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Planetensystem

NASA plant schon mal das Saturnmond-U-Boot

Warum nicht einmal seiner Zeit vorausplanen? Das dachten sich Ingenieure und konzipieren schon mal präventiv das U-Boot, das der NASA einmal im eisigen Kohlenwasserstoffozean des Saturnmonds Titan nützlich werden könnte.
Die Seen auf dem Saturnmond Titan

Den Saturnmond Titan halten Planetensystemfans für eines der lohnendsten Ziele in unserem Sonnensystem: Neben Eisvulkanen und Blausäurewolken hat er vor allem ausgedehnte Kohlenwasserstoffgewässer auf der Oberfläche sowie darunter liegende Ozeane zu bieten, die sich bis in 100 Kilometer Tiefe unter einer Eispanzerdecke ausdehnen. Ein tolles Ziel, um irgendwann einmal – nur Optimisten rechnen mit "in 20 Jahren" – eine Tauchsonde auszuprobieren. Bis dahin sollte man aber unbedingt die Verhältnisse vor Ort simulieren können und die Titansonde testen, fanden jetzt von der NASA inspirierte Ingenieure der Washington State University – und veröffentlichten einen ersten Vorstoß zum Thema im Fachjournal "Fluid Phase Equilibria". In ihrer Arbeit beschreiben sie eine Laborsimulation des Titans – und eine erste kleine Designstudie für ein U-Boot, das in diesen Verhältnissen klarkommen würde.

Im Labor der Forscher arbeitete dafür eine extrem gekühlte, mit flüssigem Stickstoff-Kohlenwasserstoff-Gemisch gefüllte Testkammer mit gut vier Bar Druck als Ersatztitansee. Für die Sondensimulationen platzierte die Wissenschaftler um Ian Richardson – "ein verrücktes Experiment, ich hätte nie gedacht, dass ich mal Gelegenheit hätte, so was zu probieren" – einen gut drei Zentimeter langen beheizten Zylinder in die Kammer, der in etwa so viel Wärme abgibt, wie eine Tauchsonde es im Saturnmondgewässer tun müsste. Die Heizung ist für das Funktionieren der Sondeninstrumente bei den erwarteten Umgebungstemperaturen von knapp minus 184 Grad Celsius unabdingbar. Die resultierende Abwärme dürfte aber zum Problem werden, wie die Forscher zeigen: Der beim Kontakt erwärmte Titansee-Inhalt produziert ausgasende und aufsteigende Blasen, die den Tauchroboter ständig aus der Bahn werfen würden. Das erschwert die ohnehin kniffelige Navigation, die allein schon beim Wechsel zwischen unterschiedlich gemischten Lagen mit höheren Gehalten von Methan oder Ethan aufwändig sein dürfte.

Am Ende gelang es den Ingenieuren immerhin schon einmal, die Simulation sinnvoll zu steuern und zu überwachen. Sie entwickelten ein an die Verhältnisse angepasstes Endoskop mit angeschlossener Kamera, mit dem sie die kalte Hochdruckumgebung abbilden konnten. So gelingen ihnen in der Kammer nun unter anderem Aufnahmen von Ethan-Methan-Niederschlägen, also Kohlenwasserstoffregen und -schnee. Zudem bemerkten sie, dass dezente Veränderungen der Mischungsverhältnisse der Titanseen deutliche Unterschiede hervorrufen: So sorgt etwa die in der Realität offenbar vorhandene minimale Stickstoffbeimischung in Titanseen dafür, dass sie wohl erst bei rund minus 198 Grad Celsius einfrieren dürften. Diese Werte sollten nicht erreicht werden. "Wir müssen also nicht mit Eisbergen rechnen", so Richardson. Auf der anderen Seite gast aber gerade Stickstoff rasch aus und produziert die störenden Gasblasen um die Sonde – und macht die Fahrt in den Saturnmondmeeren wohl ruckeliger als gedacht.

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