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Saturnmond: Starke Winde formen Sanddünen auf Titan

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Die Sanddünen auf dem Saturnmond Titan sind riesig: Sie können hunderte von Kilometern lang sein und mehr als hundert Meter hoch. Das enthüllten Radarbilder der NASA-Raumsonde Cassini, die den Titan seit Juli 2004 bei Dutzenden von Vorbeiflügen erkundete. Die Oberfläche des Saturnmonds ist zu rund 20 Prozent von Sanddünen bedeckt, die sich innerhalb von 30 Breitengraden vom Äquator entfernt befinden.

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Sanddünen auf Titan und auf der Erde | Das Radarbild der Raumsonde Cassini (oberes Foto) zeigt Sanddünen auf dem Saturnmond Titan. Die helleren Gebiete sind keine Wolken, sondern landschaftliche Merkmale. In Namibia gibt es Dünen, die ganz ähnlich geformt sind (unteres Bild).
Die Dünen zeigen in Richtung Osten; das heißt, sie müssen durch Winde geformt worden sein, die in dieselbe Richtung wehen (Westwinde). Aber an Titans Äquator wehen größtenteils Ostwinde – das ergibt sich aus Grundprinzipien der Wetterkunde: Messungen der NASA-Raumsonde Huygens hatten gezeigt, dass Winde in Titans höheren Breitengraden Richtung Osten wehen. Die Windrichtungen müssen sich über den ganzen Himmelskörper hinweg ausgleichen – daher müssen die Winde an seinem Äquator nach Westen wehen.

Wie passt das mit der Form der Sanddünen zusammen? Tetsuya Tokano von der Universität Köln hat darauf eine Antwort. Er verfeinerte eine Computersimulation der Titanatmosphäre; dabei achtete er auf kurzfristige Veränderungen der Windrichtung und -stärke, anstatt nur den Durchschnitt von größeren Zeiträumen zu berechnen. Dabei fiel ihm auf, dass sich die Windrichtung regelmäßig für kurze Zeit umkehrt.

Das geschieht während der Tagundnachtgleichen Titans: Diese finden zweimal pro "Titanjahr" statt, also ungefähr alle 14,5 Jahre. Während der Tagundnachtgleiche trifft die Sonnenstrahlung senkrecht auf den Äquator. Die Erwärmung erzeugt Konvektionsströmungen in der Atmosphäre; durch die turbulente Vermischung der Atmosphärengase kehrt sich die Windrichtung am Äquator kurzfristig um. Auf der Erde findet eine ähnliche Umkehr der Windrichtung über dem Indischen Ozean zwischen den Monsunphasen statt.

Darüber hinaus nimmt die Windstärke während dieser Phase zu. Die Westwinde erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 1,8 Metern pro Sekunde. Hier liegt der Schlüssel zur Bildung der Dünen: Die Ostwinde, die meistens am Äquator Titans wehen, sind zu schwach, um die Sandkörner zu bewegen. Dafür sind laut Tokanos Modell Windgeschwindigkeiten von mehr als einem Meter pro Sekunde notwendig – und diese Schwelle überschreiten nur die Westwinde. Auch wenn sie nur kurzfristig auftreten, gestalten sie doch die Oberfläche Titans.

Dieses Rätsel erscheint gelöst, doch andere bleiben. Beispielsweise ist noch unklar, wie all der Sand auf Titan entsteht: Der Sand auf Titan besteht aus organischen Molekülen, insbesondere Kohlenwasserstoffen wie Benzol. Die Dünen bergen mehr Kohlenstoff in sich als alle Kohlevorkommen auf der Erde zusammen. (mk)

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  • Quellen
Lorenz, R.: Winds of Change on Titan. In: Science 329, S. 519–520, 2010.

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