Sonnensystem: Woher stammt die dichte Atmosphäre des Saturnmonds Titan?
© NASA, JPL / SSI (Ausschnitt)
Schon bald nach dem Beginn der spektroskopischen Erforschung unseres Sonnensystems war den Forschern im frühen 20. Jahrhundert aufgefallen, dass sich das Spektrum des Saturnmonds Titan markant von denjenigen der anderen Saturnbegleiter unterschied. Im Spektrum zeigten sich deutliche Banden von Methan (CH4), dem einfachsten Kohlenwasserstoff. Schon früh gingen daher die Astronomen davon aus, dass Titan im Gegensatz zu allen anderen Planetenmonden eine recht dichte Atmosphäre besitzen muss. Allerdings gelang es erst bei den Vorbeiflügen der Raumsonden Pioneer 11 im Jahre 1979 und von Voyager 1 im Jahre 1980, die Eigenschaften dieser Gashülle genauer zu bestimmen.
Zur großen Überraschung der Forscher besteht die Gashülle nicht wie angenommen, dominant aus Methan, sondern zu weit mehr als 90 Prozent aus molekularem Stickstoff (N2), der auch mit einem Gehalt von 78 Prozent in unserer Atmosphäre vorherrscht. Zudem zeigte sich, dass die Atmosphäre von Titan an der Oberfläche einen Druck von rund 1,5 Bar erzeugt, also rund das anderthalbfache des irdischen Luftdrucks. Allerdings blieb die Herkunft der dichten Gashülle von Titan ein Rätsel. Eine neue Theorie geht nun davon aus, dass sie sich lange nach der Entstehung des Sonnensystems durch zahlreiche Einschläge von Kometen auf der Titanoberfläche bildete.
Die meisten bisherigen Theorien setzen voraus, dass die Gase aus dem Inneren von Titan austraten und über vulkanische Aktivitäten an die Oberfläche befördert wurden. Dort hielt sie dann die Schwerkraft des massereichen Mondes fest, so dass sie sich anreicherten und eine Atmosphäre bildeten. Diese Theorien bedingen aber, dass zumindest kurz nach der Bildung des Mondes dessen Inneres so heiß war, dass es aufschmolz, wodurch sich die leichtflüchtigen Stoffe von den weniger leicht flüchtigen Stoffen trennen konnten.
Allerdings würde dies bedeuten, dass Titan stark differenziert sein müsste und sich alle schweren Bestandteile im Inneren des Mondes als Gesteinskern angesammelt hätten, ähnlich wie dies beim etwa gleich großen Jupitermond Ganymed der Fall ist. Allerdings belegen Analysen des Schwerefelds von Titan, dass dieser Trabant nur eine geringfügige Zunahme der Dichte zum Zentrum hin aufweist, also kaum differenziert ist. Außerdem zeigten massenspektrometrische Untersuchungen der Titanatmosphäre durch die europäische Landesonde Huygens im Jahre 2005, dass in der Titan-Gashülle so gut wie kein Argon-36, ein selteneres Isotop des Edelgases Argon, vorkommt. Dieses wird aber zusammen mit dem weiteren Isotop Argon-38 bei vulkanischen Vorgängen wie Ausgasungen an die Oberfläche befördert, wie das auch bei der Erde der Fall ist. Offenbar ist also Titan auch in der Vergangenheit kaum vulkanisch aktiv gewesen, was ebenfalls für ein kaltes Inneres spricht.
Wenn nun aber ein warmes Titan-Inneres als Quelle der Atmosphäre ausscheidet, woher kam sie dann? Ein Forscherteam um Yasushito Sekine an der Universität von Tokyo schlägt nun vor, dass die Gashülle das Resultat zahlreicher gasreicher Kometen während der Phase des "späten schweren Bombardements" vor rund 3,9 Milliarden Jahren ist. In dieser Zeit fand im ganzen Sonnensystem ein "Großreinemachen" statt, als die Bahnen zehntausender von kleinen Himmelskörpern, die bei der Planetenentstehung übrig geblieben waren, instabil wurden und in der Folge zu Kollisionen mit den acht großen Planeten und ihren Begleitern führten.
