammen mit anderen elektronischen Bauteilen im zylinderförmigen Electronic Packaging Subsystem (  EPS) untergebracht, das sich in der oberen Ausrüstungsebene direkt unter der Antennensektion befindet. Das EPS ist in 12 standardisierte Module unterteilt, welche die enthaltenen elektrischen Systeme vor Strahlung und Störsignalen der benachbarten Elektronik schützt. Außerdem sorgt es mit einem Temperaturkontrollsystem dafür, dass die Komponenten innerhalb ihrer Temperaturspezifikationen arbeiten und keinen Schaden durch Unterkühlung oder Überhitzung erleiden.
Kommunikation
Die Hochgewinnantenne bei einem Test

Die Radiosignale zur Kommunikation mit Cassini werden von dem Radio Frequency Subsystem (  RFS) erzeugt. Kern des Systems sind zwei Wanderfeldröhren-Verstärker mit einer Leistung von je 20 Watt. Diese können auch gleichzeitig eingesetzt werden, um die Sende- und Empfangsleistung zu erhöhen, können aber auch alleinstehend arbeiten, wenn ein Verstärker defekt ist (  Prinzip der Redundanz).[28] Doppelt vorhanden sind auch die Baugruppen Telemetriekontrolle, Signalverarbeitung und Transponder.[28] Weitere Komponenten sind ein hochstabiler Oszillator, ein Diplexer und eine Schaltung zur Ansteuerung der Antennen.[28]

Übertragen werden die erzeugten Signale anschließend über das Antenna Subsystem (  ANT). Wichtigster Bestandteil ist die Hochgewinnantenne (  HGA) auf der Spitze der Sonde, die als Cassegrain-Parabolantenne ausgeführt ist. Sie misst im Durchmesser 4 m und wurde von der italienischen Raumfahrtagentur Agenzia Spaziale Italiana bereitgestellt.[29] Die HGA weist eine hohe Richtwirkung auf, wodurch zum einen die Datenrate bei gleicher Sendeleistung stark erhöht werden konnte, zum anderen muss die Antenne aber auch sehr präzise auf die Erde ausgerichtet werden.

Des Weiteren sind zwei Niedriggewinnantennen (  LGA) vorhanden, die an der Spitze des HGA-Subreflektors und am anderen Ende der Sonde angebracht sind, so dass bei jeder Fluglage Daten übertragen werden können. Da die Datenrate aufgrund der kompakten Antennenkonstruktion nur sehr gering ausfällt, ist sie hauptsächlich als Notfalllösung gedacht, wenn die HGA nicht auf die Erde ausgerichtet werden kann. Während der Marschflugphase wurden die Antennen auch zur planmäßigen Kommunikation genutzt, da für die kurzen routinemäßig durchgeführten Systemchecks keine hohen Datenraten nötig waren. Hierdurch sparte man den Treibstoff, der nötig gewesen wäre, um die Hauptantenne auf die Erde auszurichten.

Da die HGA-Antenne neben der Kommunikation auch Kapazitäten für einige wissenschaftliche Radioexperimente bieten muss, ist deren Aufbau wesentlich komplexer als bei anderen Raumsonden. Es folgt eine Übersicht der verwendeten Frequenzen und Syste

Antenne Frequenz-
band Mitten-
frequenzen Bandbreite /
Antennengewinn Übertragungs-
richtung Assoziiertes
System Aufgaben
HGA
S-Band
2040 MHz 10 MHz / 35 dBi Empfang RFS Kommunikation mit Huygens
2098 MHz
2298 MHz Senden RSS radiotechnische Atmosphärenforschung
X-Band
7175 MHz 50 MHz / 47 dBi Empfang RFS Kommunikation mit der Erde
8425 MHz Senden
k. A. Senden RSS radiotechnische Atmosphärenforschung
Ku-Band 13.776 MHz 200 MHz / 51 dBi Senden,
Empfangen RADAR SAR-Radarbilder
Ka-Band
32.028 MHz 200 MHz / 57 dBi Senden RSS radiotechnische Atmosphärenforschung
34.316 MHz Empfang
LGA
X-Band
7175 MHz 50 MHz / k. A. Empfang RFS Kommunikation mit der Erde
(  nur technische Telemetrie)
8425 MHz Senden

Im Zentrum der HGA-Parabolantenne befindet sich eine Konstruktion, welche die Transmitter für das X-Band und Ka-Band beherbergt, da an dieser Position der höchste Antennengewinn erzielt werden kann. Das Ku-Band Radarsystems besitzt ein völlig anderes Aufgabengebiet als die anderen Radioinstrumente, weswegen ein komplexer Aufbau nötig ist  :  Neben dem Transmitter in der Mitte sind noch insgesamt 100 Wellenleiter vorhanden, die in 4 Modulgruppen um diesen Bereich herum angeordnet sind. Der S-Band-Transmitter befindet sich im Subreflektor hinter einer speziellen Oberfläche, die für die anderen Frequenzbänder undurchlässig ist und so als Reflektor wirkt, und strahlt die Parabolantenne direkt an. Die Hochgewinnantenne wurde während des Marschfluges auch als Hitzeschild gegen die Wärmestrahlung der Sonne verwendet, solange diese weniger als 2,7 AE entfernt war.[24]

Zusammen mit den erdgebunden Antennen des Deep Space Networks wurden folgende Senderaten erreicht  : 

    bei Jupiter 249 kbit/s mit 70-m-Antenne, ca. 62 kbit/s mit 34-m-Antenne;[25]
    bei Saturn 166 kbit/s mit 70-m-Antenne, ca. 42 kbit/s mit 34-m-Antenne.[25]
    Über die Niedriggewinnantenne werden, je nach Entfernung zur Erde, Datenraten von bis zu 948 Bit/sec erreicht.[30]
    Die geringstmögliche Datenrate liegt bei 5 bit/s.[31]

Zur Kommunikation mit der Huygens-Sonde kam die Hochgewinnantenne in Kombination mit dem S-Band-Transmitter zum Einsatz.[32] Empfangen wurde auf zwei Kanälen mit je 8 kbit/s, wobei ein Kanal aufgrund eines Designfehlers ausfiel (  Details siehe Missionsverlauf).[32]
Übersicht der Flugsteuerung
Flugsteuerung
Die beiden Haupttriebwerke

Cassini verfügt über ein Antriebssystem (  Propulsion Module Subsystem, PMS) und ein Lagekontrollsystem (  Attitude and Articulation Control Subsystem, AACS), um seine Flugbahn und Ausrichtung im Raum regulieren zu können. Beide Sektionen befinden sich am unteren Ende der Sonde. Das AACS verfügt über einen eigenen Computer, der ebenfalls auf einem MIL-STD-1750A-Prozessor basiert und über 8 MBit RAM verfügt.[25] Seine Hauptaufgabe ist die Berechnung von Korrekturmanövern auf Basis der Daten der beiden Sternsensoren, die vier bis fünf besonders helle Sterne in ihrem 15°-Sichtfeld als Leitsterne auswählen. Neben diesen Sensoren kommen zur Lagebestimmung noch drei inertiale Navigationssysteme zum Einsatz.

Cassini verfügt über zwei Haupttriebwerke mit je 440 Newton Schub, die für alle größeren Flugbahnkorrekturen zuständig sind. Als Treibstoff dient Monomethylhydrazin (  1870 kg), als Oxidationsmittel Distickstofftetroxid (  1130 kg). Diese Komponenten werden mittels Helium-Druckgas in die Brennkammern der beiden Haupttriebwerke gefördert und entzünden sich bei Kontakt sofort (  Hypergol).[25] Beide Komponenten befinden sich in einem großen Tank, getrennt durch ein internes Schott.[25] Der Tank nimmt den allermeisten Platz im Inneren der Raumsonde ein, um den die elektrischen und wissenschaftlichen Module ringförmig angeordnet sind. Der zylinderförmige Heliumtank fasst 9 kg und ist seitlich an der Sonde befestigt.

Für Manöver zur Lageänderung kommen 16 kleinere Triebwerke zum Einsatz, die je 0,5 Newton Schub liefern und in Vierergruppen an vier Auslegern befestigt sind.[25] Als Treibstoff dient hier Hydrazin, dessen kugelförmiger 132-kg-Tank auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.[25] Alle Tanks werden beheizt, um das Einfrieren ihres Inhalts zu verhindern.

Die Ausrichtung der Sonde im Raum wird mittels vier Reaktionsrädern vorgenommen, die sich in der Nähe der Haupt- und Lagekontrolltriebwerke befinden.
Technik der Huygens-Sonde
Ein Modell der Huygens-Sonde (  ohne Hitzeschild)

Die Huygens-Landesonde dient der Erforschung des Saturnmondes Titan und wurde von der Europäischen Weltraumorganisation (  ESA) bereitgestellt. Sie ist mittels eines Adapters an dem Cassini-Orbiter angebracht, wiegt 318 kg und misst 1,6 m im Durchmesser.[33][34] Ihre Zelle besteht hauptsächlich aus Aluminium, das in verschieden dicken Sandwich-Wabenkern-Flächen verwendet wurde (  25 bis 72 mm). Die Flächen werden in den meisten Fällen durch mehrere Titan-Streben im Inneren verbunden und versteift.[35]

Huygens ist während des Marschfluges fest mit Cassini verbunden. Über einen Stecker findet neben Kommunikation auch die Energieversorgung (  bis 210 W) der Huygens-Landesonde statt, damit diese nicht ihre Batterien für Funktionstests belasten muss.[36] Die Abtrennung findet mittels drei kleinen Sprengladungen 22 Tage vor der Landephase statt. Den nötigen Impuls erhält Huygens durch drei Stahlfedern, die eine Kraft von je 500 N aufbringen können.[36] Sie entfernt sich nach der Trennung mit ca. 0,3 m/s von Cassini.[36] Führungsrollen sorgen dann für eine Rotation der Sonde um die eigene Achse mit 7 Umdrehungen pro Minute.

Für die Energieversorgung von Huygens sind fünf Batterien zuständig. Jede Batterie besteht aus zwei Modulen mit je dreizehn in Serie geschalteten LiSO2-Zellen mit einer Kapazität von 15,2 Ah.[37] Somit stehen der Sonde insgesamt 76 Ah bei einer Spannung von 28 V zur Verfügung. Während des Marschfluges sind fast alle elektrischen Systeme deaktiviert, um Energie zu sparen; es werden lediglich einige rudimentäre Funktionstests periodisch durchgeführt. Der Energiebedarf steigt dann auf bis zu 351 W, wobei das Energiesystem maximal 400 W liefern kann. Der Verbrauch während der einzelnen Missionsphasen war wie folgt geplant  :  [36]
Ein Blick von oben auf das Innere von Huygens
Missionsphase Leistungs-
aufnahme Dauer Verbrauch
Marschflug nach der Abtrennung 0,3 W 22 d 158 Wh
Phase vor dem Eintritt 125 W 18 min 37 Wh
Erste Abstiegsphase 339 W 80 min 452 Wh
Zweite Abstiegsphase 351 W 73 min 427 Wh
Oberflächenmission 351 W 45 min 263 Wh
Gesamt 22,15 d 1338 Wh
Reserve 790 Wh (  37 %)

Für die Steuerung der Sonde ist das Command & Data Management Subsystem (  CDMS) zuständig. Da nach dem Abtrennen von Cassini keine Kommandos mehr zur Sonde geschickt werden können, ist die Elektronik in einem sehr hohen Maß auf Ausfallsicherheit ausgelegt.[38] Daher ist der CDMS-Hauptcomputer doppelt redundant ausgelegt. Jeder Computer verwendet einen MIL-STD1750A-Prozessor mit einem 1 MBit EPROM für die Speicherung der Software, die neu programmiert werden kann, solange die Sonde mit dem Cassini-Orbiter verbunden ist.[36] Folgende Systeme sind ebenfalls redundant  :  [38]

    Mission Timer Unit (  dreifach, Zeitgeber)
    Central Acceleration Sensor Unit (  dreifach, Beschleunigungssensor)
    Radarhöhenmesser (  zweifach)
    Solid State Recorder (  zweifach, Datenspeicherung)
    Probe Data Relay Subsystem (  zweifach, Kommunikation)

Blick auf Huygens Hitzeschild (  mit zusätzlicher Isolationsfolie)

Das redundante Kommunikationssystem besteht aus jeweils einem 10-Watt-S-Band-Sender und einer omnidirektionalen Antenne.[36] Die Datenrate zur Hochgewinnantenne von Cassini beträgt 1 bis 8 KBit/sec. Beide Sendeanlagen arbeiten zur Sicherheit gleichzeitig, sie senden die gleichen Daten (  mit Ausnahme von Bildern) um sechs Sekunden zeitversetzt nacheinander.[36] Die Daten werden mittels Cassinis SSR-Massenspeichern aufgezeichnet und nach Ende der Mission zur Erde gesendet. Während des Marschfluges können Daten auch direkt zur Erde übermittelt werden, wenn Antennen des Deep Space Network für den Empfang verfügbar sind.[38]

Da Huygens in die dichte Atmosphäre des Mondes eintreten muss, wird sie von einem 79,3 kg schweren Hitzeschild vor den hohen Temperaturen (  bis zu 1500 °C) geschützt.[36] Der vordere Hauptschild ist kegelförmig, weist einen Durchmesser von 2,75 m auf und besteht hauptsächlich aus Keramik-Hitzeschutzkacheln mit einer Dicke von 17 bis 18 cm.[36] Die tragende Struktur besteht aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (  CFK) in Sandwich-Wabenkern-Bauweise.[39] Auch die Oberseite der Sonde wird durch einen Schild geschützt. Dieser wiegt bei einem Durchmesser von 1,6 m nur 11,4 kg, da auf der Rückseite bedeutend weniger Hitze auftritt und entsprechend weniger Hitzeschutz nötig ist. Als Material wurde eine Konstruktion aus versteiftem Aluminiumblech und einer dünnen Schicht aus aufgesprühten Siliciumkügelchen verwendet.[39]

Nachdem die Sonde den beanspruchendsten Teil des Eintritts überstanden hat, muss sie stark abgebremst werden, um bei der Landung auf der Oberfläche nicht zu zerschellen. Hierzu kommen hintereinander drei Fallschirme zum Einsatz.[35] Der erste wird in einer Höhe von ca. 160 km ausgebracht, kurz nachdem eine kleine Abdeckung im oberen Hitzeschild abgesprengt wurde. Er besitzt einen Durchmesser von 2,59 m und hängt an einem 27 m langen Seil und dient dem Herausziehen des 8,3-m-Hauptschirmes.[35] Da ein so großer Schirm die Sinkgeschwindigkeit zu stark senken würde (  die Batterien zur Energieversorgung besitzen nur eine stark begrenzte Lebensdauer), wird dieser Schirm kurz nach dem Abwurf des vorderen Hitzeschilds bei 0,6 Mach abgetrennt.[35] Der letzte Fallschirm misst im Durchmesser 3,03 m und übernimmt die Geschwindigkeitskontrolle des restlichen Fluges. Alle Schirme bestehen aus einem Kevlar-Nylon-Material und sind an zwei reibungsarmen Lagern befestigt, damit sie von der Drehbewegung der Sonde entkoppelt werden.[35]
Wissenschaftliche Instrumente von Cassini
Überblick
Folgende Grafik zeigt die Position der meisten wissenschaftlichen Instrumente von Cassini. Das Radio Science Subsystem und der Cosmic Dust Analyzer sind nicht zu sehen, da sich diese auf der Rückseite des Orbiters befinden.

Ultraviolet Imaging Spectrograph (  UVIS)
Das UVIS-Instrument
Querschnitt des FUV-Instruments  : 
Das EUV unterscheidet sich nur durch die fehlende Pumpe im unteren Teil.

Das UVIS ist das Primärinstrument für die Forschung im Ultraviolett-Spektrum. Zu den Forschungsschwerpunkten gehört die Untersuchung der Zusammensetzung von Atmosphären und Oberflächen von Saturn sowie dessen Monden und Ringen. Im Fokus stehen hierbei die Elemente Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff.[40] Das Instrument wird außerdem zur Untersuchung von Lichterscheinungen und Auroras eingesetzt, die durch Magnetfelder entstehen.[40] Um alle wissenschaftlichen Anforderungen zu erfüllen, beherbergt das UVIS vier verschiedene Teleskopkonstruktionen mit entsprechenden Detektoren  :  das EUV für den extremen UV-Bereich, das FUV für den fernen UV-Bereich, das HSP für breitbandige Intensitätsmessungen und das HDAC, um die Konzentration von Wasserstoff und Helium zu ermitteln. Das gesamte Instrument wiegt 14,46 kg, benötigt maximal 11,83 W elektrische Leistung und erreicht eine Datenrate von bis zu 32 Kilobit pro Sekunde.[41]

Den ersten Kanal bildet das Far Ultraviolet Spectrograph-Instrument (  FUV); es misst die Strahlung im fernen UV-Bereich bei einer Wellenlänge von 110 bis 190 nm.[40] Es verwendet ein Teleskop mit einer Brennweite von 100 mm bei einem Durchmesser von 20 mm.[40] Durch drei Schlitze vor dem mit Magnesiumfluorid/Aluminium beschichteten Spiegel können folgende horizontale Sichtfelder ausgewählt werden (  vertikal fest bei 3,6°)  :  0,043°, 0,086° und 0,34°.[42] Das einfallende UV-Licht wird anschließend durch eine Gitterkonstruktion in insgesamt 1024 Spektren aufgeteilt, die dann von 64 linear angeordneten Caesiumiodid-Photokathoden gemessen werden, die eine Quantenausbeute von 8 % erreichen.[40] Der gesamte Detektor misst 25,6 mm × 6,4 mm, wobei ein einzelnes Pixel 25 µm × 100 µm misst.[40].

Das Extreme Ultraviolet Spectrograph-Instrument (  EUV) bildet den zweiten Messkanal und erfasst Strahlung im extremen UV-Bereich bei 56 bis 118 nm.[40] Es benutzt dieselbe Teleskopkonstruktion wie das FUV, besitzt aber einen anderen Spiegel (  hier mit Borcarbid beschichtet) und einen Detektor, der im extremen UV-Spektralbereich empfindlich ist. Seine Abmessungen gleichen dem des FUV, allerdings basieren die Photokathoden auf Kaliumbromid und weist eine wesentlich höhere Quantenausbeute von 25 % auf.[40]

Aufbau des HSP

Ein anders aufgebautes Instrument ist das High Speed Photometer (  HSP). Es soll die Ringe von Saturn untersuchen, indem es das UV-Licht analysiert, das bei einer Okkultation eines Sterns durch die Ringe diese passiert.[40] Hierzu kommt ein Teleskop mit einer Brennweite von 200 mm, einem Durchmesser von 135 mm und einem Sichtfeld von 0,35 Grad zum Einsatz.[42] Der Spiegel konzentriert die UV-Strahlung auf eine Magnesiumfluorid-Linse, die sich kurz vor dem Detektor befindet. Dieser basiert auf Caesiumiodid und ist im Bereich von 115 und 190 nm empfindlich.[40] Ein besonderes Merkmal des Sensors ist seine extrem kurze Belichtungszeit von nur 2 ms.[40] Dies ist nötig, um während der relativ kurzen Okkultation-Phase möglichst viele, fein aufgelöste Messungen durchführen zu können.
Querschnitt durch das HDAC-Instrument

Den vierten und letzten Kanal bildet das Hydrogen-Deuterium Absorption Cell Channel-Instrument (  HDAC). Da es nur die Spektren von Wasserstoff und Helium (  die überwiegenden Bestandteile von Saturns Atmosphäre) messen soll, müssen mehrere Absorptionsschichten verwendet werden. Diese bestehen aus drei Kammern, die mit Wasserstoff, Sauerstoff und Deuterium gefüllt und durch Fenster aus Magnesiumfluorid getrennt sind.[40] Die Sauerstoffzelle musste vor dem Start entlüftet werden, da sich dort Wasser niedergeschlagen hat, womit diese Absorptionsschicht wirkungslos geworden ist.[40] In den Wasserstoff- und Deuterium-Zellen befinden sich Wolfram-Glühwendel, die durch hohe Temperaturen die Absorptionseigenschaften dieser Stoffe verändern können und so differentielle Messungen des UV-Spektrums ermöglichen[40] Als Detektor dient ein Kanalelektronenvervielfacher, der die Wasserstoff- und Deuterium-Spektren der Lyman-Serie bei 121,53 und 121,57 nm misst.[40]
Imaging Science Subsystem (  ISS)

Dieses optische Instrumentensystem dient zur Anfertigung von Bildern im sichtbaren Spektrum sowie im nahen Infrarot- und Ultraviolettbereich. Es ist in eine Weitwinkel- und eine Telekamera unterteilt, die beide fest an der Struktur der Sonde angebracht sind. Um ein Objekt zu fotografieren, muss also die gesamte Sonde entsprechend ausgerichtet werden. Das System führt eine breite Palette von wissenschaftlichen Missionen durch, hauptsächlich im Bereich Atmosphärenforschung, Oberflächenanalyse und die Untersuchung von Saturns Ringen.[43] Sekundär dient das System auch zur optischen Navigation.[43] Das ISS wiegt 57,83 kg und benötigt maximal 55,90 Watt el. Leistung.[43]
Grafik der Weitwinkelkamera (  WAC)

Beide Kamerasysteme verwenden eine weitestgehend gleiche Elektronik, deren Kernstück ein MIL-STD-1750A-Prozessor bildet und pro Sekunde bis zu 366 kBit an Daten generiert.[42] Der strahlungsgeschützte CCD-Bildsensor besitzt eine Auflösung von 1024×1024 Pixeln und ist im Spektrum von 200 bis 1050 nm empfindlich.[42][43] Die UV-Empfindlichkeit wird durch eine dünne Phosphorbeschichtung auf dem Sensor ermöglicht.[43] Pro Pixel werden Helligkeitsinformationen mit zwölf Bit erfasst, wobei diese zur Verringerung der Datenrate auch auf bis zu acht Bit herunter gerechnet werden kann. Die Belichtungsdauer ist in 64 Schritten von 0,005 bis 1200 Sekunden wählbar.[42] Nachdem die Elektronik die Bilddaten aus dem jeweiligen Sensor ausgelesen hat, werden diese komprimiert, um Speicherplatz und Übertragungsvolumen zu sparen. Hierzu gibt es sowohl verlustbehaftete als auch verlustfreie Verfahren. Letzteres halbiert in den meisten Fällen die Bildgröße, ohne dass die Qualität beeinträchtigt wird.[42] Bei sehr detailreichen Aufnahmen nimmt die Effizienz des Algorithmus allerdings stark ab.[42] Das verlustbehaftete DCT-Verfahren (  Basis der JPEG-Kompression) erreicht höhere Kompressionsraten, führt allerdings zu deutlichen Artefakten und wird daher nur selten eingesetzt.[42] Eine weitere Kompressionsmethode ist das Zusammenrechnen von Pixeln. Hierbei können 2×2 oder 4×4 Pixel zu einem einzigen zusammengefasst werden, was die Auflösung und damit die Dateigröße um das 4- bzw. 16-Fache reduziert.[42]

Grafik der Telekamera (  NAC)

Die Weitwinkelkamera (  WAC – Wide Angle Camera) dient zur Beobachtung von großen Raumbereichen und weist daher ein verhältnismäßig großes Sichtfeld von 3,5° auf.[43] Die Optik basiert auf der Konstruktionsweise der Voyager-Sonden, misst 57,15 mm im Durchmesser und weist eine Brennweite von 200 mm auf.[42][43] Insgesamt sind 18 Filter verfügbar, die mittels eines zwei-rädrigen Mechanismus vor den Bildsensor geschaltet werden können. Die beweglichen Komponenten dieses Systems basieren auf Erfahrungen mit der WFPC-Kamera des Hubble-Weltraumteleskops.[43] Infolge der speziellen Transmissionseigenschaften der Optik ist die Weitwinkelkamera nur im Bereich von 400 bis 700 nm hochempfindlich, wobei eine geringe Empfindlichkeit noch bis ca. 1000 nm gegeben ist.

