Archive for the tag 'Cassini'

Reißende Fluten auf Titan?

Mai 16th, 2010

 Bild vergrößernDie Aufnahmen entstanden während des letzten Titan-Vorbeiflugs der vierjährigen Kernmission von Cassini, die daraufhin verlängert wurde. (NASA JPL)

Bild vergrößernDie Aufnahmen entstanden während des letzten Titan-Vorbeiflugs der vierjährigen Kernmission von Cassini, die daraufhin verlängert wurde. (NASA JPL)

Ein US-französisches Forscherteam um Alice Le Gall vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA hat Radaraufnahmen des Saturnmonds Titan untersucht. Bei einem Vorbeiflug der NASA-Sonde Cassini im Mai 2008 waren Rinnenstrukturen entdeckt worden, die deutlich heller erscheinen als alle anderen Oberflächenphänomene. Die Wissenschaftler schließen nun daraus, dass sich in der gebirgigen Region Xanadu regelmäßig starke Flutereignissen auftreten. Darüber berichten sie in der Juniausgabe der Wissenschaftszeitschrift Icarus.

Wenn die Elemente irdische Gebirge zerkleinern, entsteht Gesteinsschutt. Schutt, der abtransportiert werden muss. Diese Aufgabe übernehmen Gebirgsbäche, die den Kieseln zwar freie Fahrt anbieten, aber keine sonderlich komfortablen Transportbedingungen. Es wird geschubst und gedrängelt. Schon nach wenigen Kilometern im Bach entsteht aus dem kantigen Erosionsschutt ein vertrautes Bild: Völlig gerundete und abgeplattete Kiesel säumen das Flussbett.

Genau einen solchen Prozess meint das Team um Alice Le Gall in der Bergregion Xanadu auf Titan entdeckt zu haben: „Wir glauben, dass hier die gleichen Prozesse wirken, die auf der Erde Flussgeröll polieren. Beim Abwärtsrollen werden alle Ecken abgeschliffen.“

Anders als auf der Erde spielt Wasser auf dem Saturnmond nicht die Rolle des Trägermediums, sondern die des Gesteins. Mit einer Oberflächentemperatur von -180°C ist es hier viel zu kalt für sprudelnde Gebirgsbäche – aus Wasser. Es ist zu einer harten Mischung aus Staub und Eis gefroren. Flüssiges Methan und Ethan bilden Wolken und Nebel, die auch für die Entstehung von Niederschlag verantwortlich sein dürften.

Dichte Wolken aus Kohlenwasserstoffen erschweren die Beobachtung der Titanoberfläche und die Forscher sind auf Radaraufnahmen angewiesen, da diese Wellen die Atmosphäre durchdringen und Oberflächenstrukturen abbilden können. Warum gerade die Rinnenfüllungen stärkere Reflexionen hervorrufen, war bisher nicht klar.

„Bisher wusste niemand, warum Xanadu so hell erscheint, bestätigt Teammitglied Steve Wall vom JPL. „Diese Art von Geometrien wurden in einer natürlichen Umgebung nicht erwartet. Wir glauben aber, das Rätsel gelöst zu haben.“

Runde Eiskiesel

 Bild vergrößernAbgeschliffener Gebirgsschutt ist ein klares Anzeichen für vorhandene Fließgewässer wie Flüsse.  (NASA/JPL/ESA/University of Arizona und S.M. Matheson)

Abgeschliffener Gebirgsschutt ist ein klares Anzeichen für vorhandene Fließgewässer wie Flüsse. (NASA/JPL/ESA/University of Arizona und S.M. Matheson)

Trotz vieler Unterschiede gibt es klare Analogien geologischer Oberflächenprozesse auf Erde und Titan. Das titanische Eisgestein wird ebenso zu flachen runden Kieseln, wie das an einem Bergbach in den Alpen geschieht. Den Eiskieseln kommt nun gerade ihre Form zu Gute. Denn Eis reflektiert Radarstrahlung sehr stark, noch viel besser tun dies jedoch runde Körper. Die Reflexion auf ihrer Oberfläche wird immer direkt zum Sender zurückgeschickt.

Die These von Le Galls Team ist nicht völlig gewagt, denn runde Kiesel konnten auf der Oberfläche direkt beobachtet werden. Als die europäische Landesonde Huygens am 15. Januar 2005 im Grenzbereich zwischen den Regionen Adiri und Shangri-la niederging, fand sie sich zwischen zwei bis 20 Zentimeter großen Kieseln wieder, die gut gerundet erschienen. Die Rinnen von Xanadu sind auf Cassinis Radaraufnahmen deutlich heller als Huygens‘ Landegebiet, müssen hier also viel dichter gelagert sein.

