Die Cassini-Huygens-Mission berichtet Überraschendes vom Wetter auf Saturns Mond Titan.
Stück für Stück entschlüsselt die Raumsonde Cassini die Geheimnisse, die sich in der trüben Atmosphäre des Saturnmonds verbergen. Zum Beispiel, was es mit dem exotischen Regen auf dem eiskalten Trabanten auf sich hat. Er besteht nach Meinung von Planetologen nicht aus Wasser – wie auf der Erde –, sondern aus den Kohlenwasserstoffen Methan und Ethan. Das Radar an Bord der Raumsonde tastet zudem die Oberfläche des Riesenmondes ab. Die neueste Überraschung: Es gibt dort Seen aus Kohlenwasserstoffen.
Titan ist mit seiner Atmosphäre einzigartig. Kein anderer Mond im Sonnensystem besitzt eine so dichte Gashülle. Sie ist sogar dichter als unsere Luft: Am Boden des 5150 Kilometer großen Mondes herrscht der 1,6-fache Druck wie auf der Erde. Ebenso wie bei uns überwiegt der Stickstoff – er macht auf Titan rund 90 Prozent der Atmosphäre aus. Leichtere Kohlenwasserstoffe, vor allem Methan, sind nur mit einigen Prozent vertreten. Eine Nebelglocke aus Aerosolen zwischen 100 und 200 Kilometer Höhe verhindert den freien Blick nach unten.
Doch mit Radarechos kann Cassini den Dunst durchdringen. Die Sonde nähert sich bei ihren Saturn-Umkreisungen immer wieder dem Trabanten. Bis auf 950 Kilometer kam sie bereits an ihn heran. Aus den Radardaten gewinnen Forscher auf der Erde dann Bilder, die verraten, wie die Strahlen von der titanischen Landschaft reflektiert werden.
Bei einem Vorbeiflug am 22. Juli 2006 nahm Cassini eine Region in der Nähe des Nordpols – zwischen 73 und 80 Grad nördlicher Breite – ins Visier. Dabei fielen den Astronomen Dutzende Gebiete auf, in denen die Radarstrahlen verschluckt wurden. „Was wir sahen, war dunkler als irgendeine andere Stelle auf Titan”, wunderte sich Cassini-Forscher Larry Soderblom. Die dunklen Flecken auf den Radarbildern stammen hauptsächlich von Gebieten, deren Oberfläche sehr glatt ist, wie bei einem Gewässer. Einige Radar-aufnahmen zeigen flussartige Strukturen, die in die dunklen Gebiete münden. Im Wissenschaftsblatt „nature” schilderten Soderblom und seine Kollegen Anfang dieses Jahres ihren Fund. Sie sind davon überzeugt, dass Cassini einer Seenlandschaft auf die Spur gekommen ist.
Schon vor 20 Jahren wurde über riesige Meere auf Titan spekuliert, die jedoch nicht mit Wasser gefüllt sein sollten, denn dazu ist es auf dem sonnenfernen Mond viel zu kalt. Stattdessen könnten sich Kohlenwasserstoffe wie Methan (CH4) oder Ethan (C2H6) an besonders kalten Stellen als Flüssigkeiten niedergeschlagen haben.
Manche Forscher spekulierten sogar über einen globalen Titan-Ozean, gefüllt mit einer Kohlenwasserstoff-Mixtur. Als Cassini dann 2004 erstmals seinen Bordradar auf den Mond richtete, kam die Ernüchterung: Von großen „Gewässern” keine Spur, erst recht nicht von einem planetenweiten Ozean.
Jetzt scheint es, als wäre bisher nur an den falschen Stellen gesucht worden. Die verdächtigen Dunkelgebiete sind immerhin 3 bis 70 Kilometer groß. Einige sind teilweise trockengefallen, andere dagegen sind bis zum Rand gefüllt. Manche erinnern an wassergefüllte Einschlagskrater oder Seen auf der Erde, die sich in vulkanischen Calderen gebildet haben.
„Welche Kohlenwasserstoffe in den Seen auf Titan vorkommen, kann das Radargerät allerdings nicht ermitteln”, erklärt Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt. Jaumann gehört zum Forscherteam, das für Cassinis VIMS-Instrument (Visual and Infrared Mapping Spectrometer) verantwortlich zeichnet. Es misst in 352 Wellenlängen vom Infraroten bis in den sichtbaren Bereich. Das Spektrometer kann durch Untersuchungen des aufgefangenen Lichts chemische Analysen vornehmen. Doch bei Titan ist die Lage verzwickt: „Wir können den dichten Nebel aus Aerosolen nur in wenigen schmalen atmosphärischen Fenstern durchdringen. Deshalb arbeitet das Instrument hier in erster Linie wie eine Kamera und weniger als Spektrometer. Chemische Analysen sind aus diesem Grund oft schwierig”, meint Jaumann. Der Berliner Planetengeologe hält es jedoch für plausibel, dass die Seen aus Methan und dem gut in Methan löslichen Ethan bestehen. Atmosphärischer Stickstoff könnte ebenfalls zu dem exotischen Cocktail beitragen.
