Titan: eine erdähnliche Welt an der Seite von Saturn
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Titan: eine erdähnliche Welt an der Seite von Saturn Tetsuya Tokano Institut für Geophysik und Meteorologie Ringvorlesung 2.12.2009 Im Vorfeld der Entdeckung von Titan (1610) “Mediceische Gestirne” Galileische Monde (von Jupiter) Galileo Galilei Louis Figuier (1870) Im Vorfeld der Entdeckung von Titan (1610) “Ohren von Saturn” Entdeckung von Titan (1655) Christiaan Huygens Nichts wesentlich Neues nach 180 Jahren (1836) Tobei Kunitomo Titan bekam endlich einen Namen (1847) Sir John Herschel Entdeckung der Atmosphäre (1907) Randverdunkelung Josep Comas i Solà keine Randverdunkelung Voyager 1 (1980) Überraschungen: • UV-Spektroskopie: N2 ist der Hauptbestandteil • Titan-Atmosphäre ist undurchsichtig (globale Dunstschicht) • Titan-Atmosphäre ist dicker als die Erdatmosphäre 95 % N2 78 % N2 5 % CH4 (Methan) 21 % O2 1 % Ar −180°°C Luftdruck 1467 hPa Luftdruck 1013 hPa Warum ist Titan der einzige Mond im Sonnensystem mit einer dichten Atmosphäre? Wichtige Faktoren für die Existenz einer Atmosphäre • Schwerkraft (Masse) des Mondes • Abstand von der Sonne • Aufbau des Mondinneren • Zusammensetzung der Atmosphäre • Zufällige Konstellation von diversen Umständen Koexistenz von N2 und CH4 hat den Fortbestand der Atmosphäre durch den Treibhauseffekt gesichert Treibhauseffekt durch CH4 verursacht eine Erwärmung um 12° nur 7° wärmer als der Gefrierpunkt von N2 Ohne CH4 würde die Atmosphäre komplett ausfrieren Chemischer Kreislauf der Atmosphäre H Nitrile Kohlenwasserstoffe NH3 Methanclathrate im Boden? vor 4 Mrd Jahren Titan war der einzige Mond, dessen Oberflächenzustand völlig unbekannt war Spekulationen über die Oberfläche ? Hat Titan einen globalen Ozean? C2H2 C2H4 N2 Electron impact dissociation C22H H24 C HCN HCN CH3CN CH3CCH HC N 3 C2H6 C H 4 2 CH4 C2N2 C3H8 photolysis Chemical Models condensation sedimentation Motivation Titan vor Ort zu erkunden • Titan läßt sich teleskopisch unzureichend erkunden • Deutlicher Forschungsrückstand gegenüber anderen Monden (insbesondere in Geologie) • Komplett andere Geologie/Geographie erwartet als auf anderen Monden • Vermutete Ähnlichkeiten mit der Erde • Titan ist mit heutiger Raumfahrttechnologie erreichbar Huygens-Sonde (2005) Elektrizität Meteorologie Chemie Optik Akustik Mechanik Beschleunigungsmessung Fulchignoni et al. (2005) 110 km Höhe Winde Superrotation Bird et al. (2005) 90 km Höhe 30 km Höhe 20 km Höhe 20 km Höhe • Hochfrequente Turbulenz • Relative Feuchtigkeit 100 % über mehrere km • Kein Regenbogen • Keine sichtbaren Regentröpfchen • Kein Gewitter Nieselregen 6,5 km Höhe Tomasko et al. (2005) Soderblom et al. (2007) Landung auf Titan 14. Januar 2005 12.38 MEZ 10°S, 167°E Keine Hinweise für Leben • 12C/13C≈82 (zu niedrig) • Keine makroskopischen Lebewesen (Pflanzen, Tiere) sichtbar Woraus besteht der Boden? Reflexionsspektrum • Keinerlei Ähnlichkeit mit anderen Planeten/Monden • Keine Minerale, keine Kohlenwasserstoffe, keine Aerosole? • Möglich: H2O-Eis, aber mit unbekanntem Material vermengt Tomasko et al. (2005) Woraus besteht der Boden? Chemische Zusammensetzung Plötzlicher Anstieg von CH4 Verdunstung von flüssigem Methan aus dem Boden Niemann et al. (2005) Woraus besteht der Boden? Härtemessung des Bodens harte Kruste (5 mm), darunter matschiges Material Zarnecki et al. (2005) Innerer Aufbau Mittlere Dichte 1880 kg m−3 bedeutet ca. Hälfte Gestein + Hälfte H2O Eiskruste (70 km) Wasserozean? (200 km) Hochdruckeis (600 km) Gesteinskern (1700 km) Phasendiagramm von Eis Wasservorkommen “Eismond” Titan 1010 km3 flüssiges H2O? “Der Wasserplanet” Erde 109 km3 flüssiges H2O Unterschied zum Jupitermond Europa Europa Titan NASA/JPL kein schneebedeckter Gipfel Zebker et al. (2009) Lunine and Lorenz (2009) Seen auf Titan • Geringe Radarreflektivität: spiegelglatte Oberfläche • Geomorphologie • Nachweis von flüssigem Ethan in den Spektren Lunine and Lorenz (2009) Punga Mare Mayda Insula Ligeia Mare Kraken Mare Raulin (2008) Turtle et al. (2009) Globale Wolkenverteilung Rodriguez et al. (2009) Dünen NASA/JPL N 20 km Huygens Landestelle NASA/JPL Sicheldünen Sterndünen Transversale Dünen Longitudinale Dünen Thermische Zirkulation (Hadley-Zirkulation) Ursache: ungleichmäßige Aufheizung der Atmosphäre und Oberfläche Einfluß der Planetenrotation Titan Erde Rotationsperiode 16 Tage Rotationsperiode 1 Tag Winter Sommer Sommer Winter Soderblom et al. (2009) Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
