Der entschleierte Schleier des Titan

Nachdem der Cassini-Orbiter den Saturnmond Titan intensiv unter die Lupe genommen hat, präsentiert das Team des Imaging Science Subsystem (ISS) eine erste Zwischenbilanz, aus der hervorgeht, dass Titan einst ein höchst dynamischer Himmelskörper war

Trotz diverser Fly-by-Flüge einiger Raumsonden und Observationssequenzen erdgebundener und orbitaler Sternwarten verbirgt Titan seine Geheimnisse hinter einer scheinbar undurchdringlichen Dunstglocke aus Methan und anderen Kohlenwasserstoffen. Was darunter ist, bleibt nebulos. Im Juli, Oktober und Dezember des letzten Jahres wagte der Saturn-Orbiter Cassini damals noch mit dem inzwischen erfolgreich auf Titan niedergegangenen Huygens-Lander im Schlepptau einen Blick hinter die graue Kulisse. Während mehrerer Vorbeiflüge schoss die Sonde mit der ISS-Kamera aussagekräftige Bilder, deren Auswertung noch lange nicht abgeschlossen ist. Jetzt veröffentlichte das ISS-Team in Nature die ersten wissenschaftlich ausgewerteten Daten. Alles in allem deuten sie auf einen bizarren Mond hin, der einst sehr aktiv und dynamisch war. Dank der Vorbeiflüge konnte Cassini dem Mond noch weitere, höchst interessante Geheimnisse entlocken, wie die Forscher berichten

Ein dichter, orange-brauner, höchst bizarr geformter Wolkenteppich schleppt sich scheinbar mühsam in einer Höhe von 400 Kilometern über die Oberfläche des Saturnmondes Titan hinweg. Vereinzelte Wolken sind hier selten. Der Dunst aus Stickstoff, Methan und anderen Kohlenwasserstoffen, der das wahre Antlitz des "mystischen" Gebildes seit jeher vollkommen bedeckt, ist sehr dick. Wie es unterhalb dieses trüben Schleiers aussieht und woraus die Oberfläche sowie die Atmosphäre des größten Begleiters des Saturn im Einzelnen besteht, konnten bislang selbst fantasievolle Astronomen bestenfalls nur erahnen.

Der Südpol des Titan. Cassini passierte diese Region am 2. Juli 2004 das erste Mal - in einer Distanz von 339.000 Kilometer. (Bild

Jetzt aber hat das Darunter an Konturen gewonnen zum einen dank der Huygens-Landesonde, die am 14. Januar dieses Jahres auf dem Saturnmond aufsetzte und zum anderen im Zuge der Fly-by-Flüge der NASA-ESA-Tandemsonde Cassini/Huygens, die, um für die Saturn-Orbits genug Schwung zu bekommen, innerhalb von vier Jahren insgesamt 45 Swing-By-Manöver an Titan durchführen muss. Es bleibt also genug Zeit für die Sonde, Titan näher unter die Lupe zu nehmen. Genau dies tat sie im letzten Jahr mit Bravour.

Vorhang dreimal zur Seite geschoben

Insgesamt dreimal schob sie den trägen Vorhang des Saturnsatelliten zur Seite. Das erste Mal erhaschte sie am 2. Juli 2004 aus einer Entfernung von 339.000 Kilometern einen flüchtigen Blick auf die Südpolpassage des Mondes und erkannte dabei erstmals geologische Strukturen. Die aussagekräftigsten Daten jedoch sammelte der Orbiter bei seinem Vorbeiflug am 26. Oktober 2004, als er sich dem Titan erstmals bis auf 1200 Kilometer näherte und die äußere Atmosphäre des Mondes förmlich ankratzte.

Während das Raumgefährt mit einer Geschwindigkeit von zirka sechs Kilometer pro Sekunde über die dichte Wolkenhülle des Titan hinwegflog, führten die Cassini-Instrumente zahlreiche wissenschaftliche Experimente durch und schossen nebenher auch etliche Fotos von der fernen Welt. Die letzten (in dem Nature-Artikel berücksichtigten) Fotos stammen von dem Vorüberflug am 13. Dezember 2004 (Distanz: 2358 km). Wie substantiell und informationsreich diese Vorbeiflüge waren, dokumentieren zahlreiche beeindruckende Bilder, welche das hochsensible sonneneigene Imaging Science Subsystem (ISS), sozusagen die wissenschaftliche Kamera des Cassini-Orbiters, aufnahm.

