Saturnmond: Wie entstehen die Berge auf Titan?
© NASA, JPL / Caltech (Ausschnitt)
Eine der größten Überraschungen seit die Raumsonde Cassini den Titan mit Radar erkundet, war die große Ähnlichkeit der Oberflächenformen auf dem größten Saturnmond mit den geologischen Strukturen auf der Erde. So existieren über den ganzen Mond verbreitete Flusssysteme und Methanseen, Sanddünen wandern durch trockene Regionen und nur wenige Einschlagkrater zieren die Landschaft. Dies ist der im Sonnensystem einmalig dichten Atmosphäre des Mondes zu verdanken.
Besonders bemerkenswert war jedoch die Entdeckung von Gebirgsketten, die sehr an die Faltengebirge auf der Erde erinnern. Sie erreichen Höhen von etwa 2000 Metern, vergleichbar mit den Karpaten in Osteuropa. Auf der Erde entstehen derartige Gebirge meist durch die Kollision zweier kontinentaler Erdplatten, die dabei gestaucht und aufgefaltet werden. Hierfür ist die Plattentektonik verantwortlich, die durch Konvektionsströme im plastischen Erdmantel die "Drift der Kontinente" von wenigen Zentimetern pro Jahr antreibt.
Plattentektonik ist aber nur von der Erde bekannt, auf Titan tritt sie definitiv nicht auf. Dennoch entstanden die Gebirgszüge eindeutig durch Auffaltung und Verkürzung der Kruste, irgendetwas musste sie zusammengeschoben haben. Aber was?
Dieser Frage ging ein Forscherteam um Giuseppe Mitri am California Institute of Technology in Pasadena nach und kam zum Schluss: Die Gebirgsketten entstanden durch die Schrumpfung des gesamten Mondes seit seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren.
Zu dieser Aussage kam das Team durch Computersimulationen, die den inneren Aufbau und die thermische Entwicklung von Titan seit seiner Entstehung bis in die Gegenwart modellieren. Dabei berücksichtigten sie, dass der Kern von Titan nie stark aufgeheizt war und daher eine relativ homogene Mischung aus Eis und Gestein darstellt.
Über diesem Kern legen die Modelle einen Mantel aus Hochdruckeis, dann einen Ozean aus einer Mischung von flüssigem Wasser und Ammoniak, auf dem eine relativ dünne Kruste aus gewöhnlichem Wassereis schwimmt.
Von innen nach außen nimmt dabei die Temperatur ab, an der Oberfläche von Titan herrschen eisige 94 Kelvin (-179 Grad Celsius). Die allmähliche Abkühlung des Mondes seit seiner Entstehung sorgt dafür, dass nach und nach Teile des unterirdischen Ozeans gefrieren, dabei wächst die Dicke der äußeren Eiskruste. Zudem legt auch der Mantel aus Hochdruckeis an Mächtigkeit zu.
Da das Eis der äußeren Kruste weniger dicht als der Ozean ist (sonst würde es nicht auf ihm schwimmen) und das Hochdruckeis unter dem Ozean eine höhere Dichte besitzt als jener, kommt es dabei zu einer Abnahme des Volumens auf Kosten des unterirdischen Ozeans. Der Mond schrumpft also und dabei legt sich seine äußerste Haut in Falten wie bei einem schrumpelnden Apfel.
Laut dem Modell von Mitri und Kollegen müsste sich demnach der Radius des Mondes innerhalb von 4,5 Milliarden Jahren um sieben Kilometer verkürzt haben, er beträgt derzeit 2575 Kilometer. Dabei verringerte sich das Volumen von Titan um immerhin ein Prozent. Somit ließen sich alle Faltengebirge auf Titan leicht erklären.
Allerdings ist die Idee eines schrumpfenden Himmelskörpers nicht wirklich neu und wurde schon im 19. Jahrhundert von Geologen zur Erklärung der irdischen Faltengebirge wie dem Himalaja oder den Alpen vorgeschlagen. Erst in den 1960er Jahren setzte sich die Erkenntnis durch, dass die auf dem Erdmantel driftenden Kontinentalplatten durch Kollisionen die Faltengebirge entstehen lassen.
Auf den vergleichbar großen Jupitermonden Ganymed und Callisto, die wie Titan ebenfalls zu einem Großteil aus Eis bestehen, finden sich keine Faltengebirge und auch keine Hinweise auf eine Schrumpfung. Um auf etwas Vergleichbares in unserem Sonnensystem zu stoßen, müssen wir uns ganz nach innen zum sonnennächsten Planeten Merkur begeben. Auf ihm finden sich große Verwerfungen, wo sich Teile der kraterübersäten Kruste gegeneinander um bis zu zwei Kilometer verschoben haben. Sie werden als Runzelrücken oder Wrinkle ridges bezeichnet und gelten als Hinweis auf eine Schrumpfung Merkurs, als dessen großer Eisenkern allmählich abkühlte.
