Donnerstag, 6. Dezember 2012

Größter Saturnmond: Neue Studie offenbart Wasserozean mit dicker Eiskruste auf Titan


Archiv: Blick auf die Sichel des Saturnmondes Titan.
| Copyright: NASA/JPL/Space Science Institute 


Stanford (USA) - Neben dem Umstand, dass der Saturnmond Titan neben der Erde als einziger Himmelskörper im Sonnensystem über einen Flüssigkeitskreislauf verfügt, aufgrund der vorhandenen komplexen organischen Verbindungen und dichten Atmosphäre vielen Forschern als Modell der jungen Erde und potentielle Heimat außerirdischen Lebens gilt (s. Links), vermuten einige Astrophysiker unter seiner gefrorenen Oberfläche hinzu sogar einen globalen Ozean flüssigen Wassers. Neue Berechnungen der auf Titan wirkenden Kräfte des Saturnsystems zeichnen nun ein neues Bild des vermuteten Titan-Ozeans und seiner eisigen Kruste.

Die von den Forschern um Professor Howard Zebker von der Stanford University auf dem Herbstreffen der American Geophysical Union (AGU) vorgestellte Neuanalyse der von der Saturnsonde "Cassini" ermittelten topgrafischen und Schwerkraft-Daten von Titan legt nahe, dass die eisige äußere Kruste des Saturnmondes etwa doppelt so dick ist als bislang vermutet.

"Titan hat möglicherweise einen Kern, der aus einer Mixtur aus Eis und Gestein besteht", so Zebker. "Dieser Kern scheint von einem Ozean und dieser wiederum von einer eisigen Kruste bedeckt zu sein."


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Das Gestein im Kern, so vermuten die Wissenschaftler weiter, beinhaltet radioaktive Elemente, die noch aus der Entstehungsphase des Sonnensystems stammen. Wie im Erdkern, so erzeugt auch der Zerfall dieser Elemente im Kern des Titans Hitze, die wahrscheinlich maßgeblich dazu beiträgt, den Ozean vor dem völligen Einfrieren zu bewahren.

Während Titan den Ringplaneten einmal umkreist, dreht er sich selbst langsam einmal um seine eigene Achse. Diese Rotation und der Widerstand des Himmelskörpers gegen jegliche Veränderungen im Kräftezwischenspiel mit Saturn, das sogenannte Trägheitsmoment, kann von den Schwerkraftsensoren an Bord der Sonde gemessen werden. "Das Trägheitsmoment hängt hauptsächlich von der Dicke der unterschiedlichen Materialschichten des Mondes ab", erläutert Zebker.

Auf dieser Grundlage waren der Wissenschaftler und sein Team nun in der Lage, Rückschlüsse auf den inneren Aufbau und Struktur von Titan zu ziehen: "Das Bild, dass sich uns nun von Titan offenbart, zeigt einen Eis-Gesteinskern mit einem Radius von etwa mehr als 2.000 Kilometern. Darüber ein 225 bis zu 300 Kilometer dicker bzw. tiefer Ozean, der wiederum von einer etwa 200 Kilometer dicken Eisschicht bedeckt ist", so Zebker.

Frühere Modellberechnungen des Aufbaus des größten Saturnmondes vermuteten, dass die äußere Eiskruste nur etwa 100 Kilometer dick ist. Wenn es nun aber doppelt so viel Eis auf Titan gibt, so scheint auch die Hitzeabgabe des Kerns geringer zu sein als bislang angenommen. Eine Erklärung hierfür wäre die Vorstellung, dass der Kern selbst aus weniger Gestein und mehr Eis besteht als bislang vorhergesagt.

Das Problem derartiger Schlussfolgerungen ist jedoch der Umstand, dass Titan selbst keine wirkliche Kugel ist, sondern von den Schwerkräften des Saturns derart gestaucht wird, dass der Mond an seinen Polen abgeflacht und am Äquator geweitet wird. Die neuen Daten zeigen nun jedoch, dass Titan sogar noch stärker gestaucht ist, als frühere Gravitationsmodellberechnungen dies nahe legten. Dies deute daraufhin, dass die innere Struktur des Saturnmondes nicht ganz so einfach aufgebaut sei.

"Normalerweise sollte die durchschnittliche Dichte des Titan von der Oberfläche bis hinunter zum Kern etwa gleich bleiben", so Zebker. "Doch genau das ist nicht der Fall, da Titan gestaucht ist. Um mit den Daten übereinzustimmen, müsste die Dichte des Materials unterhalb der Pole etwas größer sein als unter dem Äquator."

Da die Dichte von flüssigem Wasser größer ist als die von Eis, gehen die Forscher davon aus, dass die Eiskruste an den Polen etwas dünner ist als jene des Kerns und dass die Wasserschicht damit entsprechend dicker ist.

Die Wissenschaftler errechneten, dass die Dicke der Eiskruste an den Polen etwa 3.000 Meter dünner ist als am Äquator. Um derart zu variieren muss auch die Hitzeverteilung innerhalb des Mondes unterschiedlich ablaufen. Solche Unterschiede, so die Forscher, können aber wahrscheinlich nicht vom Kern des Mondes ausgehen, da sich die vom Kern generierte Hitze vergleichsweise gleichmäßig in alle Richtungen verteilen sollte.

Laut Zebker könnten die Variationen der Eisdicke das Ergebnis der Beeinflussung der Form der Umlaufbahn des Titans um Saturn sein, die ebenfalls nicht ganz kreisrund verläuft. "Die Veränderungen in der Form der Umlaufbahn zusammen mit der gestauchten Form des Mondes deutet auf einen Zusammenhang hin", so Zebker. "Somit verlagern sich auch die Gezeitenwirkungen auf den Mond, während dieser seinen Planeten umkreist. Und wenn man etwas auch nur ein klein wenig bewegt, so erzeugt man dabei auch ein klein wenig Wärme." Auf diese Weise konzentrieren sich die Wirkungen der Gezeitenkräfte etwas mehr an den Polen als am Äquator, wodurch an den Polen etwas mehr Hitze generiert wird, die dann wiederum das dortige Eis stärker aufschmilzt als in anderen Regionen des Mondes.


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Quelle: stanford.edu
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