Kurzer Exkurs: Das ISS

Das ISS-Kamerasystem des JPL ist aus einer Weitwinkelkamera (ISS-WAC) und einer Kamera mit Teleobjektiv (ISS-NAC) zusammengesetzt. Die NAC liefert aus einer Entfernung von 10.000 Kilometer Distanz Bilder mit einer räumlichen Auflösung von 60 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Ein wesentliches Ziel ist die Erforschung der Oberflächenstruktur, der Morphologie und der geologischen Entwicklung der Saturnmonde. Bei den Saturnringen interessiert die Wissenschaftler besonders die Dicke der Ringe sowie die Größe, Zusammensetzung und physikalische Natur der Ringpartikel. Die Schwarzweiß- und Farbbilder, die es liefert, bilden die Datengrundlage für die meisten geologischen Interpretationen der Oberfläche der Monde.

Eine gewaltige, ringförmige Struktur mit einem Außendurchmesser von etwa 440 Kilometer ist auf diesem Bild zu erkennen, das am 15. Februar 2005 vom Cassini-Radar aus einer Distanz von 1577 Kilometern aufgenommen wurde. Die Krater-Theorie im "Nature", die sich auf das Datenmaterial vom letzten Jahr bezieht, scheint sich zu bestätigen. (Bild

Beide Kameras sind mit einer großen Anzahl verschiedener Spektralfilter ausgestattet, die in zwei Filterrädern angeordnet sind, welche nach dem Vorbild der Wide Field Camera des Hubble Teleskops konstruiert wurden. Insgesamt deckt das System bei den Aufnahmen das elektromagnetische Spektrum von 2000 Angström bis 1,1 Mikrometer Wellenlänge ab.

Während ihrer unregelmäßigen achtmonatigen Observation des Saturnmondes hat die ISS 30 Prozent der Titan-Oberfläche aufgenommen und dabei sogar geologische Strukturen ausgemacht, die in natura eine Größe von einem bis 10 Kilometer haben.

Himmelskörper mit lebhafter Geschichte

Was von den nunmehr ausgewerteten Fotos zu halten ist und wie diese in den Informationskontext einzuordnen sind, ist in dem heute erschienenen zehnseitigen Nature-Fachbeitrag New views of Titan" (10. März 2005, Vol. 434, Nr. 7030, S. 159-168) en detail nachzulesen. Diesen hat die NASA-Forscherin Carolyn C. Porco verfasst. Basierend auf den Anmerkungen und Daten von 36 Forschern aus elf verschiedenen Instituten, die pro forma allesamt als Mitautoren aufgeführt sind, legt die Physikerin des Cassini Imaging Central Laboratory for Operations (CICLOPS) des Space Science Institutes in Boulder (Colorado) die erste offizielle Zwischenbilanz vor. Und sie liest sich gut, weil die Daten aussagekräftig sind zumindest für Insider. Schließlich zeichnen doch die ausgewerteten Bits und Bytes ein Bild, das einen Himmelskörper mit einer dynamischen Atmosphäre zeigt, der auf eine lebhafte Geschichte zurückblicken kann. Denn im Verlauf seiner Geschichte war die Oberfläche des Mondes gewaltigen, erdähnlichen geologischen Prozessen unterworfen, die starke Veränderungen bewirkten.

Diese Dynamik spiegelt sich in den ISS-Aufnahmen deutlich wider: Die Bilder zeigen komplizierte Strukturen auf der Oberfläche, die auf Windeinwirkung, tektonische Prozesse und Flussläufe hinweisen. Sie zeigen auch einige kreisartige Formen, die Einschlagskrater sein könnten, schreibt Dr. Porco und weist zugleich darauf hin, dass bis auf den heutigen Tag noch keine direkten Anzeichen für Flüssigkeiten auf Titan gefunden wurden. We have not directly detected liquids on the surface to date. Gleichwohl detektierten die Forscher während der achtmonatigen Observation des Titan eine geologische Struktur, die einem irdischen Fluss ähnelt. Ob in dem 1500 langen schmalen Gebilde wirklich flüssiges Methan eingebettet ist, und ob die dunklen und kurvenartig sowie geradlinig geformten Muster, welche die ISS auf der Oberfläche des Trabanten fotografierte, Kanäle sind, bleibt reine Spekulation, wie die Forscher betonen.