Lässt sich die Interpretation der Radardaten bestätigen, wäre ein weiterer Baustein in der Hydrosphäre des Titan geschlossen.

Dies ist ein Crosspost von Raumfahrer.net.

Ringsystem seitlich beleuchtet

September 30th, 2009

Wie sieht Saturn aus, wenn sein Ringsystem exakt von der Seite aus beleuchtet wird? Das passiert immer dann, wenn Saturn den Punkt seiner Tagundnachtgleiche durchläuft, also alle 15 Jahre. Mit einfachen Fernrohren beobachtet scheint das Ringsystem dann einfach zu verschwinden, um einige Zeit später wieder aufzutauchen.

Dass die Ringe tatsächlich nicht verschwinden, sondern ihre Schönheit voll entfalten, konnte die NASA-Sonde Cassini jetzt zeigen. Das Bild wurde aus 75 Einzelaufnahmen zusammengesetzt ist.

Saturn zur Tagundnachtgleiche

Saturn zur Tagundnachtgleiche (NASA)

Enceladus` Ozean – Salzwasser im F-Ring

Mai 5th, 2009

Konzeptuelle Vorstellung der Eisfontänen des Enceladus - in der bisher vermuteten Form. Gas und Eispartikel können jedoch kaum Salze mittransportieren. (NASA JPL)

Konzeptuelle Vorstellung der Eisfontänen des Enceladus - in der bisher vermuteten Form. Gas und Eispartikel können jedoch kaum Salze mittransportieren. (NASA JPL)

Planetenforscher aus Deutschland hatten entdeckt, dass Spurenelemente im E-Ring des Saturn Bestandteile enthalten, die auf einen flüssigen Ozean im Innern von Enceladus hindeuten. Bei einem Enceladus-Vorbeiflug am 9. Oktober 2008 konnten mit dem Cosmic Dust Analyzer (CDA) an Bord von Cassini Anteile von Natrium, Natriumchlorid (NaCl), Natriumhydrogenkarbonat (NaHCO3) und Kalium nachgewiesen werden. Diese kommen in rund sechs Prozent der untersuchten Partikel im E-Ring vor. Man nimmt an, dass der E-Ring überwiegend mit Partikeln aus Enceladus` Kryovulkanen gespeist wird: Diese müssten die gelösten Salze freigesetzt haben.

„Das ist nur möglich, wenn die Quelle der Eruptionen flüssiges Wasser ist, das zuvor im Kontakt mit dem Gesteinskern von Enceladus stand“, schreiben Postberg und seine Kollegen in ihrer Veröffentlichung. Denn nur flüssiges Wasser kann – anders als Eis oder Wasserdampf – Salze in gelöster Form enthalten. Das Forscherteam um Frank Postberg vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg stellte seine Ergebnisse auf einer Konferenz der American Geophysical Union in San Francisco, Kalifornien vor. Das Institut war maßgeblich an der Entwicklung des CDA beteiligt.

„Es ist natürlich denkbar, dass die Salze von einem früheren Ozean ausgelaugt wurden, der mittlerweile komplett gefroren ist. Dieser Prozess hätte dazu geführt, dass sich das Salz in großer Entfernung von der Oberfläche des Mondes konzentriert hätte“, sagte Julie Castillo vom NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien gegenüber dem New Scientist. „Da ist es schon einfacher sich vorzustellen, dass die Salze in einem flüssigen Ozean direkt unter der Oberfläche vorkommen.

Enceladus – Cassinis bisherige Erkundung

Als die amerikanisch-europäische Sonde Cassini im März 2005 erstmalig am sechstgrößten Mond des Ringplaneten vorbeiflog, ergaben sich einige Überraschungen für die Forscher. Neben auffällig heterogenen topografischen Merkmalen stach vor allem die dünne Atmosphäre des Enceladus ins Auge. Diese Schicht hat an der Oberfläche einen minimalen Druck von 10-6 Pascal und kann nur damit erklärt werden, dass sie ständig aus dem Innern des Trabanten wiederbefüllt wird. Der nur 504 Kilometer durchmessende Enceladus hat eine so geringe Gravitation, dass externe Einflüsse wie der Sonnenwind ständig zu einem Gasverlust führen. Schließlich entdeckte man auch die Quelle der Atmosphäre: Fontänen schießen mit hoher Geschwindigkeit Material ins All. Diese Form des Vulkanismus funktioniert bei relativ geringen Temperaturen.