Die Telekamera (  NAC – Narrow Angle Camera) besitzt ein um den Faktor 10 engeres Sichtfeld, was zu zehnmal höheren Auflösungen führt. Daher wird das NAC primär zur detaillierten Untersuchung einzelner Raumgebiete verwendet. Die Brennweite liegt bei 2002 mm bei einem Teleskop-Durchmesser von 190,5 mm.[42] Auch diese Kamera verfügt über ein zweirädriges Filtersystem, mit insgesamt 24 Filtern. Um das Bildrauschen zu vermindern, ist der CCD-Sensor mit einem kombinierten Heiz- und Kühlsystem ausgestattet, das vom Rest der Kamera isoliert ist.[43] Aufgrund besserer Transmissionseigenschaften kann die Telekamera im gesamten Spektralbereich des Sensors hochempfindlich arbeiten.
Visible and Infrared Mapping Spectrometer (  VIMS)
Das VIMS

Ähnlich wie das ISS ist das VIMS primär zur Untersuchung von Atmosphären und Ringen gedacht, wobei es auch in der Lage ist, Titans Oberfläche abzubilden.[44] Es arbeitet im Bereich des nahen UV-Spektrums über das sichtbare Licht bis hin zum mittleren Infrarot-Spektrum. Viele organische Moleküle besitzen hier ihr Absorptionsspektrum, wodurch diese mittels des VIMS-Instruments besonders gut erfasst werden können.[42] Dieses gegenüber dem ISS bessere Kontrastvermögen hat allerdings eine verhältnismäßig niedrige Auflösung zur Folge, so dass beide Instrumente sich ergänzen, statt sich zu ersetzen.[42] Das VIMS ist in zwei separate Teleskope aufgeteilt, die lediglich durch eine gemeinsame Ausleseelektronik miteinander verbunden sind  :  das VIMS-V für den sichtbaren Spektralbereich und das VIMS-IR für den infraroten Bereich. Das gesamte VIMS-Instrument wiegt 37,14 kg, benötigt bis zu 27,20 Watt el. Leistung (  nominal  :  21,83 W) und produziert bis zu 183 kBit Daten pro Sekunde.[43]

Das im sichtbaren Bereich arbeitende VIMS-V-Instrument besitzt ein Teleskop mit einer Brennweite von 143 mm bei einem Durchmesser von 45 mm und einem Sichtfeld von 1,83 Grad.[45] Der CCD-Sensor besteht aus 256 × 512 Pixeln und ist in 96 Spektren im Bereich von 0,30 bis 1,05 µm (  nahes Ultraviolett bis nahes Infrarot) empfindlich.[45] Die siliciumbasierten Pixelelemente sind 24 µm² groß, erreichen eine Quantenausbeute von 13 bis 41 Prozent und liefern je zwölf Bit Helligkeitsinformationen[45] Zur Kalibrierung kommen zwei spezielle Leuchtdioden und Referenzsterne zum Einsatz.

Aufbau des VIMS

Das VIMS-IR verfügt über ein Teleskop mit einer Brennweite von 426 mm und einem Sichtfeld von 1,83°. Der CCD-Sensor auf Indium-Antimon-Basis besteht aus 256 linear angeordneten Pixeln und erreicht eine Quantenausbeute von über 70 %.[45] Er ist in 256 Spektren im Bereich 0,85 bis 5,1 µm empfindlich und ein Pixelelement misst 103 µm × 200 µm.[45] Die Kalibrierung erfolgt mittels einer Laserdiode, Helligkeitsinformationen werden pro Pixel mit zwölf Bit erfasst. Im Gegensatz zum VIMS-V wird das Instrument aufwändig gekühlt, da bereits die Eigenwärme der Elektronik zu deutlichen Störungen führen würde. Der Sensor selbst ist direkt an einen Radiator angeschlossen, um Wärme abzuführen, und ist vom Rest des Instruments, insbesondere von der Elektronik, hochgradig isoliert.[45] Im Bereich des Teleskops kommen spezielle Materialien zum Einsatz, die bei Erwärmung nur ein Minimum an Infrarotstrahlung im Spektralbereich des VIMS-IR emittieren. Das gesamte Instrument ist zum Weltraum und zur Sonde selbst zusätzlich isoliert, wobei auch spezielle Kabel verwendet werden, die weniger Wärme leiten als konventionelle Kupferkabel.[45] Durch diese Maßnahmen kann der Sensor bis auf 60 Kelvin (  −213 °C) heruntergekühlt werden, während die Elektronik bei der für sie optimalen Temperatur von 288 K (  +15 °C) gehalten wird.[45]

Die gemeinsame Elektronik verwendet einen 80C86-Prozessor zur Datenverarbeitung, wobei dieser auf 64 kByte RAM und 96 kByte PROM zugreifen kann.[45] Ein 4-Mbyte-Puffer speichert die Daten vor der Übertragung zum Bussystem von Cassini zwischen. Die Bilddaten der VIMS-Instrumente können dadurch auch verlustfrei komprimiert werden, um nötigen Speicherplatz und Übertragungsvolumen zu sparen. Hierzu kommt ein separater RISC-Koprozessor vom Typ ADSP 2100 zum Einsatz, der mit 9 MHz getaktet ist und auf der Harvard-Architektur basiert.[45] Für die Kompression stehen 8 kByte RAM zur Verfügung, das Zeitsignal wird durch einen 24 MHz Oszillator-Baustein erzeugt. Der Prozessor benötigt 1,76 ms, um einen Spektralkanal zu komprimieren, wobei die Kompression meist eine verlustfreie Dateigrößenreduktion um das 2,5- bis 3-fache erreicht.[45] Wie beim ISS ist auch das Zusammenrechnen von Pixeln möglich (  konkret in den Modi 3-zu-1 und 5-zu-1).
Composite Infrared Spectrometer (  CIRS)
Das CIRS-Instrument

Mit dem im Infrarotbereich arbeitenden CIRS sollen primär Oberflächen- und Atmosphärentemperaturen sowie deren Zusammensetzung erforscht werden. Es besteht aus einem Teleskop, dessen gesammeltes Licht auf einen von drei unterschiedlichen Detektoren gelenkt wird. Diese werden alle von einer gemeinsamen Elektronik ausgelesen. Diese produziert bis zu sechs kBit Daten pro Sekunde.[46] Das Teleskop besitzt eine Brennweite von 304,8 mm bei einem Durchmesser von 50,8 mm.[46] Ein Sonnenschutz vermindert Störeinflüsse und dient gleichzeitig als Kühlelement. Das CIRS wiegt 39,24 kg und benötigt maximal 32,89 Watt el. Leistung, wobei im Normalbetrieb ein Bedarf von ca. 26 Watt vorliegt.[46]

Das erste Spektrometer arbeitet im Bereich von 7,16 bis 9,09 µm und besitzt eine Auflösung von 0,237 mrad.[42] Der Detektor basiert auf Cadmiumtellurid (  CdTe) und besteht aus zehn linear angeordneten Pixeln.[42] Das zweite Spektrometer gleicht im Wesentlichen dem ersten, arbeitet allerdings im Bereich von 9,09 bis 16,7 µm. Um eine ordnungsgemäße Kalibrierung zu ermöglichen, ist ein weiteres Spektrometer vorhanden, das die Referenzstrahlung aus einer LED-Infrarotquelle auswertet.[42] Das dritte Spektrometer besitzt ein Sichtfeld von 0,25° und ist im Spektralbereich von 16,67 bis 1000 µm empfindlich.[46][42] Dieser Bereich ist auf die Wärmestrahlung von Saturns Monden und Ringen abgestimmt, weswegen dieses Spektrometer primär für Temperaturmessungen genutzt wird.
Radar
Einige Betriebsmodi für das Radarsystem

Da Titan über eine sehr dichte Atmosphäre verfügt, kann dessen Oberfläche durch passive optische Instrumente nur sehr begrenzt untersucht werden. Als Lösung wurde bei Cassini ein abbildendes Radar eingebaut, das die Atmosphäre ohne nennenswerte Qualitätseinbußen durchdringen kann und dreidimensionale Geländeprofile der Oberfläche erstellen kann. Um den Konstruktionsaufwand zu reduzieren, verwendet das System die Kommunikationsantenne mit, wodurch allerdings Datenübertragung und Radaraufnahmen nicht gleichzeitig möglich sind. Das Instrument verfügt über drei Subsysteme  :  ein Radarhöhenmesser, ein Synthetic Aperture Radar zur Erstellung von 3D-Geländeprofilen und ein passives Radiometer. Das gesamte Instrument wiegt 41,43 kg, benötigt eine elektrische Leistung von maximal 108,40 Watt und erzeugt eine Datenrate von bis zu 365 kBit pro Sekunde.[47]

Das Synthetic Aperture Radar ist das wichtigste Subsystem, da es 3D-Geländeprofile mit verhältnismäßig hoher Genauigkeit erzeugen kann. Der Sender erreicht eine Abstrahlleistung von ca. 46 Watt, wobei zu Verstärkung eine Wanderfeldröhre mit einer Betriebsspannung von 4000 Volt zum Einsatz kommt.[48] Je nach Betriebsmodus arbeitet das System mit einer Impulsfolgefrequenz (  PRF) von 1,8 bis 6,0 kHz und einer Sendezeit (  auch Pulsbreite) von 200 bis 400 Millisekunden bei einer Bandbreite von 0,43 oder 0,85 MHz.[48] Für die Abbildung kann zwischen hoher und niedriger Auflösung gewählt werden. Im hochauflösenden Modus liegt die Entfernungsauflösung, je nach Orbitalposition und Entfernung, bei 0,48 bis 0,64 km und die horizontale Auflösung bewegt sich im Bereich von 0,35 bis 0,41 km.[48] Der niedrig auflösende Modus bietet eine Entfernungsauflösung von 0,48 bis 2,70 km und eine horizontale Auflösung von 0,41 bis 0,72 km. Beide Modi bilden pro Messung unter 1,1 % der Titanoberfläche ab.[48]
Ein Teil der Radar-Elektronik

Bei der Energieversorgung ergaben sich während der Entwicklung Probleme, da das Radar wesentlich mehr Energie für die geforderte Auflösung benötigte, als die Radionuklidbatterien zu Verfügung stellten.[48] In den ersten Entwürfen waren daher Batterien als Puffer vorgesehen, die während der inaktiven Phase geladen werden und dann bei Radaroperationen zusätzliche Energie zur Verfügung stellen. Allerdings bereiteten die Abnutzungsproblematik, die durch die Strahlung im offenen Weltraum noch verschärft wurde, und die Größe der Batterien den Ingenieuren Sorgen, weswegen schließlich eine Lösung auf Basis von Kondensatoren als Energiepuffer implementiert wurde.[48] Da der Tastgrad des Radars bei maximal zehn % liegt, können sich die Kondensatoren während der restlichen 90 % mit 34 Watt aufladen und die gespeicherte Energie in einem 90 bis 3000 Millisekunden langen Sendeimpuls mit einer Leistung von bis zu 200 Watt komplett abgeben.[48] Dieser Komplex wird als Energy Storage Subsystem (  ESS) bezeichnet und konnte den Spitzenenergiebedarf bei etwa gleichbleibender mittlerer Leistung deutlich senken.

Um die Entfernung der Sonde zur Oberfläche von Titan exakt zu bestimmen, wird ein Radarhöhenmesser verwendet. Er ist nicht abbildend und misst die Entfernung mit einer Auflösung von 60 m.[48] Die Impulsfolgefrequenz liegt bei 4,7 bis 5,6 kHz und die Sendezeit beträgt 150 ms bei einer Bandbreite von 4,25 MHz.[48] Wenn der Höhenmesser mit verringerter Auflösung arbeitet, kann die Rückstreuung der Oberfläche gemessen werden. Die gewonnenen Daten werden auf der Erde mit den SAR-Aufnahmen kombiniert, da diese wegen der variierenden Radarquerschnitte der Oberfläche sonst an Qualität einbüßen würden.[48] Die Impulsfolgefrequenz liegt bei 1 bis 3 kHz und die Sendezeit beträgt 500 ms bei einer Bandbreite von 0,11 MHz.[48] Es können 20 % der Titanoberfläche in einem Messdurchgang erfasst werden, die horizontale Auflösung liegt bei 55 bis 140 km.

Das Radarsystem kann auch in einem passiven Modus arbeiten, in dem es die Radiostrahlung bei 13,78 GHz misst, die von Titan oder anderen Objekten abgestrahlt werden. In einem Messdurchgang kann 40 % der Titan-Oberfläche mit einer horizontalen Auflösung von 6 bis 600 km erfasst werden, wobei die Bandbreite bei 135 MHz liegt.[48] Durch die gewonnenen Daten können bei der Auswertung Rückschlüsse auf die Temperatur (  bis auf 5 Kelvin genau) und auf die Photochemie von Titan und anderen Monden[49] gezogen werden.
Radio Science Subsystem (  RSS)
Skizze der Funktionsweise des RSS

Mit dem RSS sollen die Atmosphäre und die genauen Massen von Saturn und seinen Monden untersucht werden. Auch die Erforschung des Ringsystems und die Verbesserung der Ephemeriden-Daten gehören zum Einsatzspektrum. Hierzu werden drei Sende-Empfangs-Anlagen eingesetzt, welche die Veränderung von Radiowellen messen, wenn diese Atmosphären oder Ringsysteme durchqueren, um so deren Temperatur, Dichte und Zusammensetzung zu ermitteln.[50] Je nach Frequenzband werden die Signale durch Cassini selbst oder durch die Anlagen des Deep Space Network (  DSN) ausgewertet.

Im Bereich des S-Bands sendet Cassini eine hochstabile Trägerwelle in Richtung des DSN, ohne selbst Signale zu empfangen.[50] Hierbei wird der Sender der Kommunikationsanlage verwendet, der die Trägerwelle mit einer Leistung von zehn Watt abstrahlt. Analog wird auch im X-Band gesendet, wobei auch abgestrahlte Signale vom DSN empfangen und ausgewertet werden können.

Für Messungen im Ka-Band (  bei 32,028 GHz und 34,316 GHz) verwendet das RSS einen eigenen Transmitter, der speziell für die Erfordernisse des Instruments konstruiert wurde.[50] Es kann sowohl Signale zum DSN senden als auch empfangen. Zur Verstärkung kommt eine Wanderfeldröhre zum Einsatz, wobei die Trägerwelle mit einer Leistung von sieben Watt abgestrahlt wird.[50] Der Transmitter wiegt 14,38 kg und das gesamte Instrument benötigt bis zu 80,70 Watt elektrische Leistung.[50]
Radio and Plasma Wave Science Instrument (  RPWS)
Die Antennenanlage (  ohne Ausleger) des RPWS
Die Langmuir-Sonde

Das RPWS soll primär die Wechselwirkung von interplanetaren Plasma mit den Magnetfeldern und oberen Atmosphärenschichten von Saturn und seinen Monden erforschen. Hierzu wertet es das niederfrequente Radiowellen mit großer Wellenlänge aus, da diese hauptsächlich bei den genannten Wechselwirkungen entstehen.

Es kommen drei verschiedene Detektoren zum Einsatz  :  eine Langmuir-Sonde, ein Empfänger für magnetische und einer für elektrische Wellen. Letzterer verwendet zum Empfang drei Y-förmig angeordnete 10-m-Stabantennen, die aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung gefertigt sind und sich aufgrund ihrer Größe erst nach dem Start entfalten.[49] Die drei Antennen für magnetische Wellen sind mit 25 cm lang und weisen einen Durchmesser von 2,5 cm auf. Sie verfügen über einen Vorverstärker und stehen jeweils senkrecht zueinander, so dass dreidimensionale Messungen möglich sind.[49] Die Langmuir-Sonde besitzt einen Auslegerarm mit einer Länge von 1 m, an dessen Ende eine Kugel mit einem Durchmesser von 5 cm angebracht ist. Sie kann Elektronendichten von 5 bis 10.000 Elektronen/cm³ und Energiespektren von 0,1 bis 4 Elektronenvolt erfassen.[49]

Alle von den Antennenanlagen aufgefangenen Wellen können mit Hilfe einer Schaltlogik in eine von fünf Empfängeranlagen geleitet werden  :  [51]

    Hochfrequenz-Empfänger  :  440 Kanäle im Bereich von 3,5 bis 16 MHz, nur elektrische Antennen
    Mittelfrequenz-Empfänger  :  80 Kanäle im Bereich von 0,024 bis 16 kHz, eine magnetische oder elektrische Antenne
    Niederfrequenz-Empfänger  :  28 Kanäle im Bereich von 1 bis 26 Hz, zwei beliebige Antennen
    5-Kanal-Wellenform-Empfänger  :  empfindlich in den Bereichen 1 bis 26 Hz und 3 bis 2,5 kHz. Fünf Antennen aller Art parallel
    Breitbandempfänger  :  empfindlich in den Bereichen 60 bis 10,5 kHz und 0,8 bis 75 kHz, eine Antenne beliebigen Typs

Die Elektronik des RPWS besteht im Wesentlichen aus drei Verarbeitungseinheiten  :  dem Low-rate-Prozessor (  LRP), dem High-rate-Prozessor (  HRP) und dem Kompressionsprozessor (  DCP).[51] Kernstück aller drei Komponenten ist ein 16-Bit-80C85-Mikroprozessor, der mit 3 Megahertz getaktet ist und auf 64 bis 96 kByte RAM zugreifen kann.[51] Das gesamte Instrument wiegt 37,68 kg, benötigt bis zu 16,38 Watt elektrische Leistung und generiert bis zu 366 kBit Daten pro Sekunde.[51]
Dual Technique Magnetometer (  MAG)
Der V/SHM-Detektor (  Teil des MAG-Instruments)

Dieses Instrument soll den Aufbau der Magnetfelder im Saturn-System untersuchen und ihre Veränderung durch die Sonnenaktivität beobachten. Hierzu kommen zwei Subsysteme zum Einsatz, die an einem 11 m langen nicht-magnetischen Ausleger befestigt sind  :  das Vector/Scalar Helium Magnetometer (  V/SHM) für die Feldrichtungs- oder Stärkemessung und das Fluxgate-Magnetometer das gleichzeitig Richtung und Stärke eines Magnetfeldes messen kann. Beide Systeme werden von einer zentralen Elektronik gesteuert. Deren Kern stellt ein doppelt redundanter Prozessor vom Typ 80C86 dar, der mit 4 MHz getaktet ist und auf 128 kByte RAM für Programmcode zugreifen kann.[52] Zusätzlich sind 32 kByte PROM und 16 MB RAM für wissenschaftliche Daten angebunden.[52] Die zentrale Elektronik kann pro Sekunde 16 bis 250 Messungen auslesen (  Abtastung), wobei jedes Datenpaket 16 bis 19 Bit groß ist. Die Daten werden in einem strahlungstoleranten 64-kByte-Speichermodul gepuffert und übermittelt im Standardmodus alle vier Sekunden 136 Messungen an den Cassini-Bordcomputer.[52] Das gesamte Instrument wiegt 3 kg, benötigt 3,10 Watt elektrische Leistung und produziert bis zu 3,60 kBit Daten pro Sekunde.[53]

Das Vector/Scalar Helium Magnetometer arbeitet entweder im Magnetfeldstärke- oder Richtungsmodus. Bei letzterem kann das Instrument entweder im Stärkebereich von ±32 Nanotesla mit einer Auflösung von 3,9 Pikotesla arbeiten oder Messungen im Bereich ±256 nT bei einer Genauigkeit von 31,2 pT durchführen.[54] Im Stärkemodus können Magnetfelder mit einer Stärke 256 bis 16.384 nT erfasst werden.

Parallele Richtungs- und Stärkemessungen können mit dem Fluxgate-Magnetometer durchgeführt werden. Es stehen vier Messbereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Verfügung  :  [55]

    Bereich  :  ±40 nT Auflösung  :  4,9 pT
    Bereich  :  ±400 nT Auflösung  :  48,8 pT
    Bereich  :  ±10.000 nT Auflösung  :  1,2 nT
    Bereich  :  ±44.000 nT Auflösung  :  5,4 nT.

Cassini Plasma Spectrometer (  CAPS)
Das CAPS-Instrument. Links zu sehen ist das IBS, rechts das IMS (  Öffnung dem Betrachter zugewandt) und oben das ELS.

Das CAPS misst den Ionen- und Elektronen-Fluss anhand der Funktionen Masse pro Ladung (  nur für Ionen) und Energie pro Ladung, sowie den Auftreffwinkel dieser Teilchen. Es soll primär die Zusammensetzung von geladenen Teilchen feststellen, die aus der Atmosphäre von Titan und Saturn entweichen, sowie deren Wechselwirkungen mit den Magnetfeldern im Saturn-System. Hierzu kommen drei Instrumente zum Einsatz  :  ein Ionen-Massenspektrometer (  IMS), ein Elektronen-Massenspektrometer (  ELS) und ein Ionenstrahl-Spektrometer (  IBS), das die dreidimensionalen Vektrodaten liefert. Alle Instrumente werden über eine gemeinsame Elektronik angesteuert, deren Kernstück zwei fast identischen Leiterplatten sind. Diese sind mit eigenem RAM, ROM und einem 16-Bit-Prozessor vom Typ PACE 1750A ausgestattet, der auf Basis des MIL-STD-1750A arbeitet.[56] Alle Messinstrumente des CPAS werden durch einen Motor kontinuierlich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit über einen Bereich von 216° bewegt, wodurch auch der Herkunftsort von auftreffenden Teilchen ermittelt werden kann. Das gesamte System wiegt 12,5 kg, hat eine elektrische Leistungsaufnahme von 14,50 Watt und generiert 8 kBit Daten pro Sekunde[49]

Das Ionen-Massenspektrometer (  IMS) besteht aus einem torusförmigen, elektrostatischen Filter, der nur positiv geladene Teilchen mit einem bestimmten Energiespektrum zum Flugzeitmassenspektrometer durchlässt. Der Filter misst darüber hinaus auch die Energie pro Teilchen und verringert den Öffnungswinkel, was zu einer besseren örtlichen Auflösung führt. Das Spektrometer misst dann anschließend die Masse pro Ladung. Damit es auch Teilchen mit geringen Ladungen von bis zu 1 eV erfassen kann, werden diese vor dem Eintritt in das Instrument durch eine Anordnung von 8 dünnen Kohlenstoff-Folien beschleunigt, die ein lineares elektrisches Feld mit einem Potential von 15 kV aufbauen.[56] Bei dem Passieren der Folien werden des Weiteren große Moleküle in ihre atomaren Bestandteile zerlegt. Nach der Beschleunigung treffen die Teilchen auf zwei Mikrokanalplatten, die aus Bleiglas bestehen und ca. 300 Elektronen pro Teilcheneinschlag erzeugen, die dann zur Ermittlung des Spektrums gemessen werden.[56]

Das Elektronenspektrometer (  EMS) misst ausschließlich den Fluss und den Auftreffwinkel der negativ geladenen Elektronen. Sonst arbeitet es mit denselben Prinzipien wie das Ionenspektrometer, allerdings besitzt es keine Kohlenstoff-Folien zur Beschleunigung der Elektronen.[56]

Das Ionenstrahl-Spektrometer (  IBS) ähnelt ebenfalls dem Ionen-Massenspektrometer (  IMS) in seinem Aufbau, jedoch fehlen auch ihm die Kohlenstoff-Folien, wodurch auch große ionisierte Moleküle messbar sind. Des Weiteren verarbeitet es 100-mal mehr Elektronen pro Zeiteinheit, wobei allerdings keine Messungen der Masse pro Ladung durchgeführt wird.[56]
Das LEMMS-Instrument (  Teil von MIMI)
Magnetospheric Imaging Instrument (  MIMI)

Ähnlich dem CAPS soll dieses Instrument das Plasma im Saturn-System untersuchen, allerdings in einem höheren Energiebereich. Es besteht aus drei Detektoren mit unterschiedlichen Aufgaben  :  das „Low Energy Magnetospheric Measurement Systems“ (  LEMMS) zur Messung von Ionen, Protonen und Elektronen, das „Charge-Energy-Mass Spectrometer“ (  CHEMS) zur Ladungsmessung und die „Ion and Neutral Camera“ (  INCA), welche die dreidimensionale Verteilung und die Zusammensetzung von Ionen abbilden kann. Das gesamte Instrument wiegt 28,1 kg, benötigt durchschnittlich 20,3 Watt elektrische Leistung und erzeugt etwa 1–4 kBit Daten pro Sekunde.[57]

Das LEMMS kann folgende Energiespektren messen  :  Elektronen mit 0,015 bis 10 MeV, Protonen mit 0,015 bis 130 keV und Ionen mit 0,02 bis 130 MeV.[58] Zur Messung treffen die Teilchen auf verschiedene Folien, wobei aus den dabei entstehenden Stromimpulsen deren Energie errechnet wird. Das Instrument besitzt zwei Öffnungen, davon eine mit einem Sichtfeld von 15° für Teilchen mit niedriger Energie und eine für hochenergetische Teilchen mit einem 30° Sichtfeld.[58] Um auch Winkel messen zu können, rotiert das LEMMS um 360°. Das Instrument wiegt 6,27 kg und benötigt nominal 5,2 Watt elektrische Leistung.[58]

Das CHEMS analysiert das Plasma in der Nähe von Saturn. Das Energiespektrum liegt bei 10 bis 220 keV.[59] Das Sichtfeld beträgt 160°. Zur Messung kommen ein Flugzeitmassenspektrometer und ein zusätzlicher Detektor zum Einsatz.[59] Das CHEMS wiegt 6,66 kg und benötigt im Mittel 3,5 Watt elektrische Leistung.[59]

Das INCA-Instrument zeichnet sich durch seine Fähigkeit zur Erstellung von dreidimensionalen Karten der Verteilung von Ionen- und heißem Neutronen-Plasma aus. Letzteres wird anhand seiner thermischen Strahlung erfasst, das Spektrum reicht von 7 keV bis 8 MeV pro Nukleon.[60] Das Sichtfeld misst 120° × 90°.[49] Das INCA wiegt 6,92 kg und benötigt im Normalbetrieb 3 Watt elektrische Leistung.[60]
Ion and Neutral Mass Spectrometer (  INMS)
Das INMS

Beim INMS handelt es sich um ein weiteres Spektrometer zur Untersuchung von Titans oberer Atmosphäre sowie deren chemischen Zusammensetzung. Hierzu werden Ionen und Neutronen eingefangen und untersucht. Das gesamte Instrument wiegt 9 kg, benötigt im Schnitt 27,70 Watt elektrische Leistung und generiert nominal 1,5 kBit/sec.[61]

Das INMS besitzt eine geschlossene und eine offene Ionenquelle. Hierdurch ergeben sich drei mögliche Betriebsmodi für das Instrument  : 

    geschlossene Ionenquelle  :  Detektion von neutralen Molekülen
    offene Quelle  :  Erfassung von freien Radikalen
    offene Quelle plus Ionisierung  :  Nachweis von positiv geladenen Ionen mit einer Energie von unter 100 eV

Die eingefangenen Teilchen werden zuerst mittels eines Quadrupol-Massenspektrometers nach ihrer Masse getrennt und anschließend auf die Ionendetektoren der beiden Quellen geleitet. Diese sind als Sekundärelektronenvervielfacher ausgelegt und besitzen zwei Messbereiche für Atommassen von 1 bis 12 u und 12 bis 199 u.[49] Die untere Nachweisgrenze im geschlossenen Modus liegt bei 70.000 Teilchen/cm3, im offenen Modus liegt die Grenze bei 700.000 Teilchen/cm3.[49] Zusätzlich gibt es noch zwei weitere Detektoren für die Erfassung von Spurengasen, die bis zu zwei Millionen Teilchen/s auswerten und Verbindungen mit Stoffmengen bis hinunter zu 100 piko-mol bestimmen können.[49]
Das CDA-Instrument
Cosmic Dust Analyzer (  CDA)
→ Hauptartikel  :  Cosmic Dust Analyzer


Das CDA soll die Eigenschaften von interplanetarem Staub innerhalb des Saturn-Systems untersuchen. Des Weiteren sollen Partikel aus dem interstellaren Raum und Meteoriten nahe der Ringe erforscht werden. Das Instrument, das sich um bis zu 270 Grad frei schwenken lässt, besitzt eine Öffnung mit einem Durchmesser von 41 cm, mit der Staub eingefangen und anschließend durch vier Gitter geleitet wird.[49] Das erste und letzte Gitter ist geerdet, so dass sich die beiden anderen, elektrisch geladenen Gitter in einem faradayschen Käfig befinden. Treffen nun elektrisch geladene Staubteilchen, wie sie im Saturn-System sehr häufig anzutreffen sind, auf die Gitter, so kann deren Ladung auf ein Billiardstel Coulomb genau bestimmt werden. Die beiden Gitter sind außerdem auch um je 9 Grad gegen die Achse geneigt, so dass auch die Einfallswinkel mit einer Genauigkeit von 10 Grad gemessen werden können.[49]

Nach der Passage der Gitter treffen die Partikel auf zwei baugleiche 16 mm große Rhodium-Platten.[49] Durch den Einschlag werden die Atome der Platte ionisiert und streuen in den Raum. Diese Ionen werden nun mit einer Spannung von 1.000 Volt beschleunigt, um anschließend auf einer Strecke von 230 mm in einem Flugzeitmassenspektrometer anhand ihrer Geschwindigkeit getrennt zu werden.[49] Zuletzt treffen die Ionen auf Elektronenmultiplikatoren und Ionenkolliminatoren, die deren Masse und Energie messen. Pro Sekunde kann maximal ein Partikel analysiert werden.