Tilmann Althaus
Besonders bemerkenswert war jedoch die Entdeckung von Gebirgsketten, die sehr an die Faltengebirge auf der Erde erinnern. Sie erreichen Höhen von etwa 2000 Metern, vergleichbar mit den Karpaten in Osteuropa. Auf der Erde entstehen derartige Gebirge meist durch die Kollision zweier kontinentaler Erdplatten, die dabei gestaucht und aufgefaltet werden. Hierfür ist die Plattentektonik verantwortlich, die durch Konvektionsströme im plastischen Erdmantel die "Drift der Kontinente" von wenigen Zentimetern pro Jahr antreibt.
Plattentektonik ist aber nur von der Erde bekannt, auf Titan tritt sie definitiv nicht auf. Dennoch entstanden die Gebirgszüge eindeutig durch Auffaltung und Verkürzung der Kruste, irgendetwas musste sie zusammengeschoben haben. Aber was?
Dieser Frage ging ein Forscherteam um Giuseppe Mitri am California Institute of Technology in Pasadena nach und kam zum Schluss: Die Gebirgsketten entstanden durch die Schrumpfung des gesamten Mondes seit seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren.
Zu dieser Aussage kam das Team durch Computersimulationen, die den inneren Aufbau und die thermische Entwicklung von Titan seit seiner Entstehung bis in die Gegenwart modellieren. Dabei berücksichtigten sie, dass der Kern von Titan nie stark aufgeheizt war und daher eine relativ homogene Mischung aus Eis und Gestein darstellt.
Über diesem Kern legen die Modelle einen Mantel aus Hochdruckeis, dann einen Ozean aus einer Mischung von flüssigem Wasser und Ammoniak, auf dem eine relativ dünne Kruste aus gewöhnlichem Wassereis schwimmt.
Von innen nach außen nimmt dabei die Temperatur ab, an der Oberfläche von Titan herrschen eisige 94 Kelvin (-179 Grad Celsius). Die allmähliche Abkühlung des Mondes seit seiner Entstehung sorgt dafür, dass nach und nach Teile des unterirdischen Ozeans gefrieren, dabei wächst die Dicke der äußeren Eiskruste. Zudem legt auch der Mantel aus Hochdruckeis an Mächtigkeit zu.
Da das Eis der äußeren Kruste weniger dicht als der Ozean ist (sonst würde es nicht auf ihm schwimmen) und das Hochdruckeis unter dem Ozean eine höhere Dichte besitzt als jener, kommt es dabei zu einer Abnahme des Volumens auf Kosten des unterirdischen Ozeans. Der Mond schrumpft also und dabei legt sich seine äußerste Haut in Falten wie bei einem schrumpelnden Apfel.
Laut dem Modell von Mitri und Kollegen müsste sich demnach der Radius des Mondes innerhalb von 4,5 Milliarden Jahren um sieben Kilometer verkürzt haben, er beträgt derzeit 2575 Kilometer. Dabei verringerte sich das Volumen von Titan um immerhin ein Prozent. Somit ließen sich alle Faltengebirge auf Titan leicht erklären.
Allerdings ist die Idee eines schrumpfenden Himmelskörpers nicht wirklich neu und wurde schon im 19. Jahrhundert von Geologen zur Erklärung der irdischen Faltengebirge wie dem Himalaja oder den Alpen vorgeschlagen. Erst in den 1960er Jahren setzte sich die Erkenntnis durch, dass die auf dem Erdmantel driftenden Kontinentalplatten durch Kollisionen die Faltengebirge entstehen lassen.
Auf den vergleichbar großen Jupitermonden Ganymed und Callisto, die wie Titan ebenfalls zu einem Großteil aus Eis bestehen, finden sich keine Faltengebirge und auch keine Hinweise auf eine Schrumpfung. Um auf etwas Vergleichbares in unserem Sonnensystem zu stoßen, müssen wir uns ganz nach innen zum sonnennächsten Planeten Merkur begeben. Auf ihm finden sich große Verwerfungen, wo sich Teile der kraterübersäten Kruste gegeneinander um bis zu zwei Kilometer verschoben haben. Sie werden als Runzelrücken oder Wrinkle ridges bezeichnet und gelten als Hinweis auf eine Schrumpfung Merkurs, als dessen großer Eisenkern allmählich abkühlte.
Tilmann Althaus
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