Saturns größter Mond ist ein windiger Ort: Rätsel der Dünen auf Titan gelöst
Saturns größter Mond Titan ist ein besonderer Ort. Im Gegensatz zu anderen Monden hat er nicht nur eine dichte Atmosphäre, er hat auch Flüsse und Seen, die aus natürlichen Gasen wie Ethan und Methan bestehen. Ferner hat er auch von Wind gepeitschte Dünen, die Hunderte von Metern hoch, mehr als 1,6 Kilometer breit und hunderte Kilometer lang sind. Ungeachtet dieser Daten deutet alles darauf hin, dass auf der Titan-Oberfläche nur eine leichte Brise weht.
Forschungen, die Devon Burr, einer außerordentlichen Professorin für Erd- und Planetenwissenschaften an der Universität von Tennessee, Knoxville, durchgeführt worden sind haben gezeigt, dass die Winde auf Titan heftiger blasen als bisher angenommen wurde. Diese Entdeckung könnte erklären, wie sich die Dünen gebildet haben.
Die Ergebnisse werden in der aktuellen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Vor zehn Jahren waren Burr und andere Wissenschaftler über die Bilder erstaunt, welche die Raumsonde Cassini von der Titan-Oberfläche machte; noch nie zuvor gesehene Dünen, die durch Teilchen entstanden sind, deren Existenz noch unbekannt war.
„Es war überraschend, dass Titan Partikel in der Größe von Sandkörnern hat – deren Herkunft wir noch immer nicht wissen – und dass der Wind stark genug weht, um diese zu bewegen“, sagte Burr.„Als wir früher die Bilder sahen dachten wir, die Winde die wehen sind nicht stark genug, um diese Teilchen zu bewegen.“
Das größte Geheimnis war jedoch die Form der Dünen. Die Cassini-Daten zeigten, dass die vorherrschenden Winde, welche die Dünen formten, von Ost nach West wehen. Allerdings zeigt das stromlinienförmige Aussehen der Dünen rund um Hindernisse wie Berge und Krater, dass sie von einem Wind erzeugt werden, der sich genau in die entgegengesetzte Richtung bewegt.
Um dieses Rätsel zu lösen, widmete sich Burr in den letzten sechs Jahren der Sanierung eines veralteten Hochdruckwindkanals, der die Bedingungen auf der Oberfläche Titans nachempfinden sollte. Sie und ihr Team stellten dann den Tunneldruck so ein, dass Titans dichte Atmosphäre simuliert wurde. Der „Windkanal-Fan“ drehte dann den Windkanal auf und und untersuchte, wie sich der experimentelle Sand verhält. Wegen der Unsicherheiten in den Eigenschaften des Sands auf Titan, verwendeten sie 23 verschiedene Sorten von Sand im Windkanal, um das mögliche Verhalten des Sands auf Titan erfassen zu können.
Nach zwei Jahren und vieler Modelle und Rekalibrierungen entdeckte das Team, dass, um den Sand zu bewegen, das Minimum an Windgeschwindigkeit auf Titan um etwa 50 Prozent stärker sein muss als bisher angenommen wurde.
„Wir begannen mit früheren Windgeschwindigkeits-Modellen, aber wir mussten die Modelle optimieren um sie den Windkanaldaten anzupassen“, sagte Burr. „Wir stellten fest, dass die Bewegung des Sandes auf der Titan-Oberfläche höhere Windgeschwindigkeiten benötigte, als dies bei den Vorgängermodellen vorgeschlagen wurde.“
Der Grund für die Feinabstimmung war die dichte Atmosphäre. Diese Erkenntnis bestätigte auch die Verwendung von älteren Modellen für Objekte mit dünner Atmosphäre, wie Kometen und Asteroiden. Die Entdeckung, dass eine höhere Windgeschwindigkeit nötig ist, liefert eine Erklärung für die Form der Dünen.
„Wenn die vorherrschenden Winde leicht sind und von Ost nach West blasen, sind sie nicht stark genug um den Sand zu bewegen“, sagte Burr. „Aber ein seltenes Ereignis kann dazu führen, dass die Winde sich kurzzeitig umkehren und heftiger werden.“
Nach atmosphärischen Modellen kehrt sich der Wind während eines Saturnjahres (entspricht in etwa 30 Erdjahren) zweimal um. Diese Umkehrung geschieht dann, wenn die Sonne den Äquator kreuzt, wodurch die Atmosphäre – und in der Folge auch der Wind – sich verlagert. Burr theoretisiert, dass nur während dieser kurzen Zeit der schnellen Winde aus dem Westen die Dünen geformt werden. „Die hohe Windgeschwindigkeit wäre durch Cassini vermutlich unentdeckt geblieben, weil sie sich so selten ereignen“.
Diese Forschung wurde unterstützt durch Zuschüsse vom NASA Astrogeologie- und Geophysik-Programm und dem Forschungsprogramm für äußere Planeten. Ein neuer Zuschuss wird es Burr und Kollegen ermöglichen, sowohl die Winde in verschiedenen Klimazonen auf Titan als auch die Wirkung der elektrostatischen Kräfte der Sand-Bewegung zu untersuchen.
11. Dezember 2014/SP
Verein Kuffner-Sternwarte