Zwar können mit dem beschriebenen Verfahren alle wichtigen Parameter von Staubpartikeln bestimmt werden, allerdings kann das System bei einer hohen Anzahl von auftreffenden Partikeln, zum Beispiel in der unmittelbaren Nähe der Ringe, nicht mehr zuverlässig arbeiten. Daher besitzt das CDA noch den „High-Rate Detector“ (  HRD), der auch bei hohen Einschlagsraten effizient arbeiten kann. Er basiert auf zwei 50 cm² großen Polyvinylidenfluorid-Folien mit einer Dicke von je 6 und 28 µm.[49] Bei einem Partikeleinschlag kommt es zu einem Stromstoß, aus dem die kinetische Energie errechnet werden kann. Diese Messung ist zwar nur rudimentär, allerdings können so bis zu 10.000 Einschläge pro Sekunde verarbeitet werden. Das gesamte Instrument wiegt 16,36 kg, benötigt durchschnittlich 11,38 Watt elektrische Leistung (  maximal 18,38 W) und produziert pro Sekunde bis zu 524 Bit Daten.
Wissenschaftliche Instrumente von Huygens
Überblick

Folgende Grafik bietet einen Überblick über Huygens Instrumente und Systeme  : 
Huygens cut away german.png
Über dieses Bild
Das DISR-System mit seinen unterschiedlichen Komponenten
Descent Imager / Spectral Radiometer (  DISR)

Bei dem DISR handelt es sich um das komplexeste Instrument an Bord von Huygens. Es dient der Untersuchung der Atmosphäre mittels Bildern und Spektrum-Messungen während des Abstieges und dem Oberflächenaufenthalt. Das DISR ist in zwei Sektionen geteilt  :  Eine richtet ihre Instrumente hauptsächlich nach oben in Richtung Himmel und die andere nach unten in Richtung Boden. Insgesamt sind drei nach unten oder zur Seite gerichtete Kameras, sechs Spektrometer und mehrere Fotodioden vorhanden. Diese Instrumente verfügen zwar alle über eine eigene Optik, allerdings wird das aufgefangene Licht mittels Faseroptiksträngen auf einen zentralen CCD-Bildsensor geleitet, der wiederum in verschiedene Bereiche aufgeteilt ist. Vor dem Senden der Bilddaten werden diese in zwei Stufen komprimiert. Zuerst wird die Farbtiefe auf 8-Bit reduziert, was 256 Graustufen entspricht.[36] Anschließend werden 16 × 16-Bit-Blöcke mit Hilfe der diskreten Kosinustransformation komprimiert, was die Datenmenge um das Drei- bis Achtfache senken soll. Trotzdem war diese noch so groß, dass beide zur Verfügung stehenden Sender zum Senden von Bildern genutzt werden mussten, so dass man die doppelte Redundanz bei der Übertragung verlor. Der gesamte Gerätekomplex wiegt 8,1 kg, benötigt 13 bis 70 Watt elektrische Leistung (  insgesamt 48 Wh während des Abstieges) und produziert pro Sekunde 4,8 kBit Daten und beansprucht so ca. die Hälfte der Übertragungsbandbreite.[36]

Die hochauflösende Kamera (  HRI) blickt in einem Winkel von 25,6° nach unten, der zugeordnete CCD-Chipteil besitzt eine Auflösung von 160 × 256 Pixeln und ist im Bereich von 660 bis 1000 nm empfindlich (  von Rot bis in den nahen Infrarotbereich).[62] Da sich die Sonde beim Abstieg um die eigene Achse dreht, sind Aufnahmen mit einer Breite von bis zu 21,5° möglich. Das vertikale Sichtfeld beträgt 9,6°, das horizontale 15°. Die Kamera für mittlere Auflösungen (  MRI) besitzt sowohl in der Vertikalen als auch in der Horizontalen ein größeres Sichtfeld (  21,1° bzw. 30,5°) als die HRI, produziert wegen des nur unwesentlich größeren Chips (  179 × 256 Pixel) nur halb so hoch aufgelöste Bilder.[62] Die seitlich blickende Kamera (  SRI) liefert gegenüber der MRI nochmals um etwa ein Drittel niedriger aufgelöste Aufnahmen. Dies ist bedingt durch das noch größere Sichtfeld (  vertikal 25,6° und horizontal 50,8°) bei einer noch kleineren Chipgröße von 128 × 256 Pixeln.[62] Durch die Drehung der Sonde kann die SRI-Kamera ein aus 30 Einzelbilder bestehendes Panorama im Bereich des Horizonts anfertigen.

Neben den Kameras sind drei Spektrometer für das sichtbare, ultraviolette und infrarote Spektrum jeweils nach oben und nach unten gerichtet. Alle nach oben gerichteten Spektrometer besitzen ein Sichtfeld von 170° in der Horizontalen und 3° in der Vertikalen, unterscheiden sich aber sonst nicht von den nach unten gerichteten Sensoren. Die gemeinsamen Charakteristika sehen wie folgt aus  : 

    UV-Spektrometer  :  350–480 nm Messbereich, Ein-Pixel-Detektor
    Lichtspektrometer  :  480–960 nm Messbereich, 8 × 200-Pixel-Detektor, 2,4 nm Auflösung
    IR-Spektrometer  :  870–1700 nm Messbereich, 132-Pixel-Detektor (  linear angeordnet), 6,3 nm Auflösung.

Um die Messungen in Bodennähe zu verbessern, ist eine nach unten ausgerichtete Lampe installiert, die beim Unterschreiten der 100 Meter Höhenmarke aktiviert wird. Sie benötigt 20 Watt el. Leistung, besitzt einen Glühdraht aus Wolfram, dessen Emissionen mithilfe eines 5 cm messenden Reflektors in Richtung Boden gelenkt werden.

Der dritte Messkomplex trägt die Bezeichnung „Solar Aureolen Experiment“ und dient der Bestimmung des Brechungs- und Absorptionsverhalten der Atmosphäre Titans bei 500 nm und 939 nm. Die Detektoren messen je 6 × 50 Pixel und weisen eine Bandbreite von 50 nm auf. Außerdem ist ein Sonnensensor zur Ermittlung von Navigationsdaten vorhanden.
Das ACP-System
Aerosol Collector and Pyrolyser (  ACP)

Dieses Instrument führt keine wissenschaftlichen Messungen durch, da es nur zum Sammeln und Aufbereiten von Aerosol konstruiert wurde. Es sammelt in zwei Höhenregionen von 140 bis 32 km und 22 bis 17 km in exakten Zeitspannen mehrere Aerosol-Proben.[63] Die Atmosphäre wird mittels einer Pumpe durch einen an der Vorderseite der Sonde herausragenden Filter gesaugt. Der Filter wird anschließend in einen kleinen Ofen transferiert und in Stufen erhitzt. Die einzelnen Stufen sind jeweils unterschiedlich stark (  20 °C, 250 °C und 650 °C) um verschiedene Moleküle und Verbindungen durch Verdunstung oder Pyrolyse zu trennen.[36] Insbesondere wird nach folgenden Elementen und Verbindungen gesucht  :  [36]

    Wasserstoff
    Stickstoff
    Kohlenstoff
    Kohlenstoffdioxid
    Methan
    Ethan
    Cyanwasserstoff
    Cyanoacetylen

Nach der Aufbereitung wird das Gas dem GCMS zur Analyse zugeführt. Das ACP wiegt 6,3 kg, benötigt zwischen 3 und 85 Watt el. Leistung (  während des Abstieges werden insgesamt 78 Wh verbraucht) und arbeitet mit einem Datenstrom von 128 Bit/sec.[36]
Gas Chromatograph and Mass Spectrometer (  GCMS)
Das GCMS

Das GCMS untersucht die Zusammensetzung der Atmosphäre unterhalb von 170 km und bestimmt das Isotopenverhältnis der häufigsten Gasarten auf Titan. Das Instrument wiegt 17,3 kg (  das schwerste der gesamten Sonde), benötigt 28 bis 79 Watt elektrische Leistung und generiert Daten mit durchschnittlich 960 Bit pro Sekunde.[36] Das System ist in ein Quadrupol-Massenspektrometer und einen vorschaltbaren Gaschromatographen aufgeteilt.

Letzteres dient hauptsächlich der Trennung und Voranalyse des einströmenden Gases, um die Daten, die anschließend vom Massenspektrometer generiert werden, besser einordnen zu können. Hierzu kommen drei Kapillarsäulen mit Wasserstoff als Trägergas zum Einsatz. Die getrennten Gase werden anschließend in den Massenspektrometer eingespeist, wo die Atome ionisiert und anschließend analysiert werden. Das Spektrometer kann in einem Spektrum von 2 bis 146 u mit einer Auflösung von ca. einem µu Messungen durchführen,[64] wobei Edelgase bis hinunter zu 10 bis 100 Teilen pro Milliarde detektiert werden können.[65] Der Spektrometer besitzt mehrere Gaseingänge, die situationsabhängig geöffnet und geschlossen werden können  :  Ein Kanal für direkte, nicht aufgearbeitete Messungen, drei Verbindungsstücke zu den Kapillarsäulen des Gaschromatographen und ein Kanal zum ACP-Instrument, so dass dessen gesammelte und aufbereitete Aerosole analysiert werden können.[65]
Doppler-Wind-Experiment (  DWE)

Das DWE dient der Untersuchung von Titans Winden und Turbulenzen. Dies geschieht mit Hilfe eines kleinen Radars, das über einen sehr stabilen Oszillator verfügt, der Radiosignale mit einer Frequenz von 10 MHz generiert.[66] Die Abweichung beträgt während des gesamten dreistündigen Einsatzes nur 0,014 Hz, wodurch hochpräzise Messungen der Winde durch den Dopplereffekt möglich sind.[66] Die erzielte Geschwindigkeitsauflösung liegt bei 1 mm/s.[36] Das System wird beim Unterschreiten von 160 km Höhe aktiviert und arbeitet bis zum Aufschlag auf der Oberfläche. Es wiegt 1,9 kg, benötigt bis zu 18 Watt elektrische Leistung (  insgesamt 28 Wh während des Abstiegs) und generiert 10 Bit Daten pro Sekunde.[36]
Huygens Atmosphere Structure Instrument (  HASI)
Eine HASI-Messonde

Dieses Instrument soll die physikalischen Eigenschaften und den Aufbau von Titans Atmosphäre untersuchen. Hierzu verfügt es über vier unabhängige Sensorpakete  :  einen Beschleunigungssensor (  ACC), ein Druckmesssystem (  PPI), zwei Temperaturmesser (  TEM) und einen Komplex zur Ermittlung von Leitfähigkeit, Wellenbildung und Höhe über Grund (  PWA). Das HASI ist das erste System, das aktiviert wird; es arbeitet bereits ab einer Höhe von 1300 km – zehn Minuten vor Öffnung der Fallschirme.[36] Das komplette Instrument wiegt 6,3 kg, verbraucht 15 bis 85 Watt Strom (  insgesamt 38 Wh während des Abstiegs) und liefert pro Sekunde 896 Bit Daten.[36]

Der Beschleunigungsmesser misst die Beschleunigung der Sonde in allen drei Achsen mit einer Genauigkeit von einem Prozent und einer Auflösung von unter einem mikro-g.[67] Das Druckmesssystem besteht aus einer Kielsonde und drei Druckmessgeräten mit den Messbereichen 0–400 hPa, 400–1200 hPa und 1200–1600 hPa.[36][68] Die beiden Platin-Temperatursensoren arbeiten mit einer Genauigkeit 0,5 Kelvin bei einer Auflösung von 0,02 Kelvin.[67] Die Leitfähigkeit der Atmosphäre wird mit zwei Sensoren gemessen, welche die wechselseitige Impedanz und schwache elektrische Wechselspannung mit einer Genauigkeit von 10 Prozent untersuchen.[67] Hiermit können auch Blitze innerhalb der Atmosphäre aufgespürt und gemessen werden. Ein anderer Sensor misst elektrische Gleichspannung und die Leitfähigkeit der vorhandenen Ionen. Zur Messung von Geräuschen kommt ein Mikrofon zum Einsatz, das eine Genauigkeit von 5 Prozent aufweist und Geräusche mit einem Druck von mehr als 10 mPa detektieren kann.[67] Zuletzt gibt es noch einen Radarhöhenmesser, der ab 60 km Höhe zu arbeiten beginnt und eine Auflösung von 40 m in einer Höhe von 24 km aufweist.[36] Die Genauigkeit liegt hier bei 1,5 dB.
Surface Science Package (  SSP)
Der SSP-Komplex

Das SSP soll die Beschaffenheit des Bodens von Titan direkt an der Landestelle untersuchen, wobei auch Vorkehrungen für das eventuelle Landen in einem Methansee getroffen wurden. Das System verfügt über neun Sensorpakete, um eine breite Palette an Eigenschaften der Oberfläche untersuchen zu können. Alle direkt messenden Instrumente sind an der Unterseite der Sonde montiert und haben entweder direkten Kontakt zum Boden oder befinden sich unmittelbar über ihm. Das SSP wiegt 3,9 kg, benötigt 11 Watt elektrische Leistung (  während des Abstiegs insgesamt 30 Wh) und produziert im Schnitt 704 Bit Daten pro Sekunde.[36]

Zwar arbeitet das System im Wesentlichen direkt auf der Oberfläche, einige Sensoren werden aber schon wesentlich früher während des Abstieges aktiviert. Hierzu gehört ein Beschleunigungssensor, der mit zwei Piezoelementen arbeitet, um Beschleunigungen während des Abstieges und beim Aufschlag zu messen.[69] Letzteres ermöglicht Rückschlüsse auf Härte und Dichte der Oberfläche am Landeort. Der Sensor wird zusammen mit dem Neigungsmesser bereits in einer Höhe von 153 km aktiviert. Die Neigung wird mittels einer mit Methanol-gefüllten Röhre mit einem Platindeckel ermittelt. Je nach Neigungswinkel verändert sich die Kontaktfläche mit dem Platin und damit die Leitfähigkeit des Systems. Hierdurch können Neigungswinkel bis 47° ermittelt werden.[36] Ab 120 km Höhe wird eine Gruppe aus mehreren Keramik-Piezoelementen aktiviert, die solchen aus Sonargeräten ähneln.[69] Zwei Elemente arbeiten jeweils im Sende- oder Empfangsmodus, um die Schallgeschwindigkeit zu messen, ein weiteres ist als Transmitter ausgelegt und untersucht die Oberfläche mittels Ultraschall.[69] Sollte die Sonde in einem Methansee landen, arbeitet dieser als Sonar und kann die Strömungsgeschwindigkeit messen.[36] Ab 18 km Höhe werden Temperatursensoren und Refraktometer aktiviert. Letzteres ermittelt den optischen Brechungsindex von Oberflächen und Flüssigkeiten. Hierzu senden zwei Leuchtdioden Licht durch ein speziell konstruiertes Prisma in Richtung Boden.[69] Das reflektierte Licht wird anschließend auf ein Feld aus Photodioden gelenkt, um den Brechungsindex zu ermitteln.

Kurz vor dem Aufschlag auf der Oberfläche werden die verbleibenden Sensoren aktiviert. Hierzu gehört unter anderem ein Komplex zur Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit, Temperatur und Wärmekapazität des Bodens. Zur Messung kommen zwei 5 cm lange Platindrähte mit einem Durchmesser von 10 bzw. 25 µm zum Einsatz.[69] Diese stehen im direkten Kontakt zur Oberfläche und werden unter Strom gesetzt. Aus dem elektrischen Widerstand lassen sich dann Rückschlüsse auf die thermischen Parameter des umgebenden Materials ziehen. Ein anderes Instrument misst mittels einer Elektrode die elektrische Kapazität des Bodens. Sollte die Sonde in einem See landen, so kann es das Vorhandensein von polaren Molekülen feststellen.[36] Als letzte Sensoren sind noch zwei gekoppelte Dichtemesser vorhanden, die mit Hilfe des archimedischen Prinzips die Dichte des Materials unter Huygens messen können.[36]
Missionsverlauf bis Saturn
Start und Flug im inneren Sonnensystem
Die Flugbahn von Cassini-Huygens bis Saturn

Cassini-Huygens startete am 15. Oktober 1997 um 08  :  43 UTC vom Launch Complex 40 auf Cape Canaveral. Als Trägerrakete kam eine Titan IVB mit einer Centaur-Oberstufe zum Einsatz, welche die Sonde zunächst mit einer Geschwindigkeit von 8 km/s auf eine Flugbahn in Richtung Venus brachte. Dies war nötig, da die Rakete die benötigten 15,1 km/s für einen direkten Flug nicht aufbringen konnte (  es handelte sich bei der Titan IVB zu dieser Zeit bereits um die stärkste verfügbare Trägerrakete).[70] So sammelte die Sonde durch zwei Swing-by-Manöver im April 1998 und Juni 1999 zusätzliche Energie, was zu einer Geschwindigkeitserhöhung auf 13,6 km/s führte.[70] Vor dem Aufbruch zu den äußeren Planeten führte die Sonde am 18. August 1999 noch ein weiteres Swing-by-Manöver an der Erde durch, um die Geschwindigkeit auf 19,1 km/s zu erhöhen und Kurs auf Jupiter zu nehmen. Während der gesamten vergangenen Missionsphase wurde die Hochgewinnantenne auf die Sonne ausgerichtet, um als Hitzeschutz für die empfindliche Elektronik zu fungieren. Erst am 1. Dezember 1999 war die Intensität der Sonnenstrahlung gering genug, um die Antenne wieder von der Sonne abzuwenden. Am 23. Januar 2000 kam es zu einer Annäherung an den Asteroiden (  2685) Masursky, der aber wegen seiner geringen Größe und der Entfernung von ca. 1,5 Mio. km nur als kleiner Punkt auf den Aufnahmen der Telekamera zu sehen war.[70]
Defekt in der Kommunikationsanlage
Illustration der Problematik

Während der insgesamt fünften Routineprüfung der Sondensysteme zeigte sich im Februar 2000 eine massive Fehlfunktion in Cassinis Kommunikationsanlage. Der Test erfolgte über das Deep-Space-Network-System auf der Erde, das simulierte Daten der Huygens-Sonde zu Cassini sandte,[71] von denen dann 90 % verloren gingen.[70] Die Ursache wurde nach einigen Monaten schließlich im Empfangssystem des „Bit Loop-Detector“ gefunden, das den Dopplereffekt nicht verarbeiten konnte. Zwar besaß der Empfänger auf den ersten Blick eine ausreichende Bandbreite, um die Frequenzverschiebungen kompensieren zu können, allerdings galt dies nur für die reine Trägerwelle und nicht für die Seitenbänder, die den modulierten Datenstrom enthielten.[71] Somit befand sich das Signal mit den Daten zu großen Teilen außerhalb der Bandbreite des Empfängers und ging verloren. Diese Tatsache wurde während der gesamten Entwicklungs- und Konstruktionsphase von keiner der beteiligten Agenturen bemerkt. Ein Kompletttest, der den Fehler hätte entdecken können, fand aufgrund des hohen Aufwands ebenfalls nicht statt.[71] In anderen Funktionstests fiel der Fehler ebenfalls nicht auf, da es keine Spezifikation für den modulierten Datenstrom gab, auf die man hätte zurückgreifen können. Schlussendlich war auch eine Umprogrammierung der Software zur Kompensation des Konstruktionsfehlers nicht mehr möglich, da dies nur vor dem Start der Sonde hätte geschehen können.[71]

Bis zum Dezember 2000 wurden mehrere Pläne zur Rettung der Huygens-Teilmission entwickelt, von denen die meisten darauf abzielten, den Dopplereffekt so weit wie möglich zu reduzieren und so größere Teile der Seitenbänder in den Frequenzbereich des Empfängers zu bringen.[71] Dies würde dann im Endeffekt die Menge an auswertbaren Daten erhöhen. Im Juli 2001 entschloss man sich, die Fly-by-Höhe von Cassini an Titan zu vergrößern, wodurch die Sonde weniger stark beschleunigt werden würde. Dies reduzierte gegenüber dem originalen Flugplan die relative Geschwindigkeit zu Huygens, wodurch die Frequenzverschiebung durch den Dopplereffekt verringert wurde und somit ein wesentlich größerer Teil des Seitenbandes mit den Daten innerhalb der Bandbreite des Empfängers lag. Der neue Plan erforderte in den folgenden zwei Jahren eine kontinuierliche Modifikation der Flugbahn.[70]
Vorbeiflug an Jupiter
Hochaufgelöste Aufnahme von Jupiter

Nach dem Passieren der Erde (  Gravity Assist im August 1999) und der Marsbahn (  Ende 1999) hielt Cassini Kurs auf Jupiter. Ursprünglich waren aus Kostengründen keine Beobachtungen des Riesenplaneten vorgesehen, was allerdings bei den beteiligten Wissenschaftern zu Protesten führte. Sie argumentierten, dass der Fly-by an Jupiter ideal wäre, um die Instrumente zu kalibrieren und mit ihnen Messungen mit bis dahin unerreichter Genauigkeit durchzuführen.[70] Die Vorschläge wurden letztendlich angenommen, und am 1. Oktober 2000 entstanden aus einer Entfernung von 84,3 Millionen km die ersten Aufnahmen der Telekamera.

Cassini konnte während der nächsten fünf Monate die ebenfalls im Jupitersystem aktive Raumsonde Galileo ergänzen. Diese untersuchte entgegen der ursprünglichen Planung hauptsächlich die Monde. Wegen eines schwerwiegenden Defekts der entfaltbaren Antenne Galileos mussten nämlich alle wissenschaftlichen Daten über die weit weniger leistungsfähigen Niedriggewinnantennen übertragen werden,[70] weshalb Galileo die meisten fotografischen Aktivitäten einstellte, da diese eine hohe Datenrate benötigten.

