Saturnmond Titan

Was so alles passiert, wenn es auf Titan regnet, steht auf

http://www.wissenschaft.de/wissen/news/249650.html

Auf

http://www.astro.uni-bonn.de/~dfischer/news/A30.html

steht ein Bericht über die von Cassini auf Titan entdeckten Einschlagkrater. Sie sind zwar recht groß, doch zeugen sie auch von der starken Erosion auf dem Mond, durch den Krater nicht so lange existieren dürften wie auf einer Welt ohne Atmosphäre.

Auf vielfachen Wunsch hin (zumindest von hansjürgen und mir ), habe ich einen eigenen Thread für einen der interessantesten Monde des Sonnensystems, den Saturnmond Titan, eingerichtet und die entsprechenden Beiträge aus dem Saturn-Thread hier rein gestellt.

Titan ist mit einem Durchmesser von gut 5000 Kilometern größer als der Planet Merkur und hat als einziger bekannter Mond eine dichte Atmosphäre. Der Druck dieser Atmosphäre ist auf der Titanoberfläche sogar größer als die 1 bar, die bei uns auf der Erde herrschen. Wie unsere Atmoshäre ist auch die des Titans hauptsächlich aus Stickstoff aufgebaut (94 %). Allerdings fehlt das uns so wichtige Sauerstoff. Stattdessen gibt es einen 6%igen Anteil an Methan und dem Edelgas Argon. Darüber hinaus wurden in wesentlich geringerem Umfang organische Verbindungen wie Ethan und Propan zusammen mit weiteren Stoffen wie Wasser, Helium und Kohlenstoffdioxid nachgewiesen.

Neben dieser Atmosphäre vermiest einem die Temperatur den Picknicksausflug zum Titan: die durchschnittle Temperatur auf der Oberfläche beträgt ca. 180 °C unter Null.

Am 14. Januar 2005 bekam der Titan in Form des europäischen Landers Huygens zum ersten Mal in der Geschichte Besuch von der Erde.

Zur einführenden Vertiefung:
http://de.wikipedia.org/wiki/Titan_(Mond)

Hier ein Bild vom wolkenverhangenen Titannorpol im sichtbaren und infraroten Bereich:

Bild: ESA

Schwimmt Titans Oberfläche auf einem Ozean?

bei raumfahrer.net:
http://www.raumfahrer.net/news/astronomie/21032008074710.shtml

bei NASA/JPL:
http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2008-048

Analysen zu Titans Rotation aus Messungen der Bewegung seiner Oberflächenstrukturen ergaben, dass unbekannt schwache Effekte, evtl. aus atmosphärischen Strömungen, eine Rolle spielen müssen. Einige Oberflächenstrukturen haben sich um bis zu 30km gegenüber den "normalen" Vorhersagen der Standardmodelle verschoben. Damit solche schwachen Effekte wirken können, müsste die Kruste vom Kern entkoppelt sein, was zu der Vermutung eines Ozeans aus Wasser und Ammoniak in 100km Tiefe führt.

Riesiger See auf Saturn-Mond Titan entdeckt, er soll größer als der Ontario-See in Nordamerika sein und befindet sich am Südpol.


Mehr darüber hier:http://www.space.com/scienceastronomy/080730-titan-lake.html

Hansjürgen

Weiterer Bericht hierzu auch von DLR:
Saturnmond Titan - Ströme und Seen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen
30. Juli 2008

Bisher galt die Erde als der einzige Ort im Sonnensystem, an dem es regnet und die Niederschläge sich in Flüssen sammeln, bevor sie in ein stehendes Gewässer münden. Nun haben Forscher, darunter auch Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), mit der Raumsonde Cassini einen See auf dem Saturnmond Titan entdeckt.

Ebenso wurde herausgefunden, dass es auf Titan auch regnet und sich aus den Niederschlägen Ströme bilden, die über die Oberfläche fließen und tief eingeschnittene Täler aus der eisigen Landschaft erodieren. "Wir sind uns sicher, dass es auf Titan mindestens einen großen mit Flüssigkeit gefüllten See gibt", erklärt Prof. Ralf Jaumann vom Berliner DLR-Institut für Planetenforschung. "Die Messungen mit dem Spektrometer VIMS an Bord der Cassini-Sonde sind eindeutig: Nahe dem Südpol des Titan haben wir einen See entdeckt, der mit flüssigem Ethan gefüllt ist: In dem See steht gewissermaßen flüssiges Erdgas."
Weiter hier: http://www.dlr.de/DesktopDefault.aspx/tabid-1/86_read-13154/

Hansjürgen

Im verlinkten Artikel ist sogar die Rede davon, dass es einige Experten für Wahrscheinlich halten, dass unter der Oberfläche des Titans Wasser in geschmolzener Form vorkommt.

Generell schätzen viele die Atmosphäre des Titans samt dem Vorkommen flüssiger Kohlenstoffverbindungen ähnlich ein, wie die auf der Erde, kurz bevor es hier mit dem Leben losging.

Schade, dass die Nachricht im Zuge des Wasserfundes auf dem Mars etwas unterging (im wahrsten Sinne des Wortes  ).

Saturnmond Titan ist elektrisch!

Physiker der Universität von Granada und der Universität von Valencia haben die Daten von Saturnmond Titan durch die Sonde Huygens ausgewertet, und auf unmissverständlichem Wege herausgefunden das er elektrische Aktivitäten in der Atmosphäre hat.
So bauen sich statische erlektrische Felder auf und erklären sich durch Wolkenbewegungen welche teilweise auch stürmisch sein können.
Dies bedeutet eine größere Chance das sich organische und pre-biotische Moleküle bilden können!
Mehr darüber auch hier: http://www.spacedaily.com/reports/Titan_Is_Electric_999.html

Hansjürgen

Nahe dem Südpol des Titan haben wir einen See entdeckt, der mit flüssigem Ethan gefüllt ist: In dem See steht gewissermaßen flüssiges Erdgas."

Ist vielleicht eine blöde Frage , aber kann so ein See auch anfangen mit brennen? Oder ist es zu kalt dafür, oder erstickt der Stickstoff in der Atmosphäre den Brand?

Die Atmosphäre des Titan enthält keinen Sauerstoff, deswegen kann dort kein Feuer entstehen.

Kryovulkane auf Titan?

Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2008-237

Zusammenfassung:

• Kryovulkane sind (hypothetische) Gebilde, welche an Stelle von Lave und Magma flüchtige Bestandteile ausspeien, bspw. Ammoniak, Wasser und Methan.
• Daten aus mehreren CASSINI-Überflügen könnten auf die Existenz dieser Vulkane hinweisen. Man hat eine Art kalte Dunstglocke über "Abfluss"-Gebieten entdeckt. Aus dem Vergleich mehrerer Überflugsdaten hat man auf Veränderungen in diesen Gebieten geschlossen, was für Aktivität auf (unter?) der Oberfläche deutet.
• In 2 möglichen Regionen hat man zwischen 2004 und 2006 Veränderungen bzgl. Reflexionsverhalten und Helligkeit im sichtbaren und Infrarotbereich festgestellt. Gleichzeitig wurde an einer der beiden Stellen gefrorenes Ammoniak in großen Mengen auf der Oberfläche entdeckt als diese für "aktiv" eingestuft wurde. Normalerweise soll Ammoniak v.a. im Untergrund des Monds liegen.
• Auch Methan könnte so aus dem Inneren in die Atmosphäre "nachgeschoben" werden, was erklären könnte warum die organischen Bestandteile der Atmosphäre noch nicht "ausgegangen sind".
• Die Ammoniaksignaturen in den Spektraldaten sind aber noch nicht gesichert. Außerdem könnte der Helligkeitswechsel durch vorübergehenden "Bodennebel" aus Ethantröpfchen entstehen, also einem rein atmosphärischen Wetterprozess. In diesem Fall sollte sich der Zustand aber dynamischer verhalten, also schneller in der Größe und Position wechseln.

Hallo Schillrich!

Zu deinem Beitrag gibt es auch interessante Hinweise welche die Sonde Huygens festhalten konnte- so zeigt ein Bild Veränderungen auf der Oberfläche von Titan welche verursacht sein könnten von Tropfen einer Flüssigkeit (vielleicht Ethantröpfchen) das wäre damit auch überhaupt  das erste Mal so etwas zu beobachten auf einer außerirdischen Oberfläche.
Mehr darüber hier:http://blog.wired.com/wiredscience/2008/12/titanmethane.html

Oberflächenveränderung schön auf dem Foto von Huygens zu sehen, siehe weiße Pfeile:



Hansjürgen

Cryovulkanismus auf Titan?
Hierzu gibt es ein interessantes Interview hier:
http://www.kosmologs.de/kosmo/blog/cassini/allgemein/2009-01-27/gibt-es-aktive-vulkane-auf-titan

Hansjürgen

Neue Seen auf Titan

Quelle: http://ciclops.org/view.php?id=5471&js=1

Auf Bildern der südlichen Hemisphäre mit mit einem Abstand von einem Jahr sind neue Seen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen aufgetaucht. Zwischenzeitlich lag ein Sturmgebiet über der Region, so dass man die Seen durch intensiven Regenfall aus Kohlenwasserstoffen erklärt.
Das weiter Bemerkenswerte ist, dass nach heutigem Kenntnisstand die Verdunstung von Kohlenwasserstoffen aus den Seen nicht ausreichen kann, um die Atmosphäre bei solchen intensiven Regenfällen im Gleichgewicht zu halten. Damit verdichten sich die Hinweise auf unterirdische Reservoirs, welche Kohlenwasserstoffe ausstoßen, Stichwort Kryovulkane.

Titans Windsystem

Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2009-032

Aus Cassinis Radardaten (20 Radarbilder) wurde die globale Formation von Dünen auf der Oberflläche ausgewertet. Ergebnis: Ihre primäre Ausrichtung ist Ost-West, was auf eine westliche Windrichtung (Wind kommt vom Westen und bläst nach Osten) hindeutet. Diese Richtung ist genau entgegen gesetzt zu den Vorhersagen aus 'aktuellen' Zirkulationsmodellen zu Titans Atmosphäre.
Die Richtungsbestimmungen globaler Luftmassenbewegungen auf Titan ist schwierig, da die Atmosphäre nur wenige 'herausstechende' Wolken erzeugt. Daher versucht man über die Beobachtung anderer korrelierter Phänomene auf die Windrichtung zu schließen.
Die Dünen sind wahrscheinlich aus Kohlenwasserstoff-Körnern aufgebaut und scheinen jung und dynamisch zu sein. Sie konzentieren sich v.a. auf den Äquator, da dort evtl. 'trockenere' Bedingungen herrschen, die einen Windtransport der Bestandteile vereinfachen. Durch ihre 'Interaktion' mit topographischen Hindernissen kann man auf ihre Höhe schließen.
Ein Hintergrund für das Interesse an den Windrichtungen ist, dass man evtl. eine Ballonmission zu Titan schicken möchte, s.:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=4669.0

NASA stellt auf der Cassini-Missions-Seite ein recht interessantes 3-D-Video vor welches die Titan-Oberfläche zeigt wie sie Cassini erfasste. Die  roten Einfärbungen zeigen Erhöhungen bis zu 1.000m an.
Anzusehen hier: http://saturn.jpl.nasa.gov/files/PIA11830%20color%20FIG%201.mov
Quelle:http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cfm?imageId=3457

Zu den neuen topographischen 3D-Karten gibt es nun einen ausführlichen Artikel im Portal: http://www.raumfahrer.net/news/astronomie/05042009121824.shtml

Und hier im Cassini-Thread. Ich habe gestern nach diesem Thread hier gesucht, aber ihn nicht gefunden, sorry..

In einem spaceflightnow-Artikel finde ich ein paar Beobachtungen und Theorien zu Titans Topologie interessant:

Topologische Formationen, die "bergigen Landmassen" entsprechen, liegen tiefer als die mittlere Oberflächenhöhe, u.a. der größte "Kontinent" des Titan.
Eine mögliche Erklärung ist, dass die Berge aus dichterem Material bestehen als das Umland, so dass sie dadurch die Kruste eindrücken/einsinken lassen. Auf der Erde ist es genau umgekeht. Hier ist die Kruste unter unseren Ozeanen dichter als unter den Kontinentalmassen, so dass unsere Berge "oben liegen" (schwimmen).

Gefrorene Kohlenwasserstoffe auf Titans Oberfläche hätten eine verhältnismäßg geringe Dichte und würden "oben aufschwimmen", gefrorenes Wassereis hingegen eine relativ hohe Dichte und würde einsinken. Aus diesem Modell könnte folgen, dass die Berge/Kontinente aus Wassereis gebildelt werden, die Ebenen aus Kohlenwasserstoffen.
Diese topografischen Daten beruhen bisher nur auf Radarmessungen aus Vorbeiflügen, also aus reinen Höhendaten. Jetzt sollen weitere Untersuchungen auch das Gravitationsfeld des Monds mit einbeziehen, um so festzustellen, ob die "tiefliegenden Berge" wirklich dichter/schwerer sind.

Quelle: http://www.spaceflightnow.com/news/n0904/12titan/

Für mich stellt sich da die Frage:

Worauf "schwimmt" die Kruste des Titan, wenn da Formationen einsinken. Ist das der vermutete unterirdische "Ozean" aus Kohlenwasserstoffen? Oder gibt es ein "erdähnliches" Krusten-Mantel-Modell?

Ich hatte die bisherigen Modelle so verstanden, dass die Kohlenwasserstoffe im titanischen Untergrund im freien Porenraum / Rissen vorkommen, also wie das Grundwasser bei uns.

Dass die Berge auf Titan aus gefrorenen Kohlenwasserstoffen bestehen, wage ich doch zu bezweifeln. Hätte man sowas nicht längst spektroskopisch ermittelt?

