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Planetenmond: Dynamische Atmosphäre und innere Struktur von Titan enthüllt

Die Nordpolarregion von Titan

Instrumente der Planetensonde Cassini liefern neue Erkenntnisse über die Dynamik der Atmosphäre und den inneren Aufbau des Saturnmondes Titan. Das Infrarotspektrometer VIMS zum Beispiel zeigt Veränderungen in Wolkendecke und Oberflächentemperatur des Mondes, der als einziger Trabant des Sonnensystems von einer dichten Atmosphäre mit ausgeprägtem Wettergeschehen umgeben ist. Messungen mit Radiowellen enthüllten außerdem, dass Titan wie die Erde in Kruste, Mantel und Kern gegliedert ist.

Die Nordpolarregion von Titan | Im nahen Infraroten ist die dichte Atmosphäre des Saturnmonds Titan durchlässig und erlaubt, anders als im sichtbaren Licht, den Blick auf seine Oberfläche. Hier wurde die Nordpolarregion im Verlauf von drei Jahren abgelichtet. Die hellen Flecken sind dichte Wolken aus kondensiertem Methan, aus denen es auch regnet. Die Bilder entstanden mit dem abbildenden Infrarotspektrometer VIMS der Raumsonde Cassini.
Die ausgeprägten Jahreszeiten Saturns, die von seiner stark geneigten Rotationachse herrühren, wirken sich auch auf das Wettergeschehen Titans aus. Die Daten von Cassini belegen den Einfluss dieser Jahreszeiten auf das Verhalten der Wolkendecke über dem Nordpol des Mondes. Ein Forscherteam um Stéphane Le Mouélic von der Universität Nantes verwendete Daten des abbildenden Infrarotspektrometers VIMS, um die Änderungen in der polaren Wolkendecke zu dokumentieren. Sie besteht überwiegend aus kondensiertem Methan (CH4) und lag bei Ankunft der Sonde im Juli 2004 noch im ständigen Dunkel der Polarnacht. Erst Ende 2006 hatten sich die Beleuchtungsverhältnisse auf Titan so weit verändert, dass auch die Region um den Nordpol gut zu sehen war. Zu dieser Zeit bedeckte die Wolkendecke die gesamte Nordhalbkugel bis hinunter zu einer Breite von 55 Grad. Drei Jahre später gab es in der Wolkendecke bereits so viele Lücken, dass VIMS im nahen Infrarot erstmals die großen Seen und Meere aus flüssigem Methan ablichtete, die zuvor bereits bei Radarbeobachtungen durch Cassini entdeckt worden waren.

Mit dem Infrarotspektrometer CIRS, ermittelte ein Forscherteam um Valeria Cottini am Goddard Space Flight Center der NASA derweil die Oberflächentemperaturen auf Titan. Im Schnitt liegt sie um etwa minus 183 Grad Celsius. Im Laufe des 16 Erdtage langen Titantags steigt die Temperatur am frühen Nachmittag geringfügig um anderthalb Grad an. Es gibt also einen Tagesgang der Temperatur ähnlich wie auf der Erde, aber wegen der großen Entfernung von der Sonne nicht so stark ausgeprägt.

Der innere Aufbau des Saturnmonds Titan | Vielschichtig präsentiert sich das Innenleben des Saturnmonds Titan nach den Untersuchungen von Dominic Fortes am University College London. Eine dichte, an organischen Molekülen reiche Gashülle umgibt eine erste äußere Kruste aus festem Wassereis (weiß), welche die feste Oberfläche des Mondes bildet. Darunter schließt sich ein Ozean aus flüssigem Wasser an (blau), er wird gefolgt von einer Schicht aus Hochdruckeis (weiß). Den größten Teil des Volumens nimmt der hier grünlich eingefärbte Kern aus Silikatmineralen ein. Er enthält entweder große Mengen von Wasser in Form von Eis, oder die Minerale haben chemisch mit flüssigem Wasser reagiert und so genanntes Kristallwasser gebildet. Titan besitzt anders als die Erde keinen Kern aus metallischem Eisen.
Dominic Fortes vom University College London verwendete Messdaten des Radiowellenexperiments von Cassini, bei dem die Bahnverläufe bei dichten Annäherungen an Titan vermessen werden, um Informationen über den inneren Aufbau des Himmelskörpers zu gewinnen. ihre Arbeiten deuten darauf hin, dass Titan ähnlich wie die Erde differenziert ist, sich also in eine Kruste, einen Mantel und einen Kern aus dichterem Material gliedert. Wahrscheinlich enthält Letzterer immer noch einen gewissen Anteil von Wassereis, das in einer speziellen Hochdruckform vorliegt. Eine andere Möglichkeit ist nach Angaben der Forscher, dass die silikatischen Minerale so genanntes Kristallwasser in ihre Struktur eingebaut haben, das ihre Dichte reduziert. Ausschließen können die Forscher um Fortes aber die Anwesenheit eines Kerns aus metallischem Eisen. Sie vermuten, dass Titan niemals so heiß war, dass sich metallisches Eisen verflüssigte und in den Kernbereich absank.

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  • Quellen

Le Mouélic, S. et al. Dissipation of Titan's north polar cloud at northern spring equinox. In: Planetary and Space Science 60, S. 86 – 92, 2012.

Cottini, V. et al.: Spatial and temporal variations in Titan's surface temperatures from Cassini CIRS observations. In: Planetary and Space Science 60, S. 62 – 71, 2012.

Fortes, A.D.: Titan's internal structure and the evolutionary consequences. In: Planetary and Space Science 60, S. 10 – 17, 2012.

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