Während des Aufenthaltes im Jupitersystem fertigte Cassini viele hochauflösende Aufnahmen von Jupiter an und übernahm damit für einige Zeit einen Teil der ursprünglichen Aufgaben von Galileo. Im Laufe dieses Missionsabschnitts wurde auch das bis heute höchstaufgelöste Fotomosaik des Planeten aus mehreren Einzelaufnahmen angefertigt (  siehe Bild rechts). Vom ISS-System stammen insgesamt 26.287 Aufnahmen, wobei auch eine Vielzahl der zur Verfügung stehenden Filter verwendet wurden, um die Gasverteilung in Jupiters Atmosphäre zu untersuchen.[70]

Mitte Dezember ergab sich für Cassini die Gelegenheit, auch Aufnahmen von einigen Monden anzufertigen. Allerdings kam es am 17. Dezember zu einem größeren Zwischenfall im Bereich der Reaktionsräder, welche die Orientierung der Sonde im Raum kontrollierten (  siehe Interplanetare Navigation). Als das Rad mit der Nummer drei zur Lageänderung von 50 auf 208 Umdrehungen pro Minute beschleunigt wurde, stellte man eine deutliche Temperaturerhöhung an dessen Lager fest.[70] Der Bordcomputer interpretierte dies als Zunahme der Reibung und schaltete die Reaktionsräder ab, woraufhin die Lage über die Schubdüsen geregelt wurde. Da dies jedoch viel Treibstoff verbrauchte, deaktivierte man vom Boden aus die Instrumentenplattform vom 19. bis 27. Dezember und ließ nur die lageunabhängigen Instrumente (  z. B. RPWS oder MAG) weiterlaufen. Beim erneuten Anfahren des Rades stellte man eine ungleichmäßige Verteilung der Schmierflüssigkeit fest. Dieses Problem verschwand jedoch mit zunehmender Betriebsdauer schließlich ganz, und so konnten die wissenschaftlichen Beobachtungen wie geplant fortgesetzt werden.[70]

Während der achttägigen Ruhephase wurden allerdings die Gelegenheiten für vorgesehene Aufnahmen einiger Jupitermonde verpasst, so dass nur von Himalia einige Bilder möglich waren. Diese konnten den kleinen Mond wegen der großen Entfernung von 4,4 Millionen km nur in wenige Pixel auflösen. Dennoch war dies wesentlich besser als bei früheren Aufnahmen, die Himalia nur als einfachen Punkt zeigten. Somit ließ sich zum ersten Mal die längliche Form und die Größe (  ca. 120 km × 150 km) bestimmen.[70] Durch das MIMI-Instrument konnten auch zum ersten Mal dreidimensionale Aufnahmen von Jupiters Magnetfeld angefertigt werden. Am 22. März endete dann die Beobachtung von Jupiter, und Cassini befand sich auf dem Weg zu Saturn, wo die Primärmission starten sollte.
Bestätigung der Relativitätstheorie

Während des Sommers 2002 befand sich die Sonne genau zwischen Cassini-Huygens und der Erde, was eine Überprüfung und Messung der allgemeinen Relativitätstheorie ermöglichte.[72][73] Diese sagte voraus, dass ein von Cassini zur Erde gesendetes Radiosignal eine längere Laufzeit aufweisen sollte, als man bei der entsprechenden Entfernung vermuten würde. Dieser Shapiro-Verzögerung genannte Effekt soll durch die starke Gravitation und die damit verbundene Raumkrümmung hervorgerufen werden. Da das Signal diese „Delle“ in der Raumzeit passieren muss, verlängert sich die Laufzeit gegenüber dem sonst fast geraden, direkten Weg um einige Sekundenbruchteile. Diese Verzögerung konnte dann auch von den Antennen des Deep Space Networks festgestellt werden, wodurch die allgemeine Relativitätstheorie ein weiteres Mal experimentell bestätigt wurde.
Primärmission bei Saturn
Der Mond Phoebe
Vorbeiflug an Phoebe

Mit dem finalen Kurskorrekturmanöver am 30. Juni 2004 schwenkte Cassini-Huygens in einen Orbit um Saturn ein, womit die Primärmission der Sonden begann.[74] Viele Instrumente wurden schon vor diesem Datum aktiviert (  die ersten bereits im März) und schon am 12. Juni wurde Phoebe bei einem Vorbeiflug untersucht. Die Sonde näherte sich dem Mond bis auf 2000 km und fertigte Bilder von damals unerreichter Qualität an. Man fand einen sehr alten Himmelskörper vor, der im Wesentlichen aus Eis besteht und mit einer mehrere hundert Meter dicken Schicht aus dunklerem Material bedeckt ist.[75] Die Oberfläche von Phoebe weist eine große Zahl von Einschlagkratern auf, was von einigen Forschern als Hinweis darauf gesehen wird, dass der Mond ein Überbleibsel aus der Entstehungszeit des Sonnensystems vor ca. 4,5 Milliarden Jahren ist.[75] Manche Krater besitzen einen Durchmesser von bis zu 50 km und haben die Oberfläche massiv umgestaltet. Durch die Rotation von Phoebe konnte die gesamte Oberfläche erfasst werden, wobei sehr hohe Auflösungen bis hinunter zu 12 m pro Pixel erreicht werden konnten.[76]
Flug durch die Ringe
Temperaturverteilung der Ringe (  Falschfarben, Rot  :  −163 °C, Blau  :  −203 °C)

Auf dem Weg zum ersten Fly-by an Saturn musste Cassini-Huygens durch die Saturnringe hindurchfliegen, wodurch sehr hoch aufgelöste Aufnahmen ihrer Struktur aus nächster Nähe möglich waren. Allerdings war das Manöver wegen der unzähligen Gesteinsbrocken nicht ungefährlich, so dass man eine Lücke zwischen dem E- und F-Ring anvisierte, der auf den Aufnahmen der Voyager-Sonden als materiefreier Raum zu erkennen waren.[76] Wären auf den Aufnahmen des ISS doch Hindernisse zu erkennen gewesen, hätte man zum Ausweichen den Orbit anheben können. Dies hätte allerdings zusätzlichen Treibstoffverbrauch zur Folge gehabt und erwies sich schlussendlich als nicht nötig. Während des Durchfluges wurde die Sonde allerdings so gedreht, dass die Hochgewinnantenne als improvisierter Schutzschild gegen kleinere Partikel diente.[76] Die Ringe wurden primär mit den Instrumenten ISS und UVIS untersucht, die viele neue Erkenntnisse über den Aufbau und die Zusammensetzung der Ringe lieferten. So bestanden diese nicht primär aus Eis, wie früher angenommen, sondern überwiegend aus Staub, der dem auf der Oberfläche von Phoebe sehr ähnelt.[77] Darüber hinaus wurde auch eine ungewöhnlich hohe Konzentration von atomarem Sauerstoff am Rand der Ringe entdeckt. Da die Bestandteile von innen nach außen immer jünger werden (  ähnlich den Jahresringen bei Bäumen) nimmt man an, dass der Sauerstoff aus einer Kollision im Januar desselben Jahres stammen könnte.
Saturnvorbeiflug und neue Monde
Manöver kurz vor bis kurz nach dem Eintritt in die Umlaufbahn

Beim ersten und engsten Fly-by der Mission flog Cassini-Huygens in einer Distanz von nur 18.000 km an der Wolkengrenze Saturns vorbei, um danach wieder dessen Ringe zu passieren. Bei der Auswertung aller Bilder konnte man schließlich zwei sehr kleine und noch nicht bekannte Saturnmonde identifizieren, die man provisorisch als „S/2004 S1“ und „S/2004 S2“ bezeichnete.[78] Ersterer misst 3 km im Durchmesser, der zweite vier Kilometer. Beide Monde sind etwa 200.000 km von Saturn entfernt und ihr Orbit befindet sich zwischen denen von Mimas und Enceladus. Die Monde wurden auf stark langzeitbelichteten Aufnahmen entdeckt, wobei S/2004 S1 eventuell schon bei der Voyager-Mission gefunden wurde; ein ähnliches Objekt erhielt bereits 1981 die Bezeichnung „S/1981 S14“. Später wurden die Monde in Methone (  S1) und Pallene (  S2) umbenannt.
Erster Vorbeiflug an Titan
Aufnahme von Titan mit dem VIMS-Instrument. Im Ausschnitt ist ein vermutlicher Eisvulkan zu sehen.

Am 26. Oktober 2004 fand der erste Vorbeiflug an Titan in einer Entfernung von 1174 km statt. Dabei wurde die Oberfläche mit einer bis dahin unerreichten Präzision erfasst. Zur Beobachtung wurden 11 der 12 Instrumente genutzt, wobei ein Softwarefehler im CIRS eine genauere Untersuchung im Infrarot-Spektrum verhinderte.[79] Von besonderem Interesse waren die Aufnahmen des Radarsystems, da die Oberfläche mit optischen Instrumenten aufgrund der dichten Atmosphäre von Titan nur schwer zu untersuchen ist. Beim Vorbeiflug konnte etwa ein Prozent der Oberfläche mit einer Auflösung von bis zu 300 m pro Pixel erfasst werden.[80] In Kombination mit anderen Instrumenten konnte die Oberfläche Titans als verhältnismäßig jung charakterisiert werden, wobei auch dynamische Vorgänge zu beobachten waren. Dies wurde als Hinweis auf fließende, eventuell organische Materialien gesehen. Auch gab es Indizien, die auf das Vorhandensein von Gletschern und Seen hindeuteten. Während des Vorbeiflugs konnte wahrscheinlich auch ein Eisvulkan entdeckt werden (  siehe Bild rechts).
Die Huygens-Mission
Abtrennung und Marschflug
Flugprofil von Cassini-Huygens vier Wochen vor der Landung

Die Huygens-Mission begann mit der Abtrennung von Cassini am 25. Dezember 2004 um 3 Uhr mitteleuropäischer Zeit. Die drei kleinen Sprengladungen trennten Huygens erfolgreich ab und beschleunigten die Sonde auf 0,35 m/s (  relativ zu Cassini) bei einem Spin von 7,5 Umdrehungen pro Minute.[81] Die Messung der Rotation wurde erst durch das schwache, gerichtete Magnetfeld der Sonde ermöglicht. Dieses konnte mit dem hochempfindlichen Magnetometer von Cassini erfasst werden, wobei Huygens eigentlich nicht magnetisch hätte sein dürfen, um ebendieses Instrument nicht zu stören. Das Magnetfeld wurde erst nach der Fertigstellung bemerkt, wobei es so schwach war, dass es nicht als kritisches Problem für die Mission eingestuft wurde. 12 Stunden nach der Abtrennung machte Cassini mit der Telekamera des ISS eine Aufnahme von Huygens, die nach eingehender Vermessung bestätigte, dass sich die Sonde auf einem korrekten Kurs befand.[82] Dem Flugplan zufolge sollte Huygens nach der Abtrennung Titan nach 20 Tagen erreichen.
Landung auf Titan
Künstlerische Darstellung von Huygens während des Abstieges

20 Tage nach Abtrennung, am 14. Januar 2005, begann die wissenschaftliche Mission für Huygens. Im Folgenden sind die Ereignisse chronologisch (  MEZ) geordnet aufgezählt (  alle Zeiten beziehen sich auf den Empfangszeitpunkt auf der Erde; wegen der Signallaufzeit 67 Minuten nach dem jeweiligen Ereignis).[83] Huygens sendet alle gewonnenen Daten verzugslos mit 1 bis 8 KBit/sec an Cassini, wo sie zwischengespeichert werden, um sie in den Tagen nach Ende der Huygens-Mission zur Erde zu übertragen.
Die Landeseqenz von Huygens

06  :  51
    Die interne Uhr aktiviert die Elektronik der Sonde und versetzt die Transmitter in den Niedrigenergiemodus, um auf den Beginn der Datenübertragung zu warten.

11  :  13
    Huygens tritt in einer Höhe von 1270 km in die Atmosphäre von Titan ein.

11  :  17
    Die Sonde hat eine Geschwindigkeit von 400 m/s unterschritten, was in einer Höhe von ca. 180 km die Öffnung des ersten Fallschirmes initiiert. Dieser trennt durch seinen Widerstand den oberen Hitzeschild ab und entfaltet 2,5 s später den Hauptfallschirm.

11  :  18
    In einer Höhe von etwa 160 km wird der große untere Hitzeschild abgetrennt. Hierdurch konnte das DISR aktiviert werden, das nun einen freien Blick nach unten besaß und die ersten Bilder und Spektren anfertigte.

11  :  32
    Der Hauptfallschirm trennt sich in einer Höhe von ca. 125 km, woraufhin sich der dritte und letzte Fallschirm entfaltet.

11  :  49
    In einer Höhe von 60 km wird der Radarhöhenmesser des HASI aktiviert, wodurch Huygens’ Bordcomputer weitere Entscheidungen auf Basis der Höhe treffen kann, statt durch die interne Uhr gesteuert zu werden.

12  :  57
    Das GCMS wird als letztes Instrument aktiviert.

13  :  30
    Die Lampe des DISR wird aktiviert, um nach der in Kürze bevorstehenden Landung gute Spektren von der Oberfläche zu erhalten.

13  :  34 (  ± 15 min)
    Huygens ist mit einer Geschwindigkeit von 17 km/h erfolgreich auf der Oberfläche von Titan gelandet. Die Temperatur beträgt −180 °C, der Druck liegt bei 1467 Millibar.

15  :  44
    Huygens verliert den Kontakt zu Cassini, da die Sichtverbindung unterbrochen wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Mission für Huygens beendet.

16  :  14
    Cassini richtet seine Antenne wieder zurück zur Erde aus und überträgt die ersten Daten.

Eines der ersten Rohbilder. Zu sehen sind u. a. Kanäle (  links), die zu einer Küstenlinie führen (  rechts).
Ergebnisse

Bei der Sichtung der empfangenen Daten von Huygens wurde ein weiterer technischer Fehler offenbar  :  Cassinis Empfangssystem zeichnete nur Daten von Kanal B auf. Huygens besitzt zwei redundante Sender (  Kanal A und B), von denen jeder alle gesammelten Messdaten zeitversetzt übertrug. Von dieser Redundanz waren allerdings zwei Experimente ausgenommen  :  das Doppler Wind Experiment (  DWE) zur Messung der Windgeschwindigkeit und die Bilddaten des DISR.[36] Die Messung durch das DWE-Instrument sollten an Bord von Cassini und durch ein VLBI-Netzwerk auf der Erde geschehen. Hierzu benutzte das Instrument den hochstabilen Oszillator des Kanal-A-Senders. Da auf diesem Kanal keine Daten empfangen wurden, waren auch keine Messungen durch Cassini möglich. Zwar konnte man aus den Daten des VLBI-Netzwerkes die Windgeschwindigkeiten rekonstruieren, diese waren jedoch um ein Vielfaches ungenauer als die geplanten Messungen durch Cassini. Das DISR-Instrument hingegen übertrug die gewonnenen Bilder wechselseitig auf Kanal A und B, da die Datenmenge zu groß gewesen wäre, um sie redundant zu senden. Daher verlor man die Hälfte der 1215 Bilder beim Empfang.[36] Die Nichtaktivierung des Kanal-A-Empfängers war auf einen Programmierfehler zurückzuführen, der in den Verantwortungsbereich der ESA fiel. Ein weiteres Problem betraf den Sonnensensor, der wegen der unerwartet rückwärtigen Rotation die Sonne nicht erfassen konnte. Somit konnte zunächst nicht bestimmt werden, in welche Richtung die Kameras sahen und wo sich Huygens genau befand.[82] Durch aufwändige Rekonstruktionen konnten die nötigen Parameter jedoch zwei Monate nach der Landung mit einer Genauigkeit von ca. 5° bestimmt werden.
Titan-Oberfläche nach der Landung
Blick auf Huygens’ Landeregion aus 10 km Höhe

Während der Mission wurden in 3  :  44 Stunden 474 MBit Daten gesammelt und übertragen, davon 606 Bilder.[84] Man stellte fest, dass die Atmosphäre des Mondes hauptsächlich aus Stickstoff und Methan besteht, wobei die Konzentration von Methan mit abnehmender Höhe steigt. In einer Höhe von 20 km wurden Wolken aus Methan entdeckt, die dann in Form von Nebel bis zum Boden reichen.[84] In der Atmosphäre wurde auch das Isotop Argon-40 detektiert, was auf vulkanische Aktivität schließen lässt. Allerdings kommt es hierbei nicht zum Auswurf von Lava wie auf der Erde, sondern zum Ausbruch von Wassereis und Ammoniak. Überraschenderweise fand man keine Isotope vom Typ Argon-36 und Argon-38, die noch aus den Anfängen des Sonnensystems stammen. Daraus folgt, dass Titan mindestens einmal in seiner Geschichte seine komplette Atmosphäre verloren haben muss.[82] Erwartungsgemäß selten waren die Edelgase Krypton und Xenon, da diese in Aerosolen gebunden sind und so zum Boden transportiert werden. Die Auswertung der Stickstoffmoleküle zeigte, dass Titans Atmosphäre in der Vergangenheit fünfmal dichter gewesen sein muss.[82] Für den Verlust sollen unter anderem drei Ausgasungswellen verantwortlich sein  :  Die erste fand bei der Formung des Mondes statt, die zweite vor etwa 2 Milliarden Jahren (  der sich verdichtende Silikatkern erzeugte große Mengen Wärme) und die letzte vor etwa 500 Millionen Jahren, als es Konvektionsströme im Mantel von Titan gab.[82] Die Windmessungen ergaben eine Geschwindigkeit von ca. 35 m/s in einer Höhe von etwa 60 km, wobei die Winde mit abnehmender Höhe immer langsamer werden, bis sie schließlich unter einer Höhe von 10 km fast zum Erliegen kommen.[82] Die Windrichtung war bis zu diesen 10 km konstant „Ost“, drehte beim Unterschreiten dieser Grenze aber sehr schnell auf „West“ um. Die Strömungen innerhalb der Atmosphäre werden nicht wie auf der Erde durch wechselnde Sonneneinstrahlung verursacht, da deren Intensität wegen der wesentlich größeren Entfernung etwa 100-mal geringer ist als auf der Erde. Im Gegenzug ist der Einfluss der Gravitation von Saturn auf Titan 400-mal stärker als der des Mondes auf die Erde, wodurch in der Atmosphäre ein Ebbe-Flut-Mechanismus erzeugt wird.[82]

Durch die Vielzahl von Bildern in Kombination mit abbildenden Spektren und Radar-Messungen konnte Huygens viel über die Oberfläche von Titan in Erfahrung bringen, was bis zu diesem Zeitpunkt aufgrund der dichten Atmosphäre kaum möglich war. Die Oberfläche war durch Ablagerungen von organischem Material dunkler als erwartet und der Boden, auf dem die Sonde gelandet war, ähnelte in seinen Eigenschaften nassem Sand oder Ton auf der Erde.[84] Die Substanz besteht hauptsächlich aus verschmutztem Wasser- und Kohlenwasserstoff-Eis. Durch die Wärme der Sonde kam es unterhalb der Sonde schon kurz nach der Landung zu kleinen Ausbrüchen von im Boden gebundenem Methan.[84] Die Bilder der seitwärts blickenden Kamera (  SRI) zeigten eine flache Ebene mit kiesartigen Körpern, die einen Durchmesser von 5 bis 15 cm aufweisen. Während des Abstieges fertigte das DISR spektakuläre Bilder von der Oberfläche Titans an, insbesondere kurz vor der Landung, als ein Großteil der Dunst- und Wolkenschicht durchquert worden war. Das Relief zeigte vielfältige Formationen, unter anderem Berge, Täler und auch Dünen, die bis zu 1500 km lang sind.[82] Auch wurden viele Kanäle gefunden, die zusammen mit den abgerundeten Formen der Steine auf der Oberfläche und der Konsistenz des Bodens auf Erosion durch Flüssigkeiten hinweisen. Schon früh wurde dem Methan hierbei eine primäre Rolle zugedacht, was sich letztendlich auch bestätigte.[82] Auf Titan existiert ein konstanter Methan-Kreislauf mit Regen, Flüssen und Seen, der für die Erosion des Reliefs verantwortlich ist.
Video des Abstieges

Das folgende Video zeigt den Abstieg Huygens aus Sicht des DISR-Instruments, wobei einige Daten auch von anderen Instrumenten stammen. Die Zeit wurde vor dem Aufschlag um das 40-fache beschleunigt und nach dem Aufschlag um das 100-fache.

Im zentralen Blickfeld werden die Flugbahn der Sonde und ihre fotografischen Aufnahmen dargestellt. Farbige Overlays zeigen, dass eine Aufnahme durch das farblich zugeordnete Instrument (  rechts) im entsprechenden Bildbereich stattgefunden hat. Zu Beginn des Videos werden auch die Himmelsrichtungen und die Landezone kurz zur Orientierung angezeigt.

In der Ecke oben links wird Huygens Status hinsichtlich der Fallschirme und des Hitzeschildes angezeigt, sowie eine Skala zum Vergleich mit einem Menschen. Unten links wird die Flugbahn der Sonde abgebildet (  Blick aus Süden), sowie die Richtungen zu Cassini (  blau) und der Sonne (  rot). Des Weiteren ist eine Skala des Mount Everest abgebildet. In der Ecke rechts unten werden die Blickrichtung zu Cassini (  blau), zur Sonne (  rot) und der seitlich blickenden Kamera (  SRI, grün) angezeigt. Oben rechts befinden sich eine UTC-Uhr und ein Missions-Timer.

Auf der rechten Seite werden verschiedene Daten und Aktivitäten angezeigt. Ein Aufblinken des jeweiligen Farbpunktes bedeutet eine Aufnahme durch das entsprechend zugeordnete Instrument. Das aufgenommene Gebiet wird gleichzeitig auch auf dem zentralen Blickfeld mit derselben Farbe markiert. Farbpunkte, die unten rechts mit einem kleinen zusätzlichen rosa Quadrat gekennzeichnet sind, zeigen an, dass das zugeordnete Instrument nach oben, statt nach unten blickt.

In der Stereo-Audioausgabe sind weitere Informationen akustisch integriert. Der linke Audio-Kanal gibt mit seiner Frequenz die Drehgeschwindigkeit von Huygens wieder, ein Klicken bedeutet die Vollendung einer Drehung. Der rechte Kanal gibt Ereignisse bei der Datensammlung wieder. Die Frequenz des Hintergrundgeräusches ist mit der Signalstärke zu Cassini gekoppelt, einzelne Klingeltöne zeigen Instrumentenaktivität an. Jedem Instrument ist eine gewisse Tonfrequenz zugeordnet, wobei diese analog zur Instrumentenliste rechts immer weiter sinkt.
Missionsverlauf 2005
Mosaik-Aufnahme von Enceladus’ Oberfläche

Nach dem Ende der Huygens-Mission führte die Cassini-Sonde am 17. Februar 2005 in einer Höhe von 1577 km ihren ersten Vorbeiflug am Mond Enceladus durch.[85] Die Auflösung der Bilder übertraf hierbei die der Voyager-Sonden um das Zehnfache. Diese hatten zu ihrer Zeit bereits feststellen können, dass der Mond sehr viel Licht reflektierte und kaum dunkle Partien aufwies. Den Grund hierfür konnten Spektralanalysen von Cassini liefern  :  Der Mond ist vollständig mit hochreinem Wassereis überzogen, das keinerlei Verschmutzungen aufweist. Auf diesem Eispanzer haben sich zwar Kanäle und Erhebungen gebildet, die in ihrem Muster denen auf Europa und Ganymed ähneln; allerdings weist die geringe Zahl und Größe von Einschlagskratern auf einen eher jungen Mond hin.[85] Bei einem zweiten Vorbeiflug am 16. März konnten außerdem ein Magnetfeld und eine Atmosphäre nachgewiesen werden.[86] Da Enceladus nicht genug Gravitation entwickelt, um eine Atmosphäre dauerhaft zu halten, muss es eine Quelle geben, die stetig Gas zuführt. Man nahm daher an, dass es eine Form von vulkanischer Aktivität auf dem Mond geben müsse.
Der Mond Daphnis und die durch ihn verursachten Wellen (  mit Schattenwurf nach oben)

Am 10. Mai gab das JPL bekannt, dass wieder ein neuer Mond entdeckt werden konnte, der vorläufig die Bezeichnung „S/2005 S1“ erhielt und später in Daphnis umbenannt wurde. Man fand den Mond mithilfe der NAC-Kamera in einer Lücke des A-Rings, wo ein solcher Körper schon seit einiger Zeit vermutet worden war.[87] Daphnis weist einen Durchmesser von ca. 7 km auf, besitzt eine Masse von etwa 80 Milliarden Tonnen und umkreist Saturn in einer Distanz von bis zu 136.500 km. Die Gravitation des Mondes hat zu einer Wellenbildung am Rand der ihn umgebenden Ringe geführt. Die Wellen der schnelleren Partikel im inneren Ring laufen hierbei dem Mond voraus, die langsameren im äußeren Ring laufen ihm nach.

Am 11. Juli passierte Cassini in ca. 10.000 km Abstand den Mond Hyperion und fertigte mit der NAC-Kamera Aufnahmen in einer Auflösung von bis zu 1 km an.[88] Messungen der Dichte im Vergleich zur Oberfläche weisen darauf hin, dass etwa 40 % des Mondinneren hohl sind.
Der Mond Hyperion

Am 29. Juli wurde bekanntgegeben, dass bei dem Vorbeiflug an Enceladus am 14. Juli deutliche Anzeichen für aktiven Vulkanismus gefunden wurden.[89] Dies stützt sich vor allem auf die Entdeckung von lokal begrenzten Wasserdampfwolken und Hotspots, besonders am Südpol des Mondes. Durch die vulkanischen Prozesse konnte sich eine Atmosphäre bilden, da die erzeugten Gase deren langsame Verflüchtigung in den Weltraum aufgrund der geringen Gravitation kompensieren. Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus 65 % Wasserdampf und 20 % molekularem Wasserstoff, der restliche Anteil entfällt im Wesentlichen auf Kohlenstoffdioxid. Darüber hinaus maß der Cosmic Dust Analyzer eine sehr hohe Konzentration von Partikeln in der Atmosphäre. Diese stellten sich als primäre Quelle für Saturns E-Ring heraus.

Nachdem Cassini am 24. September Tethys passiert und Aufnahmen vom bisher unbekannten Südpol angefertigt hatte, flog sie zwei Tage später sehr nahe (  ca. 500 km) an Hyperion vorbei.[90] Die detaillierten Aufnahmen zeigten eine einzigartige Schwamm-ähnliche Oberflächenstruktur, für deren Entstehungsprozess es bis jetzt noch keine Erklärung gibt. Von besonderem Interesse ist das schwarze Material, das sich in vielen Kratern des Mondes befindet, wie dem großen Impaktkrater mit einem Durchmesser von 200 m. Bemerkenswert ist auch die völlig unvorhersagbare, chaotische Rotation, die für einen Mond im Sonnensystem einzigartig ist.
Missionsverlauf 2006
Titans Dünen (  unten) im Vergleich zu Dünen in Namibia (  oben)
Das Sturmsystem in verschiedenen Spektralbereichen  : 
oben  :  460nm, 752nm, 728nm; unten  :  890nm, 2,8µm, 5µm

Am 1. März wurde bekanntgegeben, dass man nach eingehender Auswertung der Daten von Cassini und Huygens die Quelle für das Methan in Titans Atmosphäre gefunden hatte.[91] Es befindet sich in methanreichem Wassereis, das eine Kruste über einem Ozean aus flüssigem Wasser und Ammoniak bildet. Dieses Eis wurde in drei Ausgasungsphasen teilweise geschmolzen, so dass das Methan in die Atmosphäre entweichen konnte. Die hierzu benötigte Wärme stammt aus dem Kern des Mondes, wo einige radioaktive Elemente durch ihren Zerfall genug Wärme lieferten, um von Zeit zu Zeit Konvektionsströmungen im Inneren zu erzeugen, die diese Wärme letztendlich zur Oberfläche transportieren, wo sie das Eis schmelzen lässt.

Im März und April führten Untersuchungen der Ringe zu dem Ergebnis, dass sich im A-Ring 35 % mehr Partikel und Bruchstücke befinden als ursprünglich angenommen.[92] Dies liegt in der Tatsache begründet, dass die Transparenz des Rings stark von dem Blickwinkel abhängt. In diesem Ring konnten auch Hinweise auf bis zu 10 Millionen sehr kleine Monde, sogenannte „Moonlets“, gefunden werden, die ca. 100 m groß sind.[93] Sie könnten weiteren Aufschluss darüber geben, wie die Ringe des Saturns entstanden sind.

Am 4. Mai wurde bekanntgeben, dass die zuvor als Ozeane interpretierten dunklen Flächen in den äquatorialen Regionen von Titan in Wirklichkeit Sanddünen sind[94] Dies ergaben Untersuchungen mit dem Radarsystem von Cassini. Die Struktur dieser Dünen ähnelt denen auf der Erde in hohem Maße (  siehe Bild rechts). Sie entstanden durch eine Kombination von starken Gezeiteneffekten durch Saturn und langsamen Winden in Bodennähe.

Während eines Vorbeifluges am 22. Juli konnten mittels des Radarsystems mehrere Methan-Seen um Titans Nordpol entdeckt werden.[95] Sie konnten mit hoher Wahrscheinlichkeit als Quelle für die Kohlenwasserstoffe in der Atmosphäre identifiziert werden, womit ein wichtiges Missionsziel erreicht wurde. Die Seen besitzen Durchmesser von 1 bis 100 km.
Aufnahme mit dem neu entdeckten Ring (  mit einem Kreuz markiert)

Am 19. September gab das JPL bekannt, dass die Entdeckung eines neuen Saturn-Rings während einer Beobachtung zwei Tage zuvor gelungen war.[96] Diese wurde durchgeführt, als Saturn die Sonne über die bis jetzt längste Zeit verdeckte (  12 Stunden), wodurch die Ringe extrem stark angestrahlt wurden, ohne dass direktes Sonnenlicht die Instrumente von Cassini überlastete. Der neue Ring befindet sich im Bereich des E- und G-Rings und stimmt mit den Umlaufbahnen von Janus und Epimetheus überein. Daher nehmen Astronomen an, dass Meteoriteneinschläge auf diesen Monden die Quelle für die Partikel des Rings sind. Durch die lange Beobachtungszeit konnte auch zweifelsfrei festgestellt werden, dass von Enceladus entweichende Eispartikel in den E-Ring von Saturn wandern und so maßgeblich an seiner Entstehung beteiligt sind.

Am 11. Oktober wurde vom JPL bekannt gegeben, dass man deutliche Änderungen in der Struktur des innersten Rings, des D-Rings, entdeckt hatte.[97] Er wies mehrere helle Stellen auf, in denen es zu vertikalen Verzerrungen gekommen war. Auffällig sind auch die regelmäßigen Abstände der Störungen, die etwa alle 30 km vorkommen. Vermutlich wurden diese Verzerrungen der Ringstruktur entweder durch eine Kollision mit einem Meteoriten oder mit einem kleinen Mond verursacht. Bereits 1995 konnte das Hubble-Weltraumteleskop Veränderungen in der Struktur des D-Rings wahrnehmen und in Kombination mit Cassinis Daten den Kollisionszeitpunkt auf das Jahr 1984 datieren.

Am 9. November gab man bekannt, dass Cassini bei einem Vorbeiflug am Südpol Saturns einen außergewöhnlichen Sturm entdeckt hatte.[98] Er besitzt ein klar definiertes Auge, um das hohe Wolkenberge kreisen. Damit ähnelt seine Struktur einem Hurrikan auf der Erde. Der Sturm erreicht Geschwindigkeiten von 550 km/h, misst ca. 8000 km im Durchmesser und die Turmwolken erreichen Höhen von bis zu 75 km. Im Gegensatz zu Hurrikanen auf der Erde bewegt sich das Sturmsystem nicht, sondern es bleibt ortsfest am Südpol.

Am 12. Dezember gab das JPL bekannt, dass auf Titan eine Gebirgsformation mit dem bis jetzt höchsten Berg des Mondes gefunden wurde.[99] Die Formation wurde mit Hilfe des Radar- und Infrarot-Systems entdeckt und ist knapp 150 km lang und 30 km breit. Durch die hohe Auflösung von bis zu 400 m pro Pixel konnten auch Strukturen erkannt werden, die Lavaflüssen ähneln. Die Gipfel des Massivs ragen bis zu 1,5 km in den Himmel und sind auf ihren Gipfeln von mehreren Schichten aus organischem, weißem Material bedeckt, wobei es sich eventuell um Methanschnee handeln könnte.
Missionsverlauf 2007
Aufnahme eines Jetstreams mit einem ihn antreibenden Sturm (  dunkler Fleck links)

Eine mögliche Erklärung für die Geysire auf Enceladus wurde am 12. März veröffentlicht.[100] Die für deren Entstehung benötigte Wärme soll von verhältnismäßig kurzlebigen radioaktiven Isotopen von Aluminium und Eisen stammen, die den Kern des Mondes bereits kurz nach seiner Entstehung vor mehreren Milliarden Jahren stark aufgeheizt haben sollen. Später sollen dann langlebigere radioaktive Elemente und die enormen Gezeitenkräfte von Saturn den Kern warm und flüssig gehalten haben. Dies wird durch den Fund von Molekülen aus den Fontänen gestützt, die nur bei hohen Temperaturen (  bis 577 °C) entstehen können. Dieses Modell (  allgemein als „hot start“ bezeichnet) und Messungen durch Cassini weisen des Weiteren auf flüssiges Wasser und eine große Vielfalt von organischen Verbindungen unter der Oberfläche des Mondes hin, die dadurch auch Leben beherbergen könnte.
Aufnahme von Iapetus. Am rechten Bildrand ist der Gebirgsring gut zu erkennen.
Ausgestoßene Eispartikel von Enceladus’ Geysiren in Falschfarben

Am 8. Mai wurde bekanntgegeben, dass die Jetstreams auf Saturn durch große Stürme in der Atmosphäre angetrieben werden.[101] Anfänglich hatte man das genaue Gegenteil vermutet, nämlich dass die Jetstreams die Stürme erzeugen würden. Langzeitbeobachtungen über mehrere Stunden hinweg zeigten jedoch, dass Stürme an ihrer äußeren Grenze Impulsenergie an die Winde abgeben. Dies erklärt auch, wieso das abwechselnde Muster aus west- und ostwärts wehenden Jetstreams über lange Zeit stabil bleiben kann.

Am 14. Juni wurde bekanntgegeben, dass die Monde Tethys und Dione entgegen bisherigen Kenntnissen höchstwahrscheinlich geologisch aktiv sind.[102] Zu dieser Erkenntnis gelangte man durch die Rückverfolgung von ionisierten Gasen aus Saturns Ringen. Berechnungen zeigten, dass große Mengen dieses Plasmas von den beiden Monden stammen, so dass diese über eine gewisse Form geologischer Aktivität, evtl. sogar Vulkanismus, verfügen müssen, welche die Freisetzung der Gase bewirkt.

Während eines nahen Vorbeiflugs (  1640 km Höhe) an Iapetus lieferte Cassini hunderte hoch aufgelöste Bilder von dessen Oberfläche.[103] Von besonderem Interesse war hierbei der gut 20 km hohe Gebirgsring, der einen großen Teil des Äquator des Mondes umfasst. Dieser Ring besteht schon seit dessen Entstehungsphase, als Iapetus noch sehr schnell rotierte und sich so Gestein durch die hohen Fliehkräfte am Äquator auftürmte.[104] Durch den schnellen Zerfall der radioaktiven Isotope Aluminium-26 und Eisen-60 nahm die Temperatur des Kerns und der Kruste jedoch schnell ab, wodurch der Gebirgsring erstarrte, noch bevor die Gezeitenkräfte des Saturns die Rotationsgeschwindigkeit ausreichend reduzierten, was eine Abflachung zur Folge gehabt hätte. Durch die Abwesenheit von geologischen Prozessen und Erosion blieb der Ring bis heute, mehrere Milliarden Jahre nach seiner Entstehung, zu großen Teilen erhalten.

Am 10. Oktober wurden bekanntgegeben, dass die von Enceladus ausgestoßenen Eispartikel, wie bereits vorher vermutet, von Geysiren an warmen Spalten auf dessen Oberfläche stammen.[105] Diese werden als „Tiger Stripes“ bezeichnet, da sie auf Bildern dem Muster von Tigerfell ähneln. Diese Streifen sind mit einer Temperatur von bis zu 90 Kelvin die heißesten Orte auf Enceladus (  Oberflächentemperatur liegt bei ca. 75–80 K), so dass Eis und Gase genug erwärmt werden, um in die Atmosphäre und später in den Weltraum zu entweichen.

Die Annahme, dass es in der Nähe von Saturns Ringen eine große Zahl von kleinen Monden (  sogenannte „Moonlets“) gibt, wurde mit einer Meldung am 24. Oktober bestätigt.[106] Die ersten wurden im A-Ring anhand ihrer propellerartigen Struktur gefunden. Hierbei handelt es sich um Ringmaterial, das sich durch die Gravitation der Kleinmonde vor und hinter diesen konzentriert hat. Diese „Propellerblätter“ sind ca. 15 km lang. Wie die Monde selbst entstanden sind, ist noch nicht sicher geklärt, man vermutet Kollisionen mit anderen Himmelskörpern und Zerbrechen wegen Saturns starker Gravitation.

Am 12. Dezember wurde bekanntgegeben, dass Saturns Ringe wahrscheinlich wesentlich älter sind als bislang angenommen.[107] Vorangegangene Beobachtungen durch das Hubble-Weltraumteleskop und die Voyager-Sonden ließen auf eine Entstehung vor ca. 100 Millionen Jahre schließen, während Messungen mit den Instrumenten von Cassini darauf hinweisen, dass die Ringe etwa 4,5 Milliarden Jahre alt sind. Man konnte auch eine Form von Recycling in den Ringen beobachten  :  Vorhandene kleine Monde werden immer weiter zerlegt und stellen so Material für die Ringe bereit, wo sich dieses dann wieder zusammenklumpt und neue Monde formt.
Missionsverlauf 2008

Am 6. März wurde bekannt gegeben, dass der Mond Rhea als erster seiner Art über mindestens einen eigenen Ring verfügen soll.[108] Der gefundene Ring bestehe aus einer Vielzahl von Bruchstücken und besitze einen Durchmesser von mehreren tausend Meilen. Ein weiterer Ring aus Staub könne sich bis zu 5900 km vom Zentrum des Mondes entfernt befinden. Der Fund bestätige mathematische Modelle, nach denen ein Ring möglich wäre. Den direktesten Hinweis lieferte das Magnetospheric Imaging Instrument während eines nahen Vorbeiflugs im Jahre 2005. Beim Passieren einer Höhenmarke sank die Menge der auftreffenden Elektronen schnell und deutlich ab, so dass Materie vorhanden sein musste, die das Instrument abschirmte. Als derselbe Effekt auf der anderen Seite von Rhea in der gleichen Entfernung wieder auftrat, fielen die Vermutungen schnell auf das Vorhandensein eines Rings um den Mond, da schon Uranus‘ Ringe auf ähnliche Weise gefunden worden waren. Als Quelle für die Bruchstücke und den Staub wird eine Kollision mit einem großen Kometen oder Asteroiden angenommen, wie es vielen Monden im Saturnsystem widerfahren ist. Seit August 2010 gilt die Ringtheorie als widerlegt, da auf Fotos keine gefunden werden konnten.[109]
Eine Aufnahme des F-Rings  : 
Deutlich ist eine Störung durch ein Moonlet zu sehen.

Am 20. März wurde bekanntgeben, dass sich unter der Kruste von Titan eventuell ein Wasser/Ammoniak-Ozean befinden könnte.[110] Dies wird als Ursache für eine leichte Änderung der Rotation des Mondes gesehen. Diese Änderung konnte durch die Radar-Neuvermessung von etwa 50 einzigartigen Landmarken festgestellt werden, die sich im Vergleich zu vorherigen Messungen um bis zu 30 km von ihrer erwarteten Position weg bewegt hatten. Nach Meinung der zuständigen Wissenschafter kann eine so starke Bewegung dann geschehen, wenn Titans Gesteinskruste von seinem Kern abgekoppelt ist. Ein Ozean in einer Tiefe von ca. 100 km unter der Kruste soll diese Abkopplung verursachen. Darüber hinaus sollte er reich an organischen Verbindungen sein, was ihn besonders für Astrobiologen interessant macht.

Am 6. Juni wurde bekannt gegeben, dass es innerhalb von Saturns F-Ring zu Kollisionen von kleinen Monden (  sogenannten „Moonlets“) mit dem Ringkern kommt, wodurch sich dessen häufige Veränderungen innerhalb kurzer Zeit erklären lassen.[111] Es ist nach aktuellem Stand der Wissenschaft der einzige Ort im Sonnensystem, wo Kollisionen auf täglicher Basis stattfinden. Die Aufnahmen, auf denen diese Erkenntnis basiert, entstanden bereits in den Jahren 2006 und 2007.

Am 30. Juli bestätigte die NASA, dass mindestens einer der auf Titan entdeckten Seen mit flüssigen Kohlenwasserstoffen gefüllt ist.[112] Damit ist der Mond nach der Erde der erste Ort im Sonnensystem, auf dem Flüssigkeiten nachgewiesen wurden. Im Verlauf von über 40 Vorbeiflügen stellte man auch fest, dass es keinen, wie vor der Mission oft angenommenen globalen Ozean gibt, sondern eine Vielzahl von Seen, die über die gesamte Oberfläche verteilt sind. Die Entdeckung verifiziert auch die Annahme von einem geschlossenen Methankreislauf auf Titan, der dem Wasserkreislauf auf der Erde stark ähnelt.
Ein Bild der neuen Aurora (  blau) am Nordpol mit den Infrarot-Emissionen (  rot) aus Saturns Innerem als Hintergrund

Am 13. Oktober wurde bekannt gegeben, dass an Saturns Nordpol ein weiterer großer Sturm gefunden wurde.[113] Die Wolkenformationen sind nur gegen den Hintergrund der inneren Wärme von Saturn zu sehen, weswegen zur Beobachtung nur Instrumente mit Infrarotdetektoren eingesetzt werden können. Der Sturm rotiert mit einer Geschwindigkeit von 530 km/h und ist von einer hexagon-förmigen Struktur umgeben, die sich trotz dieser hohen Geschwindigkeit scheinbar nicht bewegt. Weitere Aufnahmen vom Südpol nähren indes die Vermutung, dass gewaltige Gewitter in den unteren Schichten der Atmosphäre die lokalen Stürme antreiben.

Laut einer Veröffentlichung vom 12. November wurde an Saturns Nordpol eine im Sonnensystem bisher einzigartige Form von Aurora entdeckt.[114] Sie strahlt im Infrarotspektrum und deckt eine sehr große Fläche ab, ohne dabei eine Struktur aus mehreren einzelnen Auroraringen (  Korona) zu zeigen. Des Weiteren dürfte diese Aurora laut den bisherigen Modellen nicht existieren. Sie befindet sich im Bereich vom 82° Nord bis zum Pol und liegt für Infrarotbeobachtungen in einem Blindbereich des Hubble-Teleskops. Im Gegensatz zu Saturns Hauptaurora, die im ultravioletten Spektrum strahlt, ist ihre Größe nicht konstant. Sie verändert sich mit hoher Geschwindigkeit und kann kurzzeitig sogar komplett verschwinden. Diese überraschenden Beobachtungen zeigen, dass Saturns Magnetfeld noch nicht vollständig verstanden wurde und über einige besondere, unentdeckte Eigenschaften verfügt.

Am 15. Dezember wurden weitere Erkenntnisse zu Enceladus’ geologischer Aktivität veröffentlicht. Neueste hochauflösende Aufnahmen zeigen, dass sich die vereiste Oberfläche verändert, besonders am Südpol, wo sich die Eisgeysire befinden, die Saturns E-Ring mit neuem Material versorgen und so aufrechterhalten.[115] Die Eismassen verhalten sich in etwa wie die tektonischen Platten auf der Erde, wobei sie vom Südpol aus in alle Richtungen geschoben werden. Dieses Phänomen, das auch die sogenannten Tiger Stripes erzeugt, ist vergleichbar mit dem Mittelatlantischen Rücken. Die Energiequelle für diese Bewegungen ist noch nicht sicher bestimmt, jedoch deuten die erzeugten Muster auf einen Mechanismus aus Wärme und Konvektion ähnlich dem auf der Erde hin. Das Bildauswertungsteam konnte auch feststellen, dass die Eisgeysire über die Zeit nicht stabil sind. Man nimmt an, dass sie von kondensiertem Wasser verstopft und dann von herabfallendem Eis verdeckt werden. Durch die Schließung baut sich dann ein Druck auf, der sich in der Bildung von neuen Geysiren entlädt.
Missionsverlauf 2009
Veränderung der Seen über den Zeitraum mehrerer Jahre

Am 29. Januar bestätigte die NASA, dass zumindest einige der dunklen Flächen an Titans Südpol tatsächlich kohlenwasserstoffgefüllte Seen sind.[116] Dies wurde aus den Veränderungen über die vergangenen Jahre abgeleitet. Die beobachteten Flächen wechselten mehrfach ihren Albedo-Wert, was man darauf zurückführt, dass es sich um Seen handelt, die durch Regen gefüllt werden und anschließend wieder verdunsten. Man stellte auch fest, dass dieser Verdunstungseffekt die Atmosphäre nicht ausreichend mit Methan versorgen kann, so dass es noch andere Quellen geben muss. Unter Berücksichtigung früherer Beobachtungen geht man nun von unterirdischen Methanreservoirs aus. Inzwischen wurde auch die gesamte Oberfläche des Mondes durch das ISS-Instrument erfasst, wodurch das Auffinden weiterer Seen über Bildvergleiche deutlich erleichtert wird.

Am 24. Juni wurde bekannt gegeben, dass man mittels des in Deutschland entwickelten Cosmic Dust Analyzer das Element Natrium im E-Ring von Saturn gefunden habe.[117] Da das Ringmaterial (  primär Wassereis) von Geysiren auf Enceladus stammt, konnten einige Rückschlüsse auf dessen Innenleben gezogen werden. Aktuell geht man davon aus, dass zumindest Kavernen mit flüssigem Wasser unter dessen Oberfläche existieren müssen. Nur so könnte die verhältnismäßig große Menge an detektiertem Natrium erklärt werden, da diese durch direkte Sublimation nicht möglich wäre. Es muss also durch langsame Auswaschung mit flüssigem Wasser aus dem Felsgestein des Mondes gelöst worden sein. Des Weiteren wurden auch Carbonate (  u. a. Soda) im Ringmaterial nachgewiesen, was die Hypothese von einem globalen Ozean unter Enceladus Oberfläche stützt, da dies von entsprechenden Modellen vorhergesagt wurde. Durch den leicht basischen pH-Wert der Lösung bestehen außerdem günstige Bedingungen für die Entstehung von Vorläuferstoffen im flüssigen Wasser. Von einem anderen Forschungsteam der Mission wird allerdings zu bedenken gegeben, dass bei direkten Messungen des ausgestoßenen Materials von Enceladus bisher noch keine Salze gefunden wurden. Dies deute darauf hin, dass das Natrium nicht über die periodisch ausbrechenden Geysire, sondern durch langsamere, kleinere und stabile Austrittsöffnungen entweiche.

Am 22. Juli wurden Forschungsergebnisse veröffentlicht, welche die Theorie von flüssigem Wasser unter der Oberfläche von Enceladus stützen.[118] Konkret wurde während des Vorbeifluges am 8. Oktober 2008 mittels des INMS-Instruments eindeutig Ammonium in den Eis-/Wasserjets des Mondes nachgewiesen. Ammonium wirkt unter anderem als starkes Gefrierschutzmittel, so dass mit ihm versetztes Wasser bei Temperaturen bis hinunter zu 176 Kelvin flüssig bleibt. Da an den „tiger stripes“ Temperaturen von 180 K und mehr gemessen wurden, ist also flüssiges Wasser unter der Oberfläche erneut wahrscheinlicher geworden.

Aufgrund der fortschreitenden Degradierung der acht primären Lagekontrolltriebwerke wurden diese abgeschaltet und die Sekundärtriebwerke aktiviert.[119] Der Vorgang nahm Mitte März eine gesamte Woche in Anspruch, wodurch wissenschaftliche Beobachtungen nur eingeschränkt möglich waren.
Vertikale Strukturen am Rand des B-Saturnrings (  Höhe bis zu 2,5 km)

Am 21. September wurde bekannt gegeben, dass die Ringe des Saturns entgegen früheren Annahmen nicht flach sind, sondern über ein deutlich dreidimensionales Profil verfügen.[120] Diese Erkenntnisse wurden während eines umfangreichen Beobachtungsprogramms um den 11. August gewonnen, als die Ringe von der Sonne während des Äquinoktiums in einem Winkel von 0° (  also exakt von der Seite) beleuchtet wurden. Somit konnten bereits vorher identifizierte Unregelmäßigkeiten auch hinsichtlich ihrer Höhe vermessen werden. In den Hauptringen, dessen Höhe man vorher auf ca. 10 m abgeschätzt hatte, wurden gebirgsartige Formationen entdeckt, die bis zu 4 km hoch waren. Auch wurden gleichmäßigere und längere Formationen entdeckt, die wie Wände bis zu drei km über die Ringebene aufragen. Durch die praktisch nicht vorhandene Sonneneinstrahlung fiel die Temperatur des A-Rings auf bis zu 43 Kelvin ab, ein neues Rekordtief, so dass weitere Rückschlüsse auf die Materialien und Thermodynamik möglich sind.
Details zu Modulation und Umdrehungsperioden über die Zeit

Laut des JPL war die interessanteste Entdeckung des Jahres 2009 die spezielle Modulation der von Saturn abgestrahlten Radiosignale im Kilometerbereich (  bis 300 kHz).[121] Als man über die vergangenen Jahre die Rotationsdauer des Planeten aus der Radiostrahlung der Magnetosphäre extrapolierte, stellte man fest, dass die Ergebnisse weit abseits derer aus anderen Beobachtungen lagen  :  Alle zehn Minuten hätte sich eine Abweichung von 30 Sekunden ergeben. Außerdem änderte sich diese Abweichung ständig und war zudem vom Breitengrad abhängig. Daraus wird gefolgert, dass das Magnetfeld von Saturn, das die Kilometerstrahlung erzeugt, nicht mit dem Inneren des Planeten „verbunden“ ist und somit von der Rotation entkoppelt ist. Zusätzlich sind die beobachtbaren Modulationsperioden im Norden kürzer als die auf der südlichen Halbkugel. Als Ursache wird unter anderem die durch Sonneneinstrahlung beeinflusste Leitfähigkeit der südlichen Hemisphäre vermutet.

Im Verlauf des Jahres konnten auch zwei unterschiedliche Wolkentypen identifiziert werden, die mit den Gewittern auf Saturn in Verbindung gebracht werden.[122] Zum einen sind dies relativ helle Ammoniak-Wolken, zum anderen ungewöhnlich dunkle Wolken, die Licht im sichtbaren und infraroten Spektrum stark absorbieren. Man hatte die Anwesenheit von Ammoniakeis bereits vermutet, aber erst die hellen Wolken der Gewitter konnten dies bestätigen. Die dunklen Wolken enthalten Analysen zufolge eine größere Menge Kohlenstoff, der durch die Hitze der Blitze mittels Pyrolyse aus Methan gebildet wird.
Missionsverlauf 2010
Die Temperaturverteilung auf Mimas

Eine im März durch das CIRS-Instrument angefertigte, hochaufgelöste Karte der Temperaturverteilung von Mimas hat zu einer überraschenden Entdeckung geführt. Das Muster der Temperaturverteilung auf dem Mond ähnelt stark Pac-Man, einer Figur aus dem gleichnamigen Videospiel von 1980.[123] Eigentlich hatte man erwartet, dass die Temperatur in weichen Übergängen variiert und am frühen Nachmittag ihr Maximum erreichen würde. Stattdessen erreichte die Pac-Man-artige Region ihr Maximum am frühen Morgen (  92 Kelvin, gegenüber 77 Kelvin auf dem großen Rest der Oberfläche). Der Herschel-Krater ist mit 81 Kelvin ebenfalls deutlich wärmer und ist als Punkt in Pac-Mans Mund zu erkennen. Dieser Temperaturunterschied lässt sich durch die bis zu 5 km hohen Kraterränder erklären. Die Wärme wird durch die Wände länger im Krater gehalten. Völlig ungeklärt bleibt aber die Ursache für die „Pac-Man-Temperaturverteilung“. Einige Planetologen vermuten, dass Materialunterschiede auf der Oberfläche verantwortlich sein könnten. In den kalten Regionen würde altes, dichtes Eis die Wärme schnell in das Mondinnere abführen, während eine junge, puderartige Schicht in manchen Regionen durch Isolation die Wärmeleitfähigkeit verringern könnte. Als Ursache für diese Ungleichverteilung sind unter anderem Rückstände von Meteoriten und der gravitative Einfluss von Saturn im Gespräch.

Am 11. März wurden detailliertere Ergebnisse zu Titans Innenleben veröffentlicht.[124] Durch eine Vielzahl von Gravitationsmessungen ist man zu dem Schluss gekommen, dass in Tiefen größer als 500 km ein Gemisch aus Gestein und Eis vorliegt. Dies bedeutet, dass das Mondinnere nie sonderlich warm geworden ist, da dies über die Zeit zur Bildung von klar abgegrenzten Bereichen geführt hätte, ähnlich wie bei der Erdkruste. Titans Oberfläche ist somit nur bis in Tiefen von ca. 500 km homogen, da dieser Bereich fast ausschließlich aus reinem Eis besteht. Diese Entdeckungen bestätigen zwar nicht die Annahme eines Ozeans unter der Mondoberfläche, allerdings bleibt sie weiterhin plausibel.
Datei  :  Saturn Lightning.ogvMediendatei abspielen
Video über Blitze auf Saturn

Am 14. April veröffentlichte die NASA das erste Video von Blitzen auf einem anderen Planeten (  Saturn).[125] Diese Aufnahmen waren bis zu diesem Zeitpunkt nicht möglich, da der Planet selbst auf der Nachtseite zu hell war, da die Ringe große Mengen Licht reflektierten. Durch die aktuelle Stellung des Planeten zur Sonne nimmt diese Reflexion jedoch deutlich ab, so dass Blitze nun auch optisch erfassbar sind. Man stellte bei den Messungen fest, dass die Blitze mindestens so stark sind, wie die größten ihrer Art auf der Erde. Die Stürme, in denen sie entstehen, sind zwar relativ selten (  auf der gesamten Oberfläche meist nur einer zur selben Zeit), können allerdings mehrere Monate lang andauern.

Am 2. November versetzte sich Cassini aus zunächst ungeklärten Gründen automatisch in den so genannten „safe mode“ (  zum sechsten Mal seit dem Start,[126] zum zweiten Mal im Saturn-System[127]), wodurch alle wissenschaftliche Instrumente abgeschaltet wurden und nur die Bahnregelung und das Kommunikationssystem aktiv blieben.[128] Dies implizierte, dass es zu einem schwerwiegenden Fehler in Hard- oder Software der Sonde gekommen war. Nach einigen Wochen wurde der Fehler im „command and data subsystem“ entdeckt. Ein Bit hatte seinen Wert gewechselt (  Single Event Upset), so dass ein wichtiges Kommando nicht in den Register des zugehörigen Prozessors geschrieben werden konnte. Dies erkannte das Sicherheitssystem von Cassini korrekt als kritischen Fehler und versetzte sich sofort in den „safe mode“. Nach einem Neustarten der Systeme konnten am 24. November die wissenschaftlichen Systeme wieder komplett in Betrieb genommen werden. Am 30. November führte die Sonde wie geplant einen Vorbeiflug an Enceladus durch.
Datei  :  TitanCryovolcano.ogvMediendatei abspielen
Video zu möglichen Kryovulkanen

Am 14. Dezember meldete die NASA, dass auf Titan mehrere potenzielle Kryovulkane gefunden wurden.[129] Auf einer neu angefertigten 3D-Karte des Berges „Sotra Facula “ erkannte man deutliche Parallelen zu Vulkanen auf der Erde wie dem Etna in Italien. Viele Formationen konnten bis jetzt als Folgen von Erosion oder Tektonik interpretiert werden, Sotra Faculas zwei über 1 km hohe Gipfel lassen sich jedoch am besten mit Kryovulkanismus erklären. Dies konnte durch direkte Beobachtungen noch nicht bestätigt werden, daher soll der Berg in Zukunft genauer beobachtet werden.

Laut einer Meldung vom 14. Dezember konnten nun die von Saturn emittierten wechselhaften Radiowellen im Kilometerbereich erklärt werden, die im Vorjahr noch für Verwirrung gesorgt hatten.[130] Man fand riesige Wolken aus heißem Plasma, die periodisch entstehen und sich um den Planeten herum bewegen. Diese Bewegung beeinflusst das Magnetfeld des Planeten erheblich, wodurch sich wiederum auch die Radioemissionen verändern. Laut den zuständigen Wissenschaftlern sind die Plasmaausbrüche auf einen Kollaps des so genannten „magneto-tail“ zurückzuführen. Hierbei handelt es sich um den der Sonne abgewandten Teil von Saturns Magnetosphäre, wo sie durch den Sonnenwind gestreckt wird. Es gibt deutliche Hinweise, dass dieser kaltes Plasma vom Mond Enceladus enthält, das durch Zentrifugalkräfte beeinflusst wird. Hierdurch wird das Feld immer mehr gestreckt, bis es schließlich zusammenbricht und es so im inneren Magnetfeld zur Freisetzung von heißem Plasma kommt.
Missionsverlauf 2011
Die Entwicklung des Sturms zwischen Dezember 2010 und August 2011

Über das ganze Jahr hinweg beobachtete Cassini regelmäßig den Sturm auf der Nordhalbkugel, dessen erste Anzeichen Ende 2010 aufgenommen wurden.[131] Inzwischen umspannt der Sturm deutlich sichtbar den kompletten Planeten. Er besitzt eine Nord-Süd-Ausdehnung von 15.000 km und eine Fläche von etwa fünf Milliarden km2. Inzwischen ist die Sturmbeobachtung ein regelmäßiger Bestandteil des Ablaufplans, wobei auch erdgebundene Teleskope wie das VLT des Paranal-Observatoriums zur Untersuchung eingesetzt werden.[132]

Im März konnten auf dem Mond Titan erstmals Methan-Regenfälle im Flachland nachgewiesen werden.[133] Dies war durch die Beobachtung einer großen Wolkenformation möglich, da nach ihrem Vorüberziehen der Boden deutlich dunkler geworden war. Diese Änderung, die sich über 500.000 km2 erstreckt, lässt sich am besten mit Methan-Niederschlag über diesen Flächen erklären. Im Allgemeinen sei das Klima mit den tropischen Regionen der Erde vergleichbar, wo es je nach Jahreszeit deutliche Unterschiede in der Niederschlagsmenge gibt.

Am 22. Juni gab das JPL bekannt, dass man deutliche Hinweise auf einen tiefen Salzsee oder -ozean auf Enceladus gefunden hat.[134] Bei einem niedrigen Durchflug der Geysirfontänen des Mondes maß das CDA-Instrument überraschend hohe Konzentrationen von Natrium und Kalium. Da diese Elemente durch den Prozess der Eisbildung und anschließendes Verdampfen aus dem Wasser entfernt worden wären, muss dieses in flüssiger Form mit Fels und Gestein in Kontakt gekommen sein. Dies impliziert ein größeres Wasserreservoir unter der Oberfläche des Mondes, Schätzungen sprechen von Tiefen bis 80 km. Langfristige Beobachtungen des UVIS-Instruments stützen diese Annahme. Mit der Möglichkeit eines Salzwasserozeans steigen laut dem Projektleiter der ESA zudem die Chancen für Leben auch auf vereisten Welten.

Ende März wurden in der Fachzeitschrift Science zwei Arbeiten zu den Anomalien im C- und D-Ring von Saturn veröffentlicht.[135] Diese führen die wellenartigen Wölbungen in den Ringen auf eine Kollision mit Kometenüberresten in der zweiten Hälfte des Jahres 1983 zurück. Dies stützt sich unter anderem auf Ähnlichkeiten mit den Ringstörungen des Jupiters infolge der Kollision mit Shoemaker-Levy 9 im Sommer 1994.

Im April veröffentlichte das JPL erstes Material zu einer kürzlich entdeckten elektromagnetischen Verbindung zwischen Saturn und seinem Mond Enceladus.[136] Diese wurde nach eingehenden Untersuchungen von Cassinis Daten aus dem Jahre 2008 gefunden und erklärt die ringförmige ultraviolette Aurora an Saturns Nordpol. Sie entsteht durch das Auftreffen von Elektronen, die aus dem Wasserplasma oberhalb von Enceladus stammen und durch das verbundene Magnetfeld von dort zum Nordpol geleitet werden.
Missionsverlauf 2012
Konzeptzeichnung zum möglichen inneren Aufbau von Titan

Am 2. März meldete das JPL, dass Cassini mit Hilfe des INMS zum ersten Mal ionisierten molekularen Sauerstoff in der Umgebung von Dione detektiert hat.[137] Somit besitzt der Mond eine extrem dünne Atmosphäre mit nur einem Sauerstoffmolekül pro 11 cm³ Raumvolumen, was dem irdischen Atmosphärendruck in etwa 480 km Höhe entspricht. Als Quelle wird Wassereis angenommen, aus dem die Moleküle entweder durch kosmische Strahlung oder Sonnenphotonen herausgelöst werden.

Am 31. März wurden zwei wissenschaftliche Arbeiten zu einer neuen Art Plasma in der Nähe von Enceladus veröffentlicht.[138] Durch die Auswertung von Daten aus einem nahen Vorbeiflug im Jahre 2008 konnte sogenanntes „Staub-Plasma“ nachgewiesen werden, das vorher nur theoretisch vorhergesagt worden war. Es entsteht durch Wechselwirkungen zwischen den ausgestoßenen Materialien aus den „Tigerstreifen“ am Südpol des Mondes mit den im Saturn-Magnetfeld eingefangenen Ionen. Die Partikel von Enceladus besitzen eine gerade passende Größe, um Elektronen mit dem bereits vorhandenen Plasma auszutauschen, was die Eigenschaften des Gemisches deutlich verändert und beeinflusst. Dies steht im Gegensatz zu der typischen „Staub-in-Plasma“-Kombination, bei der sich beide Stoffe zwar räumlich nahe sind, aber kaum miteinander interagieren, weil die Größe oder der chemische Aufbau nicht passt. Das Staub-Plasma bei Enceladus ist neben der oberen Erdatmosphäre die einzige Gelegenheit, dies in natürlicher Umgebung zu untersuchen, und ist daher für die Plasmaforschung von besonderem Interesse.

Am 27. Juli veröffentlichte das JPL eine Untersuchung, die sich mit dem inneren Aufbau des Mondes Titan beschäftigt. Eine hochgenaue Messung der Deformation seiner Oberfläche legt hierbei den Schluss nahe, dass sich unter der Oberfläche ein globaler Ozean aus Wasser befindet.[139] Wäre der Mond komplett aus Fels aufgebaut, so würde sich die Oberfläche während eines 16-tägigen Umlaufes um den Saturn durch dessen enorme Gravitationskräfte nur um etwa 1 m heben und senken. Durch die Auswertung von Beschleunigungs- und Positionsdaten von Cassini während naher Vorbeiflüge konnte man allerdings Hebungen von bis zu 10 m feststellen. Dies kann nach Ansicht der beteiligten Wissenschaftler nur durch einen unterirdischen Ozean erklärt werden, der höchstwahrscheinlich aus Wasser besteht. Hierdurch hätte die obere Kruste des Mondes den nötigen Bewegungsspielraum, um sich wie beobachtet zu verformen.
Pac-Man-Muster auf Mimas (  links) und Tethys (  rechts)

Im Juni konnte Cassini die ersten Anzeichen für den Jahreszeitenwechsel auf Titan entdecken.[140] Dies lässt sich anhand von deutlich sichtbaren Wirbeln am Südpol erkennen. Im Gegensatz zur Erde treten diese allerdings nicht nur in Oberflächennähe auf, sondern reichen bis in die Stratosphäre des Mondes. Auf diesem Weg werden auch große Mengen Aerosole in die obere Atmosphäre transportiert, wodurch sich über dieser eine unabhängige Dunstschicht gebildet hat.

Am 28. Oktober veröffentlichte das JPL Daten zu den Nachwirkungen des großen Sturmes aus dem vorherigen Jahr, der inzwischen weitgehend abgeklungen ist.[141] So konnte ein enormer Temperaturanstieg von 83 Kelvin in der Stratosphäre Saturns gemessen werden, was einer Differenz zwischen dem winterlichen Alaska und der Mojave-Wüste im Sommer entspricht. Außerdem wurden große Mengen Ethen entdeckt, wobei dessen Quelle noch unbekannt ist. Diese Ergebnisse sind für die Planetologen überraschend, da die Stratosphäre des Planeten eigentlich als sehr stabil und ruhig gilt. Die Messungen wurden vornehmlich mit dem CIRS-Instrument vorgenommen, das auch Wellenlängenbereiche abdeckt, die irdische Teleskope infolge der Absorption durch die Erdatmosphäre nicht auswerten können (  atmosphärisches Fenster).

Am 26. November gab das JPL bekannt, dass mit Hilfe des CIRS-Instruments eine weitere „Pac-Man“-Wärmesignatur gefunden wurde.[142] Ein solches Muster, das zuerst auf Mimas nachgewiesen wurde, ist auch auf dem Mond Tethys zu finden. Dieser Fund bestärkt die Annahme, dass hochenergetische Elektronen die Eigenschaften der Oberfläche stark verändern. Diese treffen vor allem die der Flugrichtung zugewandten äquatorialen Regionen, wo sie die allgemein lockere Oberfläche in festes Eis umformen. Hierdurch heizen sich diese Areale während des Sonnenscheins weniger stark auf und kühlen nachts langsamer aus als der weniger stark betroffene Teil der Oberfläche. Dies sorgt auf Tethys für Temperaturdifferenzen von bis zu 15 Kelvin zwischen den einzelnen Regionen.
Missionsverlauf 2013
Saturns Ringsystem mit der Erde unten rechts

Am 19. Juli fertigte Cassini ein Bild der Erde mit Saturn und seinen Ringen im Vordergrund. Infolge der großen Entfernung (  1,5 Mrd. km) ist die Erde nur als kleiner bläulicher Punkt wahrzunehmen und erinnert an die Pale Blue Dot-Aufnahme von Voyager 1. Die Aufnahme war nur wegen der Stellung von Saturn zur Sonne möglich, da deren extreme Helligkeit durch den Planeten abgeschirmt wurde.[143]
Größere Fontänen-Aktivität auf Enceladus bei maximaler Entfernung (  links) und kleinste bei minimalen Abstand von Saturn (  rechts)

Ende des Monats wurden weitere Erkenntnisse bezüglich der Fontänen auf Enceladus veröffentlicht. Diese werden durch die Gravitationseffekte von Saturn gesteuert. Befindet sich der Mond in dessen Nähe, sind die Fontänen wenig aktiv, während sie bei großen Abständen deutlich aktiver sind. Man nimmt an, dass dies durch die Schließung bzw. Öffnung der „Tigerstreifen“ aufgrund der Gravitationskräfte von Saturn geschieht. Darüber hinaus liefert das Verhalten des Mondes auch weitere Indizien für einen Ozean aus flüssigem Wasser unter der Oberfläche des Mondes.[144]

Am 30. September wurden Ergebnisse veröffentlicht, welche die Existenz von Propylen in der Atmosphäre von Titan nachweisen. Hierbei handelt es sich um eine organische Verbindung, die auch für die Herstellung von handelsüblichen Plastik verwendet wird. Es handelt sich um den ersten Nachweis des Stoffes außerhalb der Erde und füllt eine Lücke in der vermuteten Kohlenstoffkette des Mondes. Die Entdeckung hatte sich wegen der schwachen und unauffälligen Signatur von Propylen über längere Zeit hingezogen. Schlussendlich lieferten aber detaillierte Analyse der CRIS-Daten den nötigen Nachweis.[145]

Ende 2013 konnten die Landmassen und vor allem die Kohlenwasserstoffseen mit Hilfe des Radars genauer untersucht und kartiert werden. Hierbei konnte auch von einer neuen Analysetechnik Gebrauch gemacht werden, die es ermöglicht, Radarsignale auch vom Grund der Seen zu empfangen. Hierbei wurde mindestens an einer Stelle Tiefen von über 85 m gemessen. Allgemein konnte auch festgestellt werden, dass sich praktisch alle Seen in einem Gebiet von 900 mal 1800 km Größe konzentrieren, wo die geologischen Bedingungen für deren Bildung besonders günstig sind. Innerhalb dieses Areals fallen daher etwa 97 % des gesamten Niederschlags.[146]
Missionsverlauf 2014

Durch die Analyse der über Jahre von Cassini gesammelten Daten über Enceladus wurde am 3. April bekannt gegeben, dass man die Existenz eines bereits vielfach vorhergesagten unterirdischen Ozeans bestätigen könne. Während der insgesamt 19 Vorbeiflüge wurde das Gravitationsfeld des Mondes über den beobachteten Doppler-Effekt im Radiosignal der Sonde exakt vermessen. In Kombination mit den beobachteten Abweichungen der Flugbahnen nach drei besonders nahen Vorbeiflügen konnte so ermittelt werden, dass eine Region des Südpols dichter ist, als von den Aufnahmen der Oberfläche zu vermuten war. Als wahrscheinlichste Ursache wird ein Ozean aus flüssigem Wasser angenommen. Ob dieser auch die intensiv untersuchten Geysire speist, ist zu diesem Zeitpunkt noch unklar, wird aber als wahrscheinlich erachtet.[147]

Am 23. Juni wurden die Ergebnisse einer von der ESA mitfinanzierten Studie veröffentlicht, die zeigen, dass die Grundbausteine von Titan aus der Zeit vor dem Sonnensystem stammen, also noch bevor die Sonne geboren war. Damit konnte die verbreitete Ansicht, dass die Elemente während der Entstehung von Saturn entstanden seien, widerlegt werden. Dies wurde über die Messung des Isotopenverhältnisses von Stickstoff-14 und -15 ermittelt, woraus sich das Alter der Atomkerne ableiten lässt.[148]

Weitere Untersuchungen der Daten zu dem Ozean auf Enceladus wurden am 2. Juli veröffentlicht. So soll dessen Salzgehalt möglicherweise auf dem Niveau des Toten Meeres liegen. Dies wird aufgrund der angenommenen Dichte des Ozeans geschlussfolgert. Diese ist so hoch, dass von einer hohen Konzentration an Salzen aus Schwefel, Kalium und Natrium ausgegangen wird. Darüber hinaus deutet die sehr starre Eisschicht von Enceladus auf ein langsames Einfrieren des Ozeans hin. Hierdurch kann auch davon ausgegangen werden, dass sämtliche Ausgasungen von Methan an den wenigen Durchbrüchen lokal begrenzt stattfinden. Dies kann aber mit den Instrumenten von Cassini kaum genau festgestellt werden, hierfür wäre eine weitere Mission mit spezialisierten Instrumenten notwendig.[149]
Aufnahmen der Wolke aus Cyanwasserstoff im ultravioletten (  links) und sichtbaren Spektrum (  rechts)

Am 1. Oktober wurde die Entdeckung einer großen Wolke am Südpol von Titan bekannt gegeben. Diese besteht aus hochgiftigem Cyanwasserstoff und misst mehrere hundert Kilometer im Durchmesser. Laut der bis dahin verwendeten Modelle sollte dies aber nicht möglich sein, da eine Temperatur von etwa −50 °C für die betroffene Fläche vorhergesagt wurde, was bedeutend zu warm für die Bildung dieser Verbindung wäre. Messungen des CIRS-Instruments bestätigten jedoch deutlich niedrigere Temperaturen von unter −150 °C. Somit kühlt Titans südliche Hemisphäre während des dort eintretenden Herbstes bedeutend stärker ab als bisher angenommen.[150]

Untersuchungen der Umlaufbahn des Mondes Mimas deuten laut einer Veröffentlichung vom 16. Oktober darauf hin, dass auch Mimas einen Ozean unter seiner Oberfläche beherbergen könnte. Ob dieser jedoch noch flüssig oder bereits gefroren ist, lässt sich zu diesem Zeitpunkt noch nicht sagen. Die Dichteanomalie wurde entdeckt, als man aus den Fotos des Mondes mit Saturn seine genaue Umlaufbahn berechnete. Die entdeckten Bahnstörungen waren hierbei doppelt so groß, wie sie für einen „trockenen“ Mond vorhergesagt wurden, und lassen so den Schluss einer deutlich anderen inneren Struktur zu. Sollte es sich um einen flüssigen Wasserozean handeln, so befände sich dieser in etwa 30 km Tiefe.[151]

In einer Veröffentlichung vom 18. Dezember wurden nochmals die Daten des Vorbeifluges am Jupitermond Europa aus dem Jahr 2000 analysiert. Hierbei wurde vor allem auf die Daten des UVIS-Instruments zurückgegriffen, um die Atmosphäre des Mondes genauer zu untersuchen. Hierbei stellte sich heraus, dass diese wesentlich dünner ist als vorher angenommen. Aufgrund der Geysire auf Europa ging man davon aus, dass diese große Mengen Wasser, Sauerstoff und Plasma in die Umgebung des Jupitersystems abgeben würde. Die Messungen zeigten allerdings, dass Europas Atmosphäre an sich bereits 100-mal dünner war als angenommen und 60-mal weniger Sauerstoff in den Weltraum abgibt als erwartet. Die bei vorherigen Untersuchungen festgestellten Gase und Plasmen in der Umgebung von Europas Orbit stammen stattdessen wohl überwiegend vom wesentlich aktiveren Mond Io.[152]
Missionsverlauf 2015
Schematische Darstellung der möglichen Methanquellen auf Enceladus

Am 11. März wurde bekannt gegeben, dass nun erste Beweise für hydrothermale Aktivität auf Enceladus vorlägen. Zum einen wurden mit Hilfe des Cosmic Dust Analyzers seit dem Eintreffen von Cassini im gesamten Saturnsystem mikroskopisch kleine Felspartikel gefunden. Nach vier Jahren intensiver Forschung und Experimenten ist man zu dem Schluss gekommen, dass diese aus dem Ozean des Mondes stammen. Man nimmt an, dass die nur wenige Nanometer großen Partikel entstehen, wenn heißes Wasser aus hydrothermalen Quellen vom Grund aufsteigt und die darin gelösten Mineralien in Kontakt mit kälterem, oberflächennahen Wasser kommen. Dieser Prozess ist von der Erde bekannt und erfordert Austrittstemperaturen von über 90 °C. Die Natur der Methan-Emissionen des Mondes deutet ebenfalls auf hydrothermale Quellen hin. Aufgrund des hohen Drucks am Grund des Ozeans ist die Entstehung von Clathraten möglich. Diese Kristallstrukturen aus Wassereis könnten das bei den Quellen austretende Methan einfangen und sicher zu den Geysiren transportieren, womit sich zumindest ein Teil des darin enthaltenen Methans erklären ließe.[153]

Am 13. April wurde ein Artikel veröffentlicht, der einen möglichen Grund für den großen Sturm auf Saturn aus dem Jahr 2011 liefert. Er ist Teil eines 30-jährigen Zyklus, der durch das Verhalten von wasserreichen Wolken verursacht wird. Wenn diese im Inneren des Planeten abregnen und die obere Atmosphäre durch Wärmeabstrahlung in den Weltraum abkühlt, können sie bis zur Wolkenoberfläche aufsteigen. Hierbei stören sie die gewöhnliche Konvektion und erzeugen so die beobachteten Stürme. Man nimmt inzwischen auch an, dass Saturn über wesentlich mehr Wasser verfügt als Jupiter, da bei Letzterem kein solcher Zyklus beobachteten werden konnte.[154]
Ansicht der großen und vielen kleinen Seen am Nordpol Titans

Eine kooperative Studie von NASA und ESA führte im Juni zu neuen Erkenntnissen bezüglich der vielen kleinen Seen auf Titan. Es ist zwar bekannt, dass diese mit Kohlenwasserstoffen gefüllt sind, wie die Vertiefungen jedoch entstanden sind, war bis heute unklar. Inzwischen wird angenommen, dass hierfür ein Prozess verantwortlich ist, der schon auf der Erde in Karstregionen zur Bildung von Höhlen und Erdfällen führt. Auf Titan geschieht die Erosion jedoch nicht durch Regen aus Wasser, sondern durch Niederschläge aus flüssigen Kohlenwasserstoffen. Aufgrund der chemischen Zusammensetzung und der niedrigen Temperaturen (  etwa −180 °C) dauert der Prozess jedoch etwa 50-mal länger als auf der Erde. Aus diesem Grund ist die Mehrzahl der Vertiefungen und Seen auch in den Polregionen zu finden, da hier mehr Niederschlag vorhanden ist als in der trockenen Äquatorregion.[155]

Während des Vorbeifluges der Sonde New Horizons an Pluto unterstützte Cassini die Mission durch eine parallele Beobachtung des Planeten aus dem Saturn-System heraus. Aufgrund der hohen Entfernung erscheint dieser zwar nur als kleiner Punkt, jedoch können mit Hilfe von Cassini und anderen Sonden (  z. B. Hubble oder Spitzer) so Messungen aus anderen Blickwinkeln und über längere Zeit erfolgen, wodurch die Daten von New Horizons besser in einen Kontext eingebettet werden können.[156]

Im September wurde eine Studie veröffentlicht, die darauf hindeutet, dass einer der Saturn-Ringe aus Wassereis besteht. Während der Tagundnachtgleiche im August 2009 wurden diese exakt von der Seite beleuchtet, weswegen sie vorübergehend auskühlten, bis anschließend wieder Sonnenlicht auf die Ringe fiel. Temperaturmessungen durch Cassini ergaben, dass die äußerste Region des A-Ringes erheblich wärmer war, als von den Modellen vorhergesagt. Nach mehreren neuen Modellrechnungen kam man nun zu dem Schluss, dass dieser Bereich des Rings aus Eisklumpen mit einem Durchmesser von ca. 1 m besteht. Deren Herkunft ist bisher unbekannt, man vermutet jedoch Überreste eines früheren Mondes, der in jüngerer Zeit durch eine massive Kollision zerstört wurde.[157]

Weitere Untersuchungen des Mondes Enceladus erhärteten im selben Monat die Existenz eines globalen unterirdischen Ozeans. Hierbei analysierte man die über Jahre gesammelten hochauflösenden Aufnahmen erneut, um Verschiebungen der Oberfläche präzise vermessen zu können. Hierbei wurde eine schwache Taumelbewegung gefunden, welche auch als Libration bekannt ist. Modellrechnungen ergaben, dass deren beobachtetes Ausmaß zu groß wäre, sofern die Oberfläche fest mit dem Inneren des Planeten verbunden wäre. Unter der Annahme eines globalen und flüssigen Ozeans jedoch sind die Werte erklärbar.[158]
Zukunft
Überblick über die Gesamtmission an Saturn
Vergangene und geplante Orbits der einzelnen Missionsabschnitte

Aktuell (  Stand  :  April 2016) soll die jährlich 60 Millionen US-Dollar kostende Mission[159] bis zum 15. September 2017 fortgeführt werden. Eine Verlängerung um wenige Jahre wäre für die genaue Vermessung des Sonnensystems (  über die Trajektorie des Saturn) wertvoll, insbesondere für die Lokalisierung (  oder den Ausschluss) des hypothetischen Planeten Neun.