Die Berge sollen aus Eis bestehen, nicht Kohlenwasserstoffen ... (und tiefer liegen).

Mit welchen Instrumenten kann man denn an Titan spektroskopische Untersuchungen machen? In welchen "Fenstern" ist die Atmosphäre durchlässig? Man hat ja vor allem (nur?) Radardaten.

Zur Spektroskopie: Cassini hat das so genannte VIMS an Bord. VIMS steht für Visual and Infrared Mapping Spectrometer. Damit hat man auch schon einige Male die Oberfläche von Titan in den Blick genommen und dabei u.a. festgestellt, dass der Sand der ausladenden Dünenfelder nicht aus SiO₂ wie bei uns besteht, sondern zumindest an der Oberfläche aus einem komplexen (und unverstandenen) Gemisch aus Kohlenwasserstoffen. Zumindest findet sich in diesem Sand wesentlich weniger Wassereis, als im Rest von Titan.

Ich kann mir daher gut vorstellen, dass es größere Blöcke aus Eis gibt (die versinkenden Berge) und daneben Ebenen aus leichterem Material, wahrscheinlich einem Gemisch aus Wassereis und verschiedenen Kohlenwasserstoffen.

Ach ja: Die Atmosphäre ist nicht für alle Wellenlängen undurchdringlich. Allerdings muss man bei der Interpretation der spektroskopischen Messungen gewisse Annahmen über die Zusammensetzung der Atmosphäre treffen, wenn man zu sinnvollen Ergebnissen bezogen auf die Zusammensetzung des Bodens kommen möchte. Bei der atmosphärischen Korrektur liegen daher immer ein paar Unsicherheitsfaktoren.

Aber es stimmt schon, was Titan angeht, sind noch viele Fragen offen! Leider werden wir auf die nächste Saturn-Mission noch min. 10 Jahre warten müssen.

Um nochmal den Aspekt der Lichtdurchlässigkeit zu verdeutlichen, hier ein Bild aus der Prä-Cassini-Zeit, das links zeigt, wie Titan der Sonde Voyager 1 erschien. Von der Oberfläche ist im sichtbaren Spektrum nix zu erkennen. Mit dem Hubble-Teleskop konnte dann im nahen Infrarotbereich das rechte Bild gemacht werden. Deutlich kann man Strukturen mit unterschiedlicher Albedo im Infraroten auf der Oberfläche erkennen.


NASA

Der lichtundurchlässige Nebel besteht aus einer ganzen Reihe z.T. recht komplexer Moleküle. Da ich schnell weg muss, hier nur ein Wiki-Zitat dazu:

Chemische Reaktionen in der Atmosphäre finden besonders an ihrem äußeren Rand statt. Hier werden kleine Moleküle durch die UV-Strahlung der Sonne sowie durch interstellare energiereiche Teilchen so aktiviert, dass sich reaktive Ionen bilden. Diese führen in einer Reaktionsfolge zur Bildung von Aromaten, komplexen Stickstoffverbindungen und Benzol.

Herv. v. mir

Beim Lesen der Details für den morgigen CASSINI-Flyby an Titan bin ich auf folgenden interessanten Satz zur Atmosphäre des Mondes gestoßen:

There is more going on, perhaps gravity wave activity, perhaps some other phenomena which make the upper atmosphere more variable than simple models would predict.

"Da passiert mehr als normale Modelle vorhersagen würden, evtl. Gravitationswellen oder etwas Anderes."

Die Idee finde ich interessant und faszinierend. Welche Auswirkungen auf Klima und Wetter könnte die starke Gezeitenwirkung des Saturns haben? Genauso wie unsere großen Planeten die Krusten und Kerne ihrer Monde durchkneten, sollte es auch Effekte auf die Atmosphäre bei Titan geben. Aber da es sich hier ja um ein Fluid handelt, müssen Effekte und Dynamik des Ganzen ziemlich komplex sein.

Ich haben ein wenig darauf rum gedacht. Die lokale Gezeitenwirkung auf die Atmosphäre des Titans könnte man im Modell durch eine lokal reduzierte Schwerkraft simulieren. Neben der zu erwartenden erhöhten thermischen Ausdehnung der Atmosphäre auf dieser Seite, sollte das auch Einfluss auf die Konvektion dort haben, und damit auf das Wetter. Letztendlich müssten Konvektionsvorgänge auf dieser Seite langsamer ablaufen als in der restlichen Atmosphäre. Eine direkte (kurzfristige) Wirkung des Effekts dürfte vielleicht relativ gering sein, aber langfristig könnte so etwas seine Spuren in den "eingeschwungenen" Wettersystemen des Titans hinterlassen haben.