Wie Titans Seen auf die Erde gelangen
Saturns Mond Titan ist neben der Erde das einzig bekannte Objekt des gesamten Sonnensystems, auf dessen Oberfläche Flüssigkeit über einen nicht unerheblichen Zeitraum existiert. Soviel steht fest. Dass es sich dabei nicht um flüssiges Wasser handelt, ist bei einer durchschnittlichen Oberflächentemperatur von etwa minus 180°C - aufgrund der gleichmäßig das einfallende Sonnenlicht absorbierenden dicken Mondatmosphäre beträgt der Temperaturunterschied zwischen dem Äquator und den Polen nicht mehr als drei Grad Celsius - ebenso unumstößlich. Darüber hinaus wird es recht schwammig.
Wasser übernimmt vor diesem frostigen Hintergrund auf Titan im übertragenen Sinne eher die Rolle des Silikatgesteins bzw. der -minerale der Erdkruste, da es bei den vorgefundenen Temperaturen zu mit Silikatgesteinen vergleichbaren Konsistenzen ausfriert. Allerdings lässt sich das Vorhandensein „echter“ silikatische Minerale (möglicherweise Olivin und Pyroxene) innerhalb des mächtigen festen Mondkerns als hinreichend gesichert annehmen.
Die hydrokarbonen Oberflächenflüssigkeiten des Titan bestehen in ihrer Mehrheit aus einem Gemisch aus Methan und Ethan, wobei ihre jeweils genauen Volumenanteile im Zuge einer nur lückenhaft vorhandenen Datenbasis über das Verhalten dieser Substanzen bei niedrigen Temperaturen, allenfalls unzureichend eingeschätzt werden können.
Die Gewässer sind auf Titan sehr ungleichmäßig verteilt. Nachdem derzeit etwa 50% des Mondes durch Radar kartiert ist, scheint der Anteil der radardunklen Gebiete, die als flüssigkeitshaltende Merkmale interpretiert werden, in der südlichen Hemisphäre nur ca. 0,4 % (möglicherweise auch 0,5-0,7%) zu betragen, in der nördlichen hingegen bei etwa 10 % zu liegen, was einem fast zwanzigfach höheren Anteil entspricht. Dieses Ungleichgewicht hängt womöglich mit der elliptischen Umlaufbahn des Saturn und dem damit einhergehenden schwankenden Sonnenabständen von immerhin 11% zusammen, was auf der Südhemisphäre in Verbindung mit der um 26,7° zu Ekliptik geneigten Rotationsachse, kurze und Warme Sommer auslöst, die zum Austrocknen vieler dortiger Oberflächengewässer führen können. Auch, wenn sich der Flüssigkeitsstand um nur wenige Dezimeter je Jahr senkt. Vermutlich alterniert die Distribution der Seen zwischen Nord- und Südpol vor dem Hintergrund der langsamen Drehung der Ellipse der Saturnbahn um die Sonne alle 45.000 Jahre, genügend Zeit, um ausgetrocknete Seebecken in der jeweils nicht begünstigten Hemisphäre erodieren zu lassen. Im Einklang mit diesem Szenario liegen die wenigen bekannten Einschlagkrater auf Titan in niedrigen Breiten. Krater in höheren Breiten werden vermutlich rasch eingeebnet.
Ihre konzentriertesten Vorkommen finden die Gewässer darum aktuell auch innerhalb beider Polregionen und könnten offenbar in jüngster geologischer Vergangenheit unter anderem einen beachtenswerten Flüssigkeitseintrag über flussähnliche Strukturen erfahren haben.
Die drei in ihrer Ausdehnung größten radardunklen Oberflächenmerkmale Kraken Mare, Ligeia Mare und Punga Mare erreichen mit bis zu 100.000 km² Dimensionen großer irdischer Binnenmeere. Um den Südpol hält mit 20.000 qm² Größe Ontario Lactus den derzeitigen Rekord, der wegen der übereinstimmenden Größe mit dem an der Grenze der Vereinigten Staaten zu Kanada liegenden Ontariosees passenderweise gleich nach ihm benannt wurde. Der atmosphärische Kreislauf, das Herabregnen, Sammeln und Fließen von Kohlenwasserstoffen prägt also die eisige Oberfläche in vielfältiger Weise, flüssiges Methan schneidet sich erosiv in die Eisoberfläche ein und bildet so hügelige Reliefs. Alles in allem geologische und chemische Prozesse, überraschend ähnlich denen auf der Erde.
Um zukünftig nicht nur weiterhin über diese überraschenden und vermeintlichen Ähnlichkeiten zu staunen, sondern um sie (noch) besser verstehen zu können, werden einige Landschaftsteile des kalten Saturnmondes maßstäblich auf Laborgröße angepasst, auf die Erde transferiert. Gegenwärtig herrscht zwar beispielsweise über die oben beschriebenen Abläufe hinsichtlich der Flüssigkeitszufuhr in die Binnenmeere durch Fließstrukturen ein breiter Konsