Mittwoch, 9. Januar 2013

Kohlenwasserstoff-Treibeis auf Titans Seen nährt Hoffnung auf exotisches Leben auf Saturnmond


Künstlerische Darstellung der von Treibeis bedeckten Seen auf flüssigen Kohlenwasserstoffen auf dem Saturnmond Titan.
| Copyright: NASA/JPL-Caltech/USGS 


Pasadena (USA) - Eine neubewertung von Daten der NASA-Saturnsonde "Cassini" liefert erstmals Hinweise darauf, dass auf den Seen und Meeren aus flüssigem Methan und Ethan auf dem Saturnmond Titan zahlreiche Blöcke aus Kohlenwasserstoff-Treibeis treiben. Die Existenz solcher frei treibenden Eisschollen könnte einige der bislang unerklärlichen unterschiedlichen Radiosignale der Oberflächen diese Seen erklären, wie auch Hinweise auf die Frage geben, ob es auf dem der jungen Erde gleichenden Mond exotische Lebensformen geben könnte.

"Das Entstehen von treibendem Kohlenwasserstoff-Eis ermöglicht das Vorhandensein einer interessanten Chemie an der Grenze zwischen flüssigem und festem Zustand und damit an einer Grenze, wie sie wahrscheinlich auch wichtig für die Entstehung des irdischen Lebens war", erläutert Jonathan Lunine von der Cornell University die Ergebnisse der gemeinsam mit Hauptautor Jason Hofgartner vom kanadischen Natural Sciences and Engineering Research Council durchgeführten Studie, die aktuell im Fachjournal "Icarus" veröffentlicht wurde.

Titan ist neben der Erde der einzige Himmelskörper im Sonnensystem mit stabilen Flüssigkeitskörpern ("Gewässern") und einem atmosphärischen Flüssigkeitskreislauf auf seiner Oberfläche. Während auf der Erde Flüsse, Seen und Meere jedoch mit Wasser gefüllt sind und selbiges vom Himmel regnet, ist es auf Titan ein Gemisch aus den Kohlenwasserstoffen Methan und Ethan. Beides sind zugleich organische Moleküle, die einige Wissenschaftler auch für mögliche Bausteine einer komplexen Chemie halten, aus der heraus sich auch Leben entwickelt haben könnte.


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Vor allem auf der Nordhalbkugel des Saturnmondes hat Cassini ausgedehnte Netzwerke von Flüssen und Seen und Meeren entdeckt, während solche Kohlenwasserstoffgewässer im Süden zwar vorkommen, aber eher selten sind.



Die Seen auf Titan reflektieren Radiowellen der Saturnsonde "Cassini" auf unterschiedliche Weise. Was bislang rätselhaft war, könnte durch Kohlenwasserstoffeis an der Oberfläche der "Gewässer" erklärt werden.
| Copyright: NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell

Bislang gingen die Cassini-Wissenschaftler davon aus, dass es auf den Titan-Seen kein Treibeis geben kann, da Methan - im Gegensatz zu Wasser - in seinem festen Eiszustand dichter ist als in flüssiger Form und entsprechenden Eis somit eigentlich absinken sollte.

Ein neues Modell bezieht nun jedoch auch die Möglichkeit einer Interaktion zwischen den Seen und der Atmosphäre mit ein, wodurch ein anderes Gemisch der Zusammensetzung, Taschen aus Stickstoffgas und Temperatureränderungen entstehen könnten. Das Ergebnis dieser Berechnungen ist die Erkenntnis, dass winterliches Eis tatsächlich auf den Titan-Seen und -Meeren schwimmen bzw. treiben kann, wenn die Temperatur unterhab des Gefrierpunktes von Methan (bei 90,4 Grad Kelvin bzw. minus 182,78 Grad Celsius) fällt und das Eis zudem mindestens fünf Prozent "Titan-Luft" enthält, deren Stickstoffgehalt deutlich höher ist als irdische Luft und die zudem keinerlei Sauerstoff enthält.

Sinkt die Temperatur dann jedoch nur um einige Grade, so beginnt das Eis abzusinken. Dies liegt an dem proportionalen Verhältnis von Stickstoffgas in der Flüssigkeit im Gegensatz zum Verhältnis des Gases in der verfestigten Form der Kohlenwasserstoffe.

Temperaturen nahe am Gefrierpunkt, der bei Methan identisch mit dem Schmelzpunkt ist, können demnach sowohl zu an der Oberfläche treibendem als auch absinkendem Eis führen. In einem solchen Fall entsteht sehr wahrscheinlich an der Oberfläche eine Eiskruste, während zugleich auch der Boden der "Gewässer" mit Eisblöcken übersät ist.



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Welche Farbe dieses Treibeis hat, ist bislang noch nicht ganz klar. Die die Forscher vermuten, dass es wahrscheinlich - ähnlich wie das Wassereis der Erde - farblos mit einem aus der Titan-Atmosphäre stammenden, leicht rötlichen Hauch ist.

"Jetzt wissen wir, dass es durchaus möglich ist, dass das flüssige Methan-Ethan-Gemisch auf Titan zu dünnen Eisblöcken gefriert die dann gemeinsam ganz ähnlich erstarren, wie das arktische Meer im einsetzenden Winter", erläutert Hofgartner. "Nun gilt es, auch diesen Zustand der Titan-Seen und Meere mit einzuberechnen, wenn es darum geht, eine zukünftige Mission zur Erforschung der Titanoberfläche zu planen."

Weitere Aufschlüsse über die Erklärungstheorie die bislang verwirrenden Cassini-Radiosignale von den Titan-Gewässern erhoffen sich die Forscher von weiteren Beobachtungen der Reflektivität dieser Oberflächen. Ein See aus flüssigen Kohlenwasserstoffen sollte sich, wie man dies am Beispiel der nördlichen Titan-Seen schon jetzt beobachten kann, erwärmen, damit antauen und so durch das vom Grund an die Oberfläche steigende Eis deutlich stärker die Radiosignale von "Cassini" reflektieren. Durch diesen Vorgang würde auch eine deutlich gröbere Oberfläche entstehen, die mehr Radiosignale der Sonde reflektiert und dadurch deutlich heller erscheint. Wird das Wetter dann zusehends wärmer, sollte auch das Eis schmelzen, sich die Oberfläche wieder vollkommen verflüssigen und so die Titan-Seen auf den Cassini-Aufnahmen wieder dunkler erscheinen.

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