Als Spurengas ist Ethan in Titans Gashülle auf jeden Fall vorhanden. Es entsteht beispielsweise, wenn das UV-Licht der Sonne in der Hochatmosphäre Methan-Moleküle aufbricht und diese Bruchstücke dann weiter reagieren. Ethan ist dabei das häufigste Reaktionsprodukt. Offenbar abhängig von der Jahreszeit kann es sich zu eindrucksvollen Wolken zusammenballen. Auf Titans Nordhalbkugel hat VIMS schon mehrfach Wolken ausgemacht, die wahrscheinlich aus Ethan bestehen. Dort neigt sich zurzeit ein siebenjähriger Winter seinem Ende zu. Ab 2010 wird die Hemisphäre wieder voll von der Sonne beschienen. „Wir gehen davon aus, das hier momentan Ethan herunterregnet, oder – falls es kalt genug ist – Ethan-Schnee vom Himmel rieselt”, sagt Caitlin Griffith, VIMS-Wissenschaftlerin von der University of Arizona.
Jüngst wurde ein riesiges Wolkensystem um den Nordpol aufgespürt, dort, wo man zuvor die Seen gefunden hatte. Stück für Stück setzen die Forscher jetzt das Puzzle eines Kreislaufs zusammen, der von Flüssiggasen gespeist wird. Außer auf der Erde gibt es nirgendwo im Sonnensystem etwas Vergleichbares.
Auch Niederschläge sind auf dem Saturnmond häufig. Das schließt Tetsuya Tokano von der Universität Köln aus den Daten des HASI-Experiments („Huygens Atmospheric Structure Instrument”) an Bord von Huygens. Die Sonde der europäischen Weltraumbehörde ESA war huckepack auf Cassini zum Saturn geflogen und Mitte Januar 2005, am Fallschirm baumelnd, auf Titan gelandet (bild der wissenschaft 3/2005, „Weiche Landung auf Titan”). Am Boden angekommen, schoss sie die ersten Bilder einer marsähnlichen Landschaft, die am nächsten Tag die Titelseiten der Zeitungen auf der ganzen Welt schmückten. Wenige Stunden nach der Landung verstummte Huygens für immer auf der minus 179 Grad Celsius kalten Oberfläche.
Zuvor funkte die Sonde auch zahlreiche Messdaten aus der Gashülle des Saturnmonds zu Erde. Tokano schließt aus ihnen auf einen dauerhaften Methan-Nieselregen zumindest in der Landeregion. Der Meteorologe glaubt, dass dieser Regen zum globalen Methan-Kreislauf auf Titan beiträgt. „Für Überflutungen reicht das jedoch nicht”, meint Tokano. Dazu müssten gelegentliche Regenstürme gewaltige Methan-Flutwellen auslösen. Mögliche Spuren davon hatte Huygens im Anflug auf seinen Landeplatz gesichtet: trockengefallene Flussbetten. Solche Methan-Wolkenbrüche wurden zwar bisher nicht beobachtet, doch Simulationen zufolge sind sie durchaus denkbar. Bei ihnen sollen, folgt man spanischen Physikern, bis zu 110 Kilogramm Regen pro Quadratmeter fallen – vergleichbar mit irdischen Sturzfluten.
Eine ganz besondere Entdeckung sind große äquatoriale Dünenfelder. Auf den Bildern des Radargeräts sind deutlich 100 bis 150 Meter hohe Sanddünen zu erkennen, wie man sie ähnlich im afrikanischen Namibia findet. Die dichte Atmosphäre und die geringe Schwerkraft – sie beträgt knapp 14 Prozent von der auf der Erde – begünstigen die Verfrachtung von Sandkörnern. Die chemische Natur dieses „Sandes” ist bislang unbekannt. Die Spekulationen reichen von Körnern aus Wassereis bis zu festen organischen Substanzen oder eine Mixtur aus beidem.
Silikat-Sand wie auf der Erde ist dagegen unwahrscheinlich. Der Wind, der diese Partikel immer wieder in Bewegung versetzt, entsteht zum Teil aus einer ständigen atmosphärischen West-Ost-Strömung. Hinzu kommen periodisch wechselnde Gezeitenwinde, eine Folge der elliptischen Umlaufbahn Titans um Saturn (bild der wissenschaft 7/2004, „Titan und sein Ringplanet” ).
Momentan füttert Titan-Forscher Tokano sein globales Wettervorhersage-Modell mit Daten zu Windrichtung und -geschwindigkeit. Dabei helfen ihm die Dünen: Denn wie in Namibia verlaufen die titanischen Dünen in der vorherrschenden Windrichtung. Viele andere Parameter seines Modells sind aber noch offen. „Das gilt zum Beispiel für die globale Temperaturverteilung auf der Oberfläche, denn Titans Gashülle stört die Messungen”, bedauert Tokano.
Gerade wurde Cassins Mission bis zum Jahr 2010 verlängert. Sie wird sicher noch manchen Nebelschleier lüften.
Thorsten Dambeck