Bislang drei Wolkenarten entdeckt

Immerhin bestätigte sich, dass auch auf Titan (wie auf Mars) die photochemische Lebenszeit des in der Titan-Atmosphäre en masse vorhandenen Methans begrenzt ist. Deshalb muss, wie die Exo-Geologen vermuten, Methan irgendwo unterhalb der Titan-Oberfläche ständig nachproduziert werden. Aber wie und wo es sich genau generiert, ist bisher völlig unklar. Klarheit herrscht dagegen in einem anderen Punkt: Nicht Methan, sondern Stickstoff ist das häufigste in der Atmosphäre des Mondes anzutreffende Gas, wobei sich hier noch eine reiche Vielfalt von (anderen) Kohlenwasserstoffen tummelt.

Es kristallisierte sich auch heraus, dass in der Atmosphäre von Titan drei verschiedene Wolkenarten heimisch sind. Der dort am häufigsten anzutreffende Typ besteht aus kleineren, hellen Methan-Wolken mit geringem Umfang, die vornehmlich über dem Südpol des Mondes treiben. In dieser Region fanden die Forscher auch eine weitere Wolkenart. Bei ihr handelt es sich um konvektive Wolken von mittlerer Größe, die weitaus dünner sind und nur für einige Stunden existieren.

Superrotation der Luftmassen

Aus diesem Verhalten folgern die Cassini-Experten, dass die Troposphäre schneller um Titan getrieben wird, als der Mond sich um seine eigene Achse dreht. Die Troposphäre hat eine Superrotation; sie bewegt sich also schneller um den Titan als die Oberfläche. Genauer gesagt sind es die Luftmassen in der Troposphäre, die den Mond schneller umkreisen als dieser rotiert, bestätigt der Nature-Mitautor Tilmann Denk vom Institut für Geologische Wissenschaften der Freien Universität in Berlin den Sachverhalt in einem Telefoninterview.

Auf diesen sechs vergrößerten Bildausschnitten, die während des Cassini-Vorbeifluges im Oktober und Dezember aufgenommen wurden, sind nach Ansicht der Forscher verschiedene geologische Prozesse zu sehen, die auch auf Mutter Erde stattfinden. Nähere Erläuterungen zu diesem Bild finden sich auf der Cassini-Huygens-Website der NASA (Bild

Während der Wind sich in der unteren Atmosphäre in einer Höhe von acht Kilometern mit einer Geschwindigkeit von fünf bis sechs Metern in der Sekunde bewegt, geht es in der Troposphäre des Saturntrabanten indes stürmisch zu. Hier flitzten die Luftmassen mit einem Tempo von sage und schreibe 34 Metern in der Sekunde.

Die dritte Wolkenklasse besteht aus sehr großen, dünnen, nebelartigen Gebilden, die sich zudem streifenartig ausdehnen. Von ihnen entdeckten die Forscher bislang elf. Nicht minder interessant ist das Vorhandensein einer losgelösten, in einer Höhe von 500 Kilometern hängenden nebelartigen Struktur, die 150 bis 200 Kilometer höher schwebt, welche die Voyager-Sonde 2 1981 entdeckt und gemessen hat.

Einige alte Daten bestätigten sich

Andererseits untermauern die Cassini-Daten, die von der Muttersonde bis zur DSN-Empfangsstation der NASA in Madrid eine Stunde und 14 Minuten unterwegs waren, jene Beobachtungen, die während des Voyager-Vorbeiflugs und früherer Teleskop-Observationen gelangen. So konnte der emsige Roboter bestätigen, dass die Oberflächentemperatur Titans mit durchschnittlich minus 180 Grad Celsius die Anwesenheit von flüssigem Wasser unmöglich macht. Dies gilt ebenso für die Entstehung nichtphotochemischer Reaktionen, die biologische Aktivität hervorbringen könnte.

Immerhin erlauben die Druckverhältnisse auf Titan, die sich auf 1,5 bar belaufen, die Anwesenheit von flüssigem Methan und anderen Kohlenwasserstoffen. Daneben lösten die Instrumente einzelne Strukturen auf Titan auf, wie etwa die 1.500 Kilometer Durchmesser große kreisrunde Region in der Nähe des Äquators (330 Grad West, 11 Grad Süd), bei der es sich wahrscheinlich um einen Krater handelt, der durch eine gewaltige Kollision von Titan mit einem anderen Objekt erzeugt wurde. Näher spezifizieren konnten die Astronomen auch einige breite und mehrere hundert Kilometer lange Strukturen und größere zusammenhängende Areale. Dank der Reflexion der Oberfläche bei einer Infrarotwellenlänge von 2,0 Mikrometer scheint sicher, dass es sich bei den dunkleren Gebieten um eisreiche Regionen handelt, wobei die helleren Stellen weniger Eis und somit noch andere Materialien enthalten.

http://www.heise.de/tp/artikel/19/19644/1.html