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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.

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.