Eisfontänen auf Enceladus (Cassini / NASA / ESA)

Eisfontänen auf Enceladus (Cassini / NASA / ESA)

Bisher war die Energiequelle für den Kryovulkanismus von Enceladus kontrovers diskutiert worden. Alternativ zum Modell eines flüssigen Ozeans unter der festen Oberfläche hatte man Gezeitenkräfte vom Saturn vermutet, die bei der Annäherung des Mondes auf seiner Bahn an den Ringplaneten vermehrt Klüfte öffnen. Durch diese könnte es zu einer Druckentlastung tiefer liegender Wassereisschichten kommen, die dann als Wasser oder Dampf an die Oberfläche schießen. Bereits im letzten Dezember war diese These mit einem Computermodell überprüft worden (Raumfahrer.net berichtete). Jedoch hatte man die theoretischen Vorgaben nicht mit Beobachtungen von Cassini in Übereinstimmung bringen können: Offenbar korrelierten die Ausbrüche nicht mit der Annäherung des Mondes an den Saturn.

Die von Cassini gemessene Masse des herausgeschleuderten Materials wäre jedoch zu hoch, würde es sich dabei nur um Wasser handeln. Geophysikerin Susan Kieffer von der University of Illinois Urbana-Champaign liefert die dazu passende Erklärung und schlägt Clathrate vor. Diese entstehen, wenn Wasser unter hohem Druck eine Gitterstruktur mit Käfigen ausbildet, in die andere Stoffe wie Salze eingelagert werden. Ähnlich wie bei Methanhydraten, die auf der Erde an kontinentalen Schelfhängen in großen Wassertiefen vorkommen, können ausreichend große Mengen eines zweiten Stoffes in die Gitterstruktur des Wassers eingelagert werden.

Dieser These stimmt auch Andrew Ingersoll aus dem Cassini-Kamerateam zu: „Die geringe Konzentration an Natrium in einigen Partikeln [des E-Rings] könnte aus dem Wasserdampf kondensiert sein, den die zerfallenden Clathrate freigesetzt haben. Partikel mit hoher Natriumkonzentration dagegen enthielten primär flüssiges Wasser. Die Zeit wird zeigen, ob sich dieser Kompromiss zweier Prozesse weiter erhärten lässt.“

In der Vergangenheit wurden auch andere Thesen zur Entstehung des Kryovulkanismus diskutiert, darunter das Überschlagen der Rotationsachse durch die Verlagerung einer Region mit positiver Wärmeanomalie. Diese kann zumindest erklären, warum die Eruptionen nur in der Südpolregion gefunden wurden, wird in der aktuellen Veröffentlichung jedoch nicht berücksichtigt.

Vermessung eines unförmigen Titans

April 5th, 2009

Farbkodiertes Höhenmodell der Region Hotei Arcus, die vermutlich durch cryovulkanische Ausflüsse entstand (NASA)

Farbkodiertes Höhenmodell der Region Hotei Arcus, die vermutlich durch cryovulkanische Ausflüsse entstand (NASA)

Die NASA-Sonde Cassini setzt auf den Titan. Da er größer als Merkur und nur unwesentlich kleiner als der größte Mond des Sonnensystems Ganymed ist, eignete er sich für die Missionsplaner am besten, um ohne großen Treibstoffaufwand in viele Bereiche des Saturnsystems vordringen zu können. Mit dem gestrigen Tag flog die Sonde nun 52-mal an dem einzigen Mond des Sonnensystems mit einer dichten Atmosphäre vorbei, der für die Wissenschaft auch darum so interessant ist, weil er etliche Gemeinsamkeiten mit der frühen Erde teilt – und sich dennoch enorm von allem unterscheidet, was wir kennen.

Neue topografische Karten in 3D

Das Cassini Radar Instrument wurde oft genutzt, um durch die Wolkenhülle des Titan hindurch seine Geländeoberfläche zu vermessen. Da Cassini bei jedem Vorbeiflug aus einem anderen Winkel auf das Gelände blickt, können mehrfach aufgenommene Areale nun in stereoskopischen Karten dargestellt werden. Ähnlich wie die Augen eines Menschen, die aus ihren unterschiedlichen Perspektiven dreidimensionale Objekte wahrnehmen können, wurden aus den Daten nun dreidimensionale Karten erstellt.