Zu dieser Zeit dürfte die Oberfläche von Titan mit einer dicken Schicht aus Ammoniakeis überzogen gewesen sein, das im Saturnsystem in größerer Menge vorkommt. Die Einschläge der Kometen erzeugten heftige Stoßwellen, die das getroffene Ammoniak-Eis zersetzten, wodurch in der Folge große Mengen an molekularem Stickstoff entstanden, die sich dann in der Atmosphäre anreicherten. Damit lässt sich auch das weitgehende Fehlen der Argonisotope Argon-36 und -38 erklären, die bei einem vulkanischen Ursprung zwingend vorhanden sein müssten.
Tilmann Althaus
Zur großen Überraschung der Forscher besteht die Gashülle nicht wie angenommen, dominant aus Methan, sondern zu weit mehr als 90 Prozent aus molekularem Stickstoff (N2), der auch mit einem Gehalt von 78 Prozent in unserer Atmosphäre vorherrscht. Zudem zeigte sich, dass die Atmosphäre von Titan an der Oberfläche einen Druck von rund 1,5 Bar erzeugt, also rund das anderthalbfache des irdischen Luftdrucks. Allerdings blieb die Herkunft der dichten Gashülle von Titan ein Rätsel. Eine neue Theorie geht nun davon aus, dass sie sich lange nach der Entstehung des Sonnensystems durch zahlreiche Einschläge von Kometen auf der Titanoberfläche bildete.
Die meisten bisherigen Theorien setzen voraus, dass die Gase aus dem Inneren von Titan austraten und über vulkanische Aktivitäten an die Oberfläche befördert wurden. Dort hielt sie dann die Schwerkraft des massereichen Mondes fest, so dass sie sich anreicherten und eine Atmosphäre bildeten. Diese Theorien bedingen aber, dass zumindest kurz nach der Bildung des Mondes dessen Inneres so heiß war, dass es aufschmolz, wodurch sich die leichtflüchtigen Stoffe von den weniger leicht flüchtigen Stoffen trennen konnten.
Allerdings würde dies bedeuten, dass Titan stark differenziert sein müsste und sich alle schweren Bestandteile im Inneren des Mondes als Gesteinskern angesammelt hätten, ähnlich wie dies beim etwa gleich großen Jupitermond Ganymed der Fall ist. Allerdings belegen Analysen des Schwerefelds von Titan, dass dieser Trabant nur eine geringfügige Zunahme der Dichte zum Zentrum hin aufweist, also kaum differenziert ist. Außerdem zeigten massenspektrometrische Untersuchungen der Titanatmosphäre durch die europäische Landesonde Huygens im Jahre 2005, dass in der Titan-Gashülle so gut wie kein Argon-36, ein selteneres Isotop des Edelgases Argon, vorkommt. Dieses wird aber zusammen mit dem weiteren Isotop Argon-38 bei vulkanischen Vorgängen wie Ausgasungen an die Oberfläche befördert, wie das auch bei der Erde der Fall ist. Offenbar ist also Titan auch in der Vergangenheit kaum vulkanisch aktiv gewesen, was ebenfalls für ein kaltes Inneres spricht.
Wenn nun aber ein warmes Titan-Inneres als Quelle der Atmosphäre ausscheidet, woher kam sie dann? Ein Forscherteam um Yasushito Sekine an der Universität von Tokyo schlägt nun vor, dass die Gashülle das Resultat zahlreicher gasreicher Kometen während der Phase des "späten schweren Bombardements" vor rund 3,9 Milliarden Jahren ist. In dieser Zeit fand im ganzen Sonnensystem ein "Großreinemachen" statt, als die Bahnen zehntausender von kleinen Himmelskörpern, die bei der Planetenentstehung übrig geblieben waren, instabil wurden und in der Folge zu Kollisionen mit den acht großen Planeten und ihren Begleitern führten.
Zu dieser Zeit dürfte die Oberfläche von Titan mit einer dicken Schicht aus Ammoniakeis überzogen gewesen sein, das im Saturnsystem in größerer Menge vorkommt. Die Einschläge der Kometen erzeugten heftige Stoßwellen, die das getroffene Ammoniak-Eis zersetzten, wodurch in der Folge große Mengen an molekularem Stickstoff entstanden, die sich dann in der Atmosphäre anreicherten. Damit lässt sich auch das weitgehende Fehlen der Argonisotope Argon-36 und -38 erklären, die bei einem vulkanischen Ursprung zwingend vorhanden sein müssten.
Tilmann Althaus
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