Während der seit dem 10. Oktober 2010 laufenden Erweiterungsmission „Solstice“ soll Saturn insgesamt 155-mal umrundet und an Titan und Enceladus 54-mal bzw. 11-mal vorbeigeflogen werden. Zum Ende der Mission wird Cassini voraussichtlich kontrolliert in den Saturn stürzen. Damit soll auch verhindert werden, dass an der Sonde haftende Mikroorganismen von der Erde die Monde kontaminieren.

Während der Solstice Mission sollen folgende Beobachtungen durchgeführt werden  :  [160]

Titan

    Saisonale Veränderungen mit einem Fokus auf die Methanseen auf der Oberfläche. Im Bereich der Atmosphäre sollen deren Dichte in den oberen Schichten, Winde, Wolken, ihre Aerosole und die enthaltenen schweren Moleküle untersucht werden. Darüber hinaus sollen weitere Daten zur Oberflächentemperatur und -beschaffenheit sowie zur inneren Struktur des Mondes gewonnen werden.

Andere Monde

    Die allgemeine geologische Aktivität von Dione und Enceladus soll weiterhin beobachtet werden. Bei Enceladus soll auch die interne Struktur und der unterirdische Ozean untersucht werden. Weitere Forschungsziele sind Rheas Ringe und seine Differenzierung sowie Tethys’ Magnetfeld.

Saturns Ringe

    Die Ringe von Saturn sollen im Hinblick auf ihre zeitliche Veränderlichkeit, ihre Zusammensetzung, ihr Alter und ihre Masse sowie ihre Lücken analysiert werden. Des Weiteren stehen auch kleine Strukturen und die propellerartigen Formationen innerhalb der Ringe im Fokus.

Saturn

    Auch bei Saturn werden hauptsächlich die saisonalen Änderungen beobachtet. Besondere Aufmerksamkeit wird hier der Rotationsrate, Ionosphäre, Stürmen und Spurengasen geschenkt.

Magnetfeld

    Das Magnetfeld im Saturnsystem soll weiterhin über die Zeit untersucht werden, mit besonderem Augenmerk auf innere Strahlungsgürtel, das Magnetotail-Phänomen, Wechselwirkungen mit dem Sonnenwind, Saturns Ionosphäre und dessen Ringe.

Literatur

    C. T. Russell  :  The Cassini-Huygens Mission  :  Overview, Objectives and Huygens Instrumentarium. Springer-Verlag GmbH, 2003, ISBN 1-4020-1098-2.
    David M. Harland  :  Mission to Saturn  :  Cassini and the Huygens Probe. Springer, Berlin 2003, ISBN 1-85233-656-0.
    Michele Dougherty, Larry Esposito, Tom Krimigis  :  Saturn from Cassini-Huygens. Springer Netherlands, 2009, ISBN 1-4020-9216-4.
    Robert Brown, Jean Pierre Lebreton, Hunter Waite  :  Titan from Cassini-Huygens. Springer Netherlands, 2009, ISBN 1-4020-9214-8.

Einzelnachweise
JPL - The Grand Finale Toolkit, Zugriff am 19. April 2017
JPL  :  Cassini Equinox Mission
JPL  :  Saturn Tour Dates  :  2010
Emily Lakdawalla  :  Cassini’s awesomeness fully funded through mission’s dramatic end in 2017. The Planetary Society, 4. September 2014, abgerufen am 2. August 2015 (  englisch).
Tilmann Althaus  :  Cassini-Huygens – Die Erforschung des Saturnsystems. In  :  Sterne und Weltraum. Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft, Oktober 1997, ISSN 0039-1263, S. 838–847 (  PDF-Datei).
Cassini-Huygens Saturn Arrival. Press Kit June 2004. NASA, Juni 2004, S. 11–12, abgerufen am 9. März 2011 (  PDF; 409 kB, englisch).
Dennis L. Matson, Linda J. Spilker, Jean-Pierre Lebretin  :  The Cassini/Huygens mission to the saturnian system. Jet Propulsion Laboratory, Research and Scientific Support Department (  ESA/ESTEC), 24. Juli 2002, S. 6, 16–20, abgerufen am 8. März 2011 (  PDF; 1,1 MB, englisch).
Charley Kohlhase  :  Return to Saturn. In  :  The Planetary Report. April 2004, S. 1–2, abgerufen am 9. März 2011 (  PDF; 499 kB, englisch).
Huygens Mission And Project Overview. Dezember 2000, abgerufen am 27. März 2011 (  ppt; 1,3 MB).
STOP CASSINI  :  The Plutonium Probe. Abgerufen am 16. März 2011.
The Top Ten Reasons Why The Cassini Mission With Its 72.3 Pounds Of Deadly Plutonium Must Be Postponed. Abgerufen am 26. März 2011 (  englisch).
Cassini Program Environmental Impact Statement Supporting Study. Volume 2  :  Alternate Mission and Power Study. JPL, Juli 1994, S. 57–63, abgerufen am 26. März 2011 (  PDF; 1,4 MB, englisch).
Final Environmental Impact Assessment for the Cassini Mission, Kapitel 4. NASA, 1995, S. 36, 48, abgerufen am 26. März 2011 (  PDF; 462 kB, englisch).
Victoria Pidgeon Friedense  :  Protest Space  :  A Study Of Technology Choice, Perception Of Risk, And Space Exploration. 11. Oktober 1999, S. 30, abgerufen am 26. März 2011 (  PDF; 38 kB, englisch).
zeit.de 39/1997  :  Streit um den Plutoniumantrieb der Saturnsonde Cassini
NASA – Quick Facts, Zugriff am 6. Dezember 2009
– Mission am Ringplaneten verlängert – Raumsonde Cassini umkreist Saturn bis mindestens Mitte 2010, Zugriff am 14. Januar 2010
NASA Images – Cassini Saturn Probe Undergoes Preflight Testing, 31. Oktober 1996. Zugriff am 29. August 2009.
Bernd Leitenberger – Die Radioisotopenelemente an Bord von Raumsonden. Zugriff am 29. August 2009
Wayne A. Wong  :  Advanced Radioisotope Power Conversion Technology Research and Development. NASA, Dezember 2004, S. 6, abgerufen am 4. Dezember 2012 (  PDF; 600 kB, englisch).
Todd J. Barber – Insider’s Cassini  :  Power, Propulsion, and Andrew Ging, 23. August 2010. Zugriff am 18. Dezember 2010
Bernd Leitenberger  :  Die Radioisotopenelemente an Bord von Raumsonden, Abgerufen  :  8. April 2011
Cassini-Huygens – News – Features – The Story of Saturn. Jet Propulsion Laboratory – California Institute of Technology, 13. Januar 2004, archiviert vom Original am 28. Mai 2010, abgerufen am 3. Januar 2013.
JPL – Cassini Orbiter Engineering Subsystems. Zugriff am 31. August 2009
Bernd Leitenberger – Cassini und ihre Mission  :  Die Raumsonde und Mission bis zum Saturn. Zugriff am 31. August 2009.
Bernd Leitenberger – Computer in der Raumfahrt Teil 2. Zugriff am 31. August 2009
K. F. Strauss, G. J. Stockton  :  Cassini Solid State Recorder. NASA, abgerufen am 4. Dezember 2012 (  PDF; 1,4 MB, englisch).
JPL – Communications, Zugriff am 31. August 2009
William A. Imbriale, Joseph H. Yuen  :  Spaceborne Antennas for Planetary Exploration. Wiley-Interscience, 2006, ISBN 0-470-05150-7, S. 272–317.
University of Michigan – MAPSview – Cassini/Huygens Mission Overview, Zugriff am 1. September 2009
ESA – Engineering – Communication, Zugriff am 1. September 2009.
JPL – Huygens Mission to Titan, Zugriff am 1. September 2009.
FU Berlin – Huygens-Sonde (  Memento vom 12. August 2012 im Internet Archive), Zugriff am 2. September 2009
ESA – Huygens, Zugriff 7. Dezember 2013
ESA – Engineering – Mechanical & Thermal Subsystems, Zugriff am 2. September 2009
Bernd Leitenberger – Huygens, Zugriff am 2. September 2009
ESA – Engineering – Electrical Power Subsystem Zugriff am 2. September 2009
ESA – Engineering – Command & Data Management Subsystem
ESA – Engineering – Heat Shield, Zugriff am 2. September 2009
University of Colorado – The Cassini Ultraviolet Imaging Spectrograph Investigation (  PDF; 854 kB), Zugriff am 27. September 2009
NASA – UVIS, Zugriff am 27. September 2009
Bernd Leitenberger – Cassinis optische Instrumente, Zugriff am 26. September 2009
NASA – ISS Engineering Technical Write-up, Zugriff am 19. September 2009
NASA – VIMS Engineering Technical Write-up, Zugriff am 27. September 2009
The Visual And Infrared Mapping Spectrometer For Cassini (  PDF; 161 kB), Zugriff am 27. September 2009
CIRS Engineering Technical Write-up, Zugriff am 26. September 2009
NASA – RADAR Engineering Technical Write-up, Zugriff am 30. September 2009
Space Review März 2008 – Radar  :  The Cassini Titan Radar Mapper
Bernd Leitenberger – Cassinis Teilchen und Wellenexperimente, Zugriff am 28. September 2009
JPL – RSS Engineering Technical Write-up, Zugriff am 27. Dezember 2009
Space Review – The Cassini Radio And Plasma Wave Investigation, September 2002
Imperial College London – The Data Processing Unit (  DPU), Zugriff am 2. Oktober 2009
NASA – MAG Engineering Technical Write-up, Zugriff am 2. Oktober 2009
Imperial College London – The Vector/Scalar Helium Magnetometer (  V/SHM), Zugriff am 2. Oktober 2009
Imperial College London – The Fluxgate Magnetometer (  FGM), Zugriff am 2. Oktober 2009
Instruments – CAPS  :  Cassini Plasma Spectrometer, Zugriff am 11. Februar 2010
JPL -MIMI Instrumentation, Zugriff am 23. Dezember
JPL – Low Energy Magnetospheric Measurement System, Zugriff am 23. Dezember 2009
JPL – Charge Energy Mass Spectrometer, Zugriff am 23. Dezember 2009
JPL – Ion and Neutral Camera, Zugriff am 2. September 2011
JPL – INMS Engineering Technical Write-up, Zugriff am 23. September 2010
ESA – DISR  :  Descent Imager/Spectral Radiometer, Zugriff am 20. Dezember 2009
ESA – ACP  :  Aerosol Collector and Pyrolyser, Zugriff am 16. Dezember 2009
ESA – Instruments in Brief, Zugriff am 8. Dezember 2009
ESA – GCMS  :  Gas Chromatograph and Mass Spectrometer, Zugriff am 8. Dezember 2009
ESA – DWE  :  Doppler Wind Experiment, Zugriff am 21.Dezember 2009
ESA – HASI  :  Huygens Atmosphere Structure Instrument, Zugriff am 21. Dezember 2009
M. Fulchignoni et al.  :  The Huygens Atmospheric Structure Instrument (  HASI). Abgerufen am 21. August 2013 (  PDF).
ESA – SSP  :  Surface Science Package, Zugriff am 21. Dezember
Bernd Leitenberger – Cassini und ihre Mission  :  Die Raumsonde und Mission bis zum Saturn, Zugriff am 7. Februar 2010
Huygens Communications Link Enquiry Board Report. 20. Dezember 2000 (  Memento vom 26. November 2011 im Internet Archive) (  PDF; 85 kB)
JPL – Saturn-Bound Spacecraft Tests Einstein’s Theory (  Memento vom 20. September 2008 im Internet Archive), 2. Oktober 2003.
Empirical Foundations of Relativistic Gravity. arxiv  :  gr-qc/0504116.
JPL – Cassini Spacecraft Arrives at Saturn, 30. Juni 2004. Zugriff am 27. Februar 2010
JPL – Cassini’s Flyby of Phoebe Shows a Moon with a Battered Past, 12. Juni 2010. Zugriff am 27. Februar
Bernd Leitenberger – Die Cassini Mission 2004, Zugriff am 27. Februar 2010
JPL – Cassini Exposes Puzzles About Ingredients in Saturn’s Rings, 2. Juli 2004. Zugriff am 27. Februar 2010
JPL – Out from the Shadows  :  Two New Saturnian Moons, 16. August 2004. Zugriff am 28. Februar 2010
JPL – Cassini Peeks Below Cloud Shroud Around Titan. 27. Oktober 2004. Zugriff am 28. Februar 2010
JPL – Cassini’s Radar Shows Titan’s Young Active Surface. 29. Oktober 2009. Zugriff am 28. Februar 2010
ESA – Huygens sets off with correct spin and speed, 11. Januar 2005. Zugriff am 28. Februar 2010
Bernd Leitenberger – Die Huygens Mission, Zugriff am 28. Februar 2010
ESA – Huygens descent timeline, Zugriff am 1. März 2010
Europe Arrives at the New Frontier – The Huygens Landing on Titan (  PDF; 405 kB), Februar 2005. Zugriff am 23. September 2010
JPL – Saturn’s Moons Titan and Enceladus Seen by Cassini, 18. Februar 2005. Zugriff am 23. September 2010
JPL – Cassini Finds an Atmosphere on Saturn’s Moon Enceladus, 16. März 2005. Zugriff am 12. März 2010
JPL – Cassini Finds New Saturn Moon that Makes Waves, 10. Mai 2005. Zugriff am 12. März 2010
JPL – Spongy-Looking Hyperion Tumbles into View, 11. Juli 2005. Zugriff am 20. September 2010
JPL – Cassini Finds an Active, Watery World at Saturn’s Enceladus, 29. Juli 2005. Zugriff am 20. September 2010
JPL – Cassini’s Doubleheader Flybys Score Home Run, 29. September 2005. Zugriff am 20. Oktober 2010
University of Arizona – Scientists Solve the Mystery of Methane in Titan’s Atmosphere, 1. März 2006. Zugriff am 21. September 2010
JPL – New Cassini Image At Saturn Shows 'A' Ring Contains More Debris Than Once Believed, 6. April 2006. Zugriff am 21. September 2010
JPL – Cassini Finds 'Missing Link' Moonlet Evidence in Saturn’s Rings, 29. März 2006. Zugriff am 21. September 2010
University of Arizona – Titan’s Seas Are Sand, 4. Mai 2006. Zugriff am 21. September
JPL – Cassini Finds Lakes on Titan’s Arctic Region, 27. Juli 2006. Zugriff am 21.September 2010
JPL – Scientists Discover New Ring and Other Features at Saturn, 19. September 2006. Zugriff am 21. September
JPL – Saturn’s Rings Show Evidence of a Modern-day Collision, 11. Oktober 2006. Zugriff am 22. September 2010
JPL – NASA Sees into the Eye of a Monster Storm on Saturn, 9. November 2006. Zugriff am 22. September 2010
JPL – Massive Mountain Range Imaged on Saturn’s Moon Titan, 12. Dezember 2006. Zugriff am 22. September 2010
JPL – A Hot Start Might Explain Geysers on Enceladus, 12. März 2007. Zugriff am 2. Oktober 2010
JPL – Cassini Finds that Storms Power Saturn’s Jet Streams, 8. Mai 2007. Zugriff am 2. Oktober 2010
ESA/JPL/SWRI/STFC – Cassini Finds Saturn Moons Are Active14. Juni, 2007. Zugriff am 5. Oktober 2010
JPL – Saturn’s Moon Iapetus is the Yin-and-Yang of the Solar System, 12. September 2007. Zugriff am 5. Oktober 2010
JPL – Saturn’s Old Moon Iapetus Retains its Youthful Figure, 17. Juli 2007. Zugriff am 5. Oktober 2010
Space Science Institute – Cassini Pinpoints Hot Sources of Jets on Enceladus, 10. Oktober 2007. Zugriff am 6. Oktober 2010
University of Colorado at Boulder – First Known Belt of Moonlets in Saturn’s Rings, 24. Oktober 2007. Zugriff am 6. Oktober 2010
JPL/University of Colorado at Boulder – Saturn’s Rings May Be Old Timers,12. Dezember 2007. Zugriff am 6. Oktober 2010
JPL – Saturn’s Moon Rhea Also May Have Rings, 6. März 2008. Zugriff am 12. November 2010
Astronomie-Heute Artikel von Tilmann Althaus  :  Keine Ringe um Saturnmond Rhea Datum  :  2. August 2010, dieser gibt als Quelle an  :  „Cornell University  :  von Lauren Gold  :  No rings around Saturn’s Rhea, astronomers find. Datum  :  29. Juli 2010“. Beides Abgerufen  :  28. November 2010
JPL – Strong inference of a liquid water layer in Titan’s interior, 20. März 2008. Zugriff am 12. November 2010
The Science and Technology Facilities Council – Cassini Sees Collisions of Moonlets on Saturn’s Ring, 6. Juni 2008. Zugriff am 12. November 2010
JPL – Cassini Spacecraft Finds Ocean May Exist Beneath Titan’s Crust, 30. Juli 2008. Zugriff am 12. November 2010
JPL – Giant Cyclones at Saturn’s Poles Create a Swirl of Mystery, 13. Oktober 2008. Zugriff am 12. November 2010
JPL – Cassini Finds Mysterious New Aurora on Saturn, 12. November 2008. Zugriff am 12. November 2010
JPL – Saturn’s Dynamic Moon Enceladus Shows More Signs of Activity, 15. Dezember 2008. Zugriff am 12. November 2010
JPL – Cassini Finds Hydrocarbon Rains May Fill Titan Lakes, 29. Januar 2009. Zugriff am 11. Dezember 2010
JPL – Salt Finding From NASA's Cassini Hints at Ocean Within Saturn Moon, 24. Juni 2009. Zugriff am 11. Dezember 2010
JPL – Saturnian Moon Shows Evidence of Ammonia, 22. Juli 2009. Zugriff am 11. Dezember 2010
Raumfahrer.net – CASSINI – Umschalten auf redundanten Antrieb, 3. Februar 2010, Zugriff am 13. Dezember 2010
JPL – Cassini Reveals New Ring Quirks, Shadows During Saturn Equinox, 21. September 2009. Zugriff am 11. Dezember 2010
JPL – Modulation Periods of Saturn Kilometeric Radiation in the Northern and Southern Hemispheres of Saturn, Ende 2009. Zugriff am 11. Dezember 2010
JPL – Thunderstorms on Saturn and Carbon Soot, 2009. Zugriff am 11. Dezember 2010
JPL – 1980s Video Icon Glows on Saturn Moon, 29. März 2010. Zugriff am 19. Dezember 2010
JPL – Cassini Data Show Ice and Rock Mixture Inside Titan, 11. März 2010. Zugriff am 18. Dezember 2010
JPL – Flash  :  NASA's Cassini Sees Lightning on Saturn, 14. April 2010. Zugriff am 18. Dezember 2010
JPL – Status Report  :  Engineers Assessing Cassini Spacecraft, 4. November 2010. Zugriff am 11. Dezember 2010
JPL – Status Update  :  Cassini to Resume Nominal Operations, 8. November 2010. Zugriff am 11. Dezember 2010
JPL – Status Report  :  Cassini Back to Normal, Ready for Enceladus, 24. November 2010. Zugriff am 11. Dezember 2010
JPL – Cassini Spots Potential Ice Volcano on Saturn Moon, 14. Dezember 2010. Zugriff am 18. Dezember 2010
JPL – Hot Plasma Explosions Inflate Saturn’s Magnetic Field, 14. Dezember 2010. Zugriff am 18. Dezember 2010
JPL – Cassini Chronicles the Life and Times of Saturn’s Giant Storm, 17. November 2011. Zugriff am 7. Mai 2012
JPL – Cassini and Telescope See Violent Saturn Storm, 19. Mai 2011. Zugriff am 7. Mai 2012
JPL – Cassini Sees Seasonal Rains Transform Titan’s Surface, 17. März 2011. Zugriff am 7. Mai 2012
JPL – Cassini Captures Ocean-like Spray at Saturn Moon, 22. Juni 2011. Zugriff am 7. Mai 2012
JPL – Forensic Sleuthing Ties Ring Ripples to Impacts, 31. März 2011. Zugriff am 15. Mai 2012
JPL – Cassini Sees Saturn Electric Link with Enceladus, 20. April 2011. Zugriff am 15. Mai 2012
JPL – Cassini Detects Hint of Fresh Air at Dione, 2. März 2012. Zugriff am 18. August 2013
JPL – Enceladus Plume is a new Kind of Plasma Laboratory, 31. März 2012. Zugriff am 18. August 2013
JPL – Cassini Finds Likely Subsurface Ocean on Saturn Moon, 28. Juni 2012. Zugriff am 18. August 2013
JPL – The Titanian Seasons Turn, Turn, Turn, 10. Juli 2012. Zugriff am 18. August 2013
JPL – NASA's Cassini Sees Burp at Saturn After Large Storm, 25. Oktober 2012. Zugriff am 18. August 2013
JPL – Cassini Finds a Video Gamers’ Paradise at Saturn, 26. November 2012. Zugriff am 18. August 2013
JPL – NASA Releases Images of Earth Taken by Distant Spacecraft, 22. Juli 2013. Zugriff am 29. September 2014
JPL – NASA's Cassini Spacecraft Reveals Forces Controlling Saturn Moon Jets, 31. Juli 2013. Zugriff am 29. September 2014
JPL – NASA's Cassini Spacecraft Finds Ingredient of Household Plastic in Space, 30. September 2013. Zugriff am 29. September 2014
JPL – Cassini Gets New Views of Titan’s Land of Lakes, 23. Oktober 2013. Zugriff am 29. September 2014
JPL – NASA Space Assets Detect Ocean inside Saturn Moon, 3. April 2014. Zugriff am 15. April 2016
JPL – Titan’s Building Blocks Might Pre-date Saturn, 23. Juni 2014 . Zugriff am 15. April 2016
JPL – Ocean on Saturn Moon Could be as Salty as the Dead Sea, 2. Juli 2014. Zugriff am 15. April 2016
JPL – Swirling Cloud at Titan’s Pole is Cold and Toxic, 1. Oktober 2014. Zugriff am 15. April 2016
JPL -Saturn Moon May Hide a 'Fossil' Core or an Ocean, 16. Oktober 2014. Zugriff am 15. April 2016
JPL – Signs of Europa Plumes Remain Elusive in Search of Cassini Data, 18. Dezember 2014. Zugriff am 15. April 2016
JPL – Spacecraft Data Suggest Saturn Moon’s Ocean May Harbor Hydrothermal Activity, 11. März 2015. Zugriff am 5. Juni 2016
JPL – NASA-funded Study Explains Saturn’s Epic Tantrums, 13. April 2015. Zugriff am 5. Juni 2016
JPL – The Mysterious ‘Lakes’ on Saturn’s Moon Titan, 19. Juni 2015. Zugriff am 5. Juni 2016
JPL – NASA Missions Have Their Eyes Peeled on Pluto, 9. Juli 2015. Zugriff am 20. Mai 2016
JPL – At Saturn, One of These Rings is not like the Others, 2. September 2015. Zugriff am 20. Mai 2016
JPL – Cassini Finds Global Ocean in Saturn’s Moon Enceladus, 15. September 2015. Zugriff am 20. Mai 2016
astronews – NASA verlängert Saturnmission bis 2017, 4. Februar 2010. Zugriff am 13. Dezember 2010
JPL – Cassini-Huygens Solstice Mission (  PDF; 149 kB), Zugriff am 13. Februar 2011


Kaynaklar  : 

Halk Ansiklopedisi Wikipedia
Hürriyet Gazetesi
CNNTurk
Cassini-Huygens Uzay Aracı ile ilgili Fotograflar Wikipediadan alintidir

------------------------------


Etiketler  : 

Cassini-Huygens, Uzay Aracı ,nedir?, Görevi ve Amacı ,Nedir?,Cassini-Huygens Uzay Aracı,Cassini,Huygens ,Uzay, Aracı,sonda,Satürn gezegenine, gönderilen, bir, insansız, uzay sondasıdır,

Ud yada Ut Kemanesi Hakkında Bilgi

Ut ya da Ud, telli bir müzik aleti. Kelimenin aslı Arapça'da sarısabır veya ödağacı anlamındaki el-oud dan gelir.[kaynak belirtilmeli] Baştaki el- sözcüğünün, bazı dillerde olup bazılarında olmayan harf-i tarif (  belirgin tanım edatı) olduğunu bilen Türkler bu edatı atmış, geriye kalan oud (  'ayn, waw, dal) kelimesini de - gırtlak yapıları ayna uygun olmadığı için - "ut" şekline sokmuşlardır.[kaynak belirtilmeli] Dillerinde tanım edatı olan batılılar, 11-13. yüzyıllar arasındaki Haçlı Seferleri sırasında tanıyıp Avrupa'ya götürdükleri bu saza, fr  :  luth, en  :  lute, de  :  Laute, it  :  liuto, Alaut (  İsp.)Laúd , Luit (  Dat.) gibi hep L ile başlayan isimler vermişlerdir. Hatta saz yapıcılığı anlamında kullanılan lütiye kelimesi de yine lütfen yapılmadır (  aslı Fransızca luthier).

Ud çalan kişiye "udî" denir.

Tarihi

Kimi kaynaklarda udu Farabi’nin icat ettiği söylenir,[kaynak belirtilmeli] ancak Farabi’den çok önce minyatür ve kabartmalarda ud ve benzeri çalgılar bulunur. Farabi’nin mucit olarak algılanmasının esas sebebi uda hakim bir müzisyen olması ve uda getirdiği akort sistemidir. Döneminde ud hakkında en kapsamlı bilgiyi verenlerden biri olan Farabi, o döneme kadar 4 telli bir saz olan uda 5. teli eklemiştir.[1] Ud hakkýnda Farabi’den İbni Sina (  980/1037) Kitabu'ş Şifa adlı eserinde en meşhur aletlerden biri olduğunu söyler. Akordu ve ses aralıkları gibi teknik bilgileri, şekillerle anlatır. 10. yüzyılda İhvan-ı Safa risalelerinde musiki aletlerinden bahsedilirken bunların en güzel olanının ud olduğu belirtilir.

Yapısı

Tekne (  gövde), göğüs (  kapak), sap, burguluk ve teller olmak üzere beş esas elemandan meydana gelen udun yapımına, eleman sıralamasında da görüldüğü gibi, tekneden başlanır. Udun teknesi; gemi karinasını andıran, eni ve boyuna yapıştırılmış 4–5 cm kalınlığındaki parçalardan oluşan bir kalıp üzerine, 70 cm boy, 2 ila 4 cm en ve 3 mm kalınlıktaki dilim yaprak veya çemberlerin, çoğunlukla aralarına - hem estetik, hem sağlamlık amaçlı - kontrast renkli tek veya çift filetolar konularak işlenmesiyle meydana getirilir. Günümüzde bazı yapımcıların, parçaları tekne kavsine uygun boşluksuz olarak yapıştırılmış veya yine aynı formda yekpare alüminyum olarak kullandıkları kalıplar üzerine, ortada geniş, uçlarda sivri ve işlem orta eksenden başladığı için hep tek sayıda çevirdikleri dilimler, genellikle maun, ceviz, paduk, vengi, kelebek, nadiren de erik veya zeytin ağacındandır. Önceden ısıtılarak kalıbın eğimli profili kabaca verilen dilimler ütü ve ince kâğıt yardımıyla kalıba çekildikten sonra, belirli yerlerdeki küçük monte çivileri çıkarılarak kalıptan alınır ve bu defa dilimlerin içbükey yüzeyi, çenber ve filetoların uzun birleşme hattı boyunca kalın kâğıt veya ekstrafor yapıştırılarak kuvvetlendirilir. + Tekne (  gövde), göğüs (  kapak), sap, burguluk ve teller olmak üzere beş esas elemandan meydana gelir.

Ut yapımı hakkında özet bilgiler

Yaylı sazlarda olduğu gibi uzun da bir şekli var. Yapımdan önce malzemeyi seçmek gerekir. Ud teknesi; ceviz, maun, erik, kayısı, akça ağaç, kiraz, ithal ağaçlardan magase, vengi, pelesenk gibi birçok ağaçtan yapılmaktadır. En önemlisi kemanda da olduğu gibi üst tabladır. Seste başarı elde edebilmek için tablanın yani göğsün kaliteli ve çok kuru ladin ağacından yapılması gerekir. Ancak güzel ve yumuşak bir ses elde etmek için tabla kalın olmamalıdır. Çünkü ses dalgaları utun teknesine aksederek tablaya yansı(Zeker) titreşim sağlar. Utta ses tablasının yüzde yetmiş beş önemi vardır, buna uyulduğu takdirde güzel ses almak mümkün olacaktır.

Udun akort usulleri

Ut tellerinin dört türlü akort şekli vardır ki şunlardır  :  1) Geleneksel beş telli utta (  inceden kalına); sol-re-la-mi-re; 2) Çağdaş altı telli utta (  aynı sırayla)  :  sol-re-la-mi-re-la (  Targan bu kalın La’yı çalacağı parçaya göre bazen kalın Sol olarak da kullanmıştır); 3) Bacanos’un yaptığı değişiklik; sol-re-la-mi-si-fa diye; 4) Cinuçen Tanrıkorur'un akort sisteminde sol-re-la-mi-si-en kalın mi.

Mızrap

Udun, eskiden uzun süre zeytinyağına yatırılan genç ve erkek kartalın kanadından yapılan mızrabı (  teleği), bugün yerini hem esnek, hem sağlam kaliteli plastik malzemeden, 11–13 cm boy, 6 mm en ve 0.6-0.8 mm et kalınlığında ve hafifçe incelen uçları parabolik olarak yuvarlatılıp keçe ile parlatılmış mızraplara bırakmıştır. (  İnce plastikten çanta sapı veya yoğurt kabı kapağından yapılmış mızraplar, kaliteli saz ve icrâcılar için söz konusu değildir.) Bunun ile beraber günümüzde imal edilen İ-20 adlı plastik malzemeden yapılma orta esneklikteki mızrablar da tercih edilmektedir.

Bunun yanında, mızrabın sertlik derecesi ve esnekliği (  flexibilitesi) icrâcının alışkanlığına göre değişebilir. Bu konuda bir standart ya da şart koşulması uygun olmaz. Zîra kimi büyük icrâcılar sert mızrab tercih ederlerken kimi icrâcılar ise daha yumuşak ve esnek mızrab tercih etmişlerdir. Meselâ, Targan'ın orta sertlikte ve ucu inceltilmiş esnek mızrab kullandığı, Yorga Bacanos'un ise oldukça sert mızrab kullandığı söylenir.

Utla İlgili Kaynaklar

Ut Muallimi,Hafız Mehmed 1902
Hocasız Ut Öğrenmek Usûlü, Ali Salahi Bey 1910
Ut Metodu,İskender Kutmani. Tarih yok.
Ut Öğrenme Metodu,Kadri Şençalar 1984
Ut Metodu,Onur Akdoğu,1984
Ut Metodu,Şerif Muhittin Targan (  Hazırlayan  :  Zeki yılmaz,1995)
Uygulamalı Ut metodu, Bahattin Turan 1993
Ut Metodu, Temel Hakkı Karahasan 1993
Ut Metodu, Gelenekle Geleceğe,Mutlu Torun1993
Ut Metodu, Gülçin Yahya 2005
Ut Metodu,Görerek Dinleyerek 1-2-3 (  DVD), Mutlu Torun 2005,2006
Ut Alıştırmaları, Gülçin Yahya 2001
Ünlü Virtüöz Yorgo Bacanos’un Ut Taksimleri, Gülçin Yahya 2002
Temel Ut Eğitimi, Ersin Ersavaş, İbrahim Kararoğlu İstanbul Büyükşehir Belediyesi Yayınları. Tarih yok.

-------------
Kaynak  : 
Halk Ansiklopedisi Wikipedia

Saz yada Bağlama Çalgısı Hakkında Bilgi

Bağlama - Saz nedir?

Mızrapla çalınan, uzun saplı halk çalgısıdır. Tambura biçimindeki halk sazlarının en büyüğüne «meydan sazı» denir.

Bunun üçer üçer çekilmiş on iki teli vardır. Buna «divan sazı» ve «aşık sazı» adı da verilir. «İnce saz» Türk müziğinde ud, keman, kanun, tambur, tef gibi çalgılardan meydana gelen takımdır. Saz genellikle kestane ve dut ağacından oyularak yapılır. Bu oyuk kısmın üzeri genellikle çam ağacından bir kapakla kapatılır.

Sap kısmı ekleme olup genellikle gürgen ağacından yapılır. Sazı meydana getiren klavye, göğüs, tekne ve burguların her biri için sazı yapan ustanın insiyatifinde farklı ağaçlar kullanılabilir. Sazlar yapıldıkları ağaca göre de adlandırılabilir. Örneğin dut bağlama, kestane bağlama, karaağaç bağlama vs. gibi...  Tezene denilen kiraz kabuğundan yapılma bir mızrapla tellere vurulmak sureti ile çalınır.

Bu çalgının kısa saplı ve uzun saplı olmak üzere iki çeşidi vardır, uzun saplı olan saz olarak adlandırılır ve kısa saplı olana da bağlama denir. Saz genellikle*kestane ve dut ağacından oyularak yapılır. Bu oyuk kısmın üzeri genellikle çam ağacından bir kapakla kapatılır. Sap bölümü ekleme olup, genellikle gürgen ağacından yapılır. Sap ve sazın yanları ceviz, sedef ya da bunların benzerleriyle süslenir, altı, sekiz ya da on iki telli olabilir.

Bağlama

Bağlama, ya da saz Türk Halk Müziğinde yaygın olarak kullanılan telli tezeneli bir çalgı türüdür. Yörelere ve boyutlarına göre kopuz, cura, saz, çöğür, dombra, ikitelli, tambura, tar gibi değişik isimlerle tanınır.

Kullanılan tekniğe göre mızrap veya parmaklar ile çalınır. Parmaklarla çalma tekniğine şelpe ve dövme denir. Genellikle altta iki çelik ile bir sırma bam, ortada iki çelik ve üstte bir çelik ile bir sırma bam teli olmak üzere toplam 7 tellidir. Tezene ile çalınır. Her ne kadar THM de bağlamalar geleneksel adlarıyla anılarak ve akustik bilmi dışında ustaların ölçülerine göre üretiliyor olsa da bu konuda bizim de sazımızın evrensel normlara taşımak için 4.oktavın Do su ile başlayıp 131,87Cm tel boyuna sahip 261,63 Hz C sesine akord edilen den başlayarak (Divan denebilir) yarım ses aralıkları ile tel boyu küçülen frekansı yükselen örneğin 4.oktavın Fa bağlaması için 98,79 Cm tel boyu olmalı ve 348,23 Hz e ayarlanmalı gibi. Bu değerler bağlama üretiminde Norm kabul edildiği zaman herhangi bir (aynı ses adına sahip örneğin A4) bağlama ile diğer bir batı enstrümanı arasında sesfrekans farkı ve transpozisyon kalmayacak herkes kendi kulağının veya sesinin sazını alanilme şansını yakalayacak THM de evrensel bir müzik olarak dünyayla bütünleşecektir

Bağlama; Tekne, Göğüs ve Sap olmak üzere üç ana kısımdan oluşmaktadır. Tekne kısmı genelde dut ağacından yapılmaktadır. Ancak dut ağacının dışında ardıç, kestane, ceviz, gürgen gibi ağaçlardan da yapılmaktadır. Göğüs kısmı ladin ağacından, sap kısmı ise gürgen, ak gürgen veya ardıç ağacından yapılmaktadır.

Bağlama metodları

Halk müziğinde çoğunlukla karşılaşılan düzenler şunlardır: (Parantez içindekiler, üst, orta ve alt tellerin çekilmesi gereken seslerdir).

    Bağlama düzeni (La, Sol, Re)
    Bozuk düzeni, kara düzen (Sol, Re, La)
    Misket düzeni (Fa#, Re, La)
    Fa müstezat düzeni (Fa, Re, La)
    Abdal düzeni (La, Re, Sol)
    Do müstezat düzeni (Sol, Do, La)

    Alt Tel : (Boş: Re) Mibemol, Mibemol 2, Mi, Fa, Fadiyez 3, Fadiyez, Sol .
    Orta Tel: (Boş: Sol) Labemol, Labemol 2, La, Sibemol, Sibemol 2, Si, Do .
    Üst Tel : (Boş: La) Sibemol, Sibemol 2, Si, Do, Dodiyez 3, Dodiyez, Re .

Çalınması, tezene denilen ve genellikle kiraz kabuğundan yapılma bir mızrabın uygun biçimde tellere vurulmasıyla olur. Sazın en küçüğüne cura, orta boy olanına bağlama, üçer üçer dizilmiş, on iki telli olanına da meydan sazı adı verilir. Meydan sazına çöğür ya da aşık sazı da denir. Klasik Türk Müziği’nde, keman, ud, kemençe, tambur, tef ve benzeri çalgılardan oluşan topluluğa ince saz adı verilir. Deyişler, destanlar söyleyerek köy köy dolaşan halk sanatçılarına da saz şairi (aşık) denir.

Bağlama sözcüğünün ilk olarak 18. yüzyılda kullanıldığı tahmin edilmektedir. Çalgının adının, sapında bulunan perdelerin ve tellerin bağlanmasından esinlenerek konulduğu düşünülmektedir. Bağlama kısaca; armudu andıran tekne ( gövde), teknenin üzerine yapıştırılan göğüs ve sap kısımlarından oluşmaktadır. Göğüs kısmında bulunan orta eşik ile sap kısmında bulunan üst eşik üzerine gerilen teller, yine sap kısmında bulunan burgular yardımı ile akort edilmektedir. İlk önceleri kiraz kabuğundan yapılan tezeneler, günümüzde plastikten yapılmaktadır.

Bağlamaya saz da denilmektedir ancak bu yanlış bir adlandırmadır. Saz, isim olarak bütün enstrümanların genel adı olarak kullanılan bir sözcüktür. Bağlama, telli sazlar grubunun sadece bir üyesidir, tıpkı ud ve gitar örneklerinin de olduğu gibi. Bağlama ailesi kendi içerisinde çeşitli boyutlarda bulunmaktadır. Bunlar büyükten küçüğe doğru; Meydan Sazı, Divan Sazı, Çöğür (Bağlama), Bozuk, Cura ve İkitelli sazlarıdır.


Bağlama ailesi
Bağlama, kullanım amaçlarına göre farklı tür ve boylarda çalınmaktadır. Günümüzde genellikle aşağıdaki türlerle tanınır.

    Cura (en küçük boy)
    Çöğür (kısa kol bağlama)
    Kısa saplı bağlama (yakın zamanda geliştirilmiş bir bağlama türü)
    Tambura (uzun kol bağlama)
    Divan sazı (büyük boy bağlama)
    Meydan sazı (en büyük boy bağlama)

Meydan Sazı: 12 telli bir çalgı olan meydan sazına 12 telli de denilmektedir. Bas sesi veren, bam tellerinden daha kalın olan tellere bambam adı verilmektedir. Bağlama ailesinin en bas sesli çalgısıdır. Klavyesinin uzunluğu ve enstrümanın büyüklüğü nedeniyle günümüzde kullanımı azalmıştır.

Divan sazı: Meydan sazının bir boy küçüğü olan divan sazında, üçerli gruplar halinde 9 tel bulunmaktadır. Bas ve dolgun bir tınıya sahiptir. Her ne kadar bu iki çalgı ayrı gruplarda olsa da, bazı müzikologa göre; Meydan Sazı ve Divan Sazı aynı çalgı olarak kabul görmektedir.

Çöğür ( Bağlama): Bağlama ailesinin en sık kullanılan çalgısıdır. Genel olarak, alt tel grubunda 3, orta ve üst tel gruplarında 2’ şer adet, toplam 7 telli bir çalgıdır. Perde sayısı,17 ile 22 arasında değişkenlik gösterebilir. Günümüzde sık kullanımından dolayı; bağlama, kısa sap bağlama olarak ta bilinmektedir. Hatta pek çok müzik literatüründe bu isimlere rastlamak mümkündür.

Bozuk: Ege ve Akdeniz bölgelerinde kullanılan bu çalgının tel ve perde sayısı bağlama ile aynıdır. Yunanistan halk çalgısı olan Buzuki’den bir farkı olmayan çalgı günümüzde çok nadir olarak kullanılmaktadır.

Cura: Bağlama ailesinin en küçük üyesidir. 3- 4 telli olarak kullanımları mevcuttur.

İkitelli: Anadolu’nun en eski çalgılarından olan ikitelli, curadan biraz daha büyüktür. Adından da anlaşılacağı üzere 2 telli bir çalgıdır. Nadir kullanımı olan, unutulmaya yüz tutmuş çalgılarımızdandır.

Saz nedir?

Mızrapla çalınan, uzun saplı halk çalgısıdır. Tambura biçimindeki halk sazlarının en büyüğüne «meydan sazı» denir.

Bunlara ek olarak, Arif Sağ’ ın ortaya çıkardığı, bas bağlama; bas gitar telleri kullanılarak daha geniş bir klavye üzerine yerleştirilen 4 telli bir çalgıdır. Bozuk düzen olarak çalınan bu çalgı ayrı bir renk olarak kullanılmaktadır. Talip Özkan, Arif Sağ, Orhan Gencebay, Erdal Erzincan, Erol Parlak, İsmail Tunçbilek, İsmet Topçu, ülkemizdeki önemli bağlama virtüözlerinden bazılarıdır.
Sözlükte "saz" ne demek?

1. Sazdan yapılmış; türk halk müziğinde kullanılan, gövdesi oyularak yapılmış, telli, uzun saplı çalgı.
2. Her tür müzik aracı, çalgı; çalgı takımı.
3. Türk halk müziğinde bağlama, cura gibi telli müzik araçlarının genel adı; ince kamış, hasırotu, kiliz, kofa.


Elektro bağlama

Elektro bağlama, 1960'ların sonuna doğru, Orhan Gencebay ve Erkin Koray'ın beraber çalışırlarken oluşturdukları bir saz.

Bağlamanın sesini müzik yapılan mekanlarda daha çok duyurmak ve rock müziğinde de kullanabilmek için elektro bağlama kullanılmaya başlandı. Elektro bağlamalar, bağlamanın yapısal özellikleri korunarak, içine yerleştirilen elektro gitar manyetikleriye üretildi.

Saz kelimesinin ingilizcesi

Bağlamanın ingilizcesi yine baglama'dır. Çünkü Türkiye'ye özgü bir enstrümandır. Enstrümanlar manasında kullanılan saz kelimesinin ingilizcesi ise; instrument' dır.

SAZLIKDAKi SAZ NEDİR ?

Sulak alanlarda yetişen bitki gruplarına verilen ad. Sığ göllerde çok geniş alanları kaplarken, derin göllerde yalnızca kıyılarda gelişme olanağı bulurlar. Bazı göller de, göl niteliğini kaybetmiş oldukları için, sazlık olarak isimlendirilir. Gerçekten de buralarda kıyıdan bakıldığında açık bir su alanı görülmez. Yolak adı verilen ve sazlar arasında ilerleyen dar su yollarından sazlığın ortalarına gelindiğinde, ayna adı verilen açık göl alanlarıyla karşılaşılır. Deniz kıyılarındaki akarsu deltalarında yer alan lâgünlerde ve iç bölgelerimizde bulunan tuzlu ve sodalı göllerde sazlıklar ya azdır ya da hiç yoktur. Bunun nedeni; tuzluluğun, sazlıkların gelişmesinde kısıtlayıcı, yoğun olması durumunda da engelleyici bir etken olmasıdır.
Kamışlar, kofa otları, kındıralar, arpacanlar da sazlarla birlikte aynı grup içindedir. Sazların aralarında, özellikle kıyıya yakın yerlerdeyse, gölün özelliklerine bağlı olarak nilüferler, şemsiye otları, yakı otları, süsenler, su ayrıkları ve benzeri sulak alan bitkileri yetişir. Bu bitki grubuna ismini veren saz, sulak alanlarda en yaygın olarak yetişen, uzun ve ince gövdesi üzerinde püskülü bulunan, yaprağı da gövdesi gibi ince olan bir bitkidir. Sazlar genelde uzun boylu bitkilerdir. Su dışındaki uzunlukları 1,5-3 metre arasında değişir. Ender de olsa, 4 metreye yaklaşan boyda olanları vardır. Saz, Türkiye'de doğal olarak yetişen en uzun boylu otsu bitkidir. Son derece sık ve boylu olarak yetişen sazlıklar, yetiştikleri sulak alanları dünyanın en üretken ekosistemleri hâline getirir. Ördekler, kazlar, balıkçıllar, dalgıçlar, yağmurcunlar, karabataklar, pelikanlar, düdükçünler, saz bülbülleri, martılar, kaşıkçı kuşları, çeltikçiler, sumrular, hepsi sulak alanları ve sazlıkları kendilerine yurt edinirler.

sazlık

    Sazları (I) çok olan yer
    Örnek: Bu sık sazlığın gölgesinden kurtulan yerlerde, derenin sakin suları, buğulanmış bir gümüş rengiyle görünüyordu. M. Ş. Esendal
    (en) Reedy.
    (en) Rush-Bed.
    (en) Reed-Bed.
    (en) Reeds.
    (en) Morass.
    (en) Sedge.
    (en) Reed bed.
    (en) Marshy place.
    (en) Rushy.
    (en) Sedgy.

saz (nedir ne demek)

    Genellikle su kıyılarında, bataklık yerlerde yetişen ince kamış, hasır otu, kiliz, kofa
    Örnek: Köyün saz kaplı, karanlık çökmüş damlarına seslendi. H. E. Adıvar
    Bu kamıştan yapılmış.
    Her tür müzik aracı, çalgı.
    Türk halk müziğinde bağlama, cura, tar vb. mızraplı çalgıların genel adı.
    Türk halk müziğinde kullanılan, gövdesi ağaçtan oyularak yapılmış, telli, uzun saplı çalgı, bağlama
    Örnek: İnce ve yüksek bir sanat eseri olan saz da milliyetimizin bir hususiyetidir. A. Ş. Hisar
    Birden çok çalgının bulunduğu takım.
    Çalgılı eğlence yeri.
    (en) Wicker.
    (en) Wattle.
    (en) Withy.
    (en) It is now considered the Turkish national instrument and used to accompany folk song and dance It is another form of lute: pear shaped with a long fretted neck and three courses of metal strings.
    (en) Abbreviation for Subantarctic Zone.
    (en) İnstrument.
    (en) Bulrush.
    (en) Reed.
    (en) Rush.
    (en) Sedge.
    (en) Wattles.
    (en) Musical instrument.
    (en) Stringed instrument.
    (en) Group of musicians.
    (en) Rushes.


--------------
Kaynak:
Halk Ansiklopedisi Wikipedia
Nedir