Die Wissenschaftler um Randy Kirk vom Astrogeology Science Center am Geological Survey in Flagstaff im US-Bundesstaat Arizona verwendeten Radardaten von insgesamt 19 Titanüberflügen. Aus der Überlappung von Kartenmaterial konnten sie für rund zwei Prozent der Mondoberfläche stereoskopische Karten mit einer Auflösung von rund 2,4 Kilometern pro Pixel erstellen.

„Es ist fast so gut, wie selbst da zu sein: Wir erhalten mit den Überflügen einen Eindruck der Titanoberfläche aus der Vogelperspektive“, sagte Kirk. „Wir haben eine Vielzahl verschiedener Merkmale kartiert. Einige von ihnen erinnern mich an die Erde, darunter große Ozeane, kleine Seen, Flüsse, ausgetrocknete Flussbetten, Berge, Sanddünen, aus denen Hügel auftauchen und erstarrte Lavaflüsse.“

Die geologische und geomorphologische Auswertung der Karten steht erst an ihrem Anfang. Sie zeigt schon jetzt eine vielseitige Landschaft mit rund 1.200 Meter hohen Bergen, Tälern, durch die ausgetrocknete Flussbetten oder Lavaströme mäandern und Kohlenwasserstoffseen, die vor allem in den nördlichen Breiten vorkommen. Mit der Radarvermessung war es nun auch möglich, deren Tiefe zu bestimmen, die bis zu 100 Meter reicht.

Hier finden Sie einen Überflug eines Teils der Titanoberfläche. Einen ersten Eindruck bekommen Sie hier:

Die Radardaten wurden zudem dazu genutzt, die genauen Maße des Titans zu bestimmen. Wie alle planetenartigen Körper im Sonnensystem, ist der Mond keine perfekte Kugel, da Gezeitenkräfte vom Saturn auf ihn wirken. Er rotiert gebunden um den Gasriesen, weist ihm also wie der Erdmond der Erde ständig die gleiche Seite zu.

„Wir haben nun die ersten Messungen, die zeigen, dass Titan keine perfekte Kugel ist, sondern mehr ein deformiertes Ei-artiges Ding“, sagte Howard Zebker von der Standford University gegenüber dem Magazin New Scientist über die neueste Studie seines Teams. Von einer perfekten Kugel weicht Titan an seinen Polen um rund 700 Meter ab. Daneben hinterlässt die gebundene Rotation um Saturn ihre Spuren. Die ihm zugewandte Seite weicht am Äquator um 400 Meter von der Idealform ab.

Bisher hatten Wissenschaftler vermutet, dass die Verformungen aufgrund der berechneten Gezeiten geringer sein müssten. Daraus ließe sich schließen, dass der Mond früher auf einer niedrigeren Bahn um Saturn kreiste, die mit höheren Gezeitenkräften verbunden war. Eine mögliche Ursache für eine solche Orbitvergrößerung wurde noch nicht gefunden.

Die Abplattung an den Polen kann erklären, warum die Kohlenwasserstoff-Seen vor allem dort auftreten. Ein Modell für den Aufbau der Kruste ist, dass hier in geringer Tiefe die flüssigen Verbindungen Methan und Ethan vorkommen, ähnlich wie Grundwasser auf der Erde. Eine geringere topografische Höhe würde bedeuten, dass sie an die Oberfläche gelangen und Seen ausbilden. Die Titanatmosphäre enthält mit 1,6 Prozent deutlich zu viel Methan, das schnell durch Reaktionen im Sonnenlicht zersetzt werden sollte. Käme ein Großteil des titanischen Methans in flüssiger Form unterirdisch vor, könnte es jedoch die Atmosphärenzusammensetzung erklären. Denn so gäbe es ständig Methan-Nachschub aus der Tiefe.

Jedoch ist die These unterirdischer Kohlenwasserstoffvorkommen unter Planetenforschern umstritten. Die dichte Lufthülle des Titan zeigt regelmäßige Wetterphänomene, die auch Regen aus Kohlenwasserstoffen einschließen. Vielleicht verursachen auch nur Luftströmungen, dass es im Norden besonders viel regnet und die dortigen Seen gespeist werden. Es bleibt also noch viel Arbeit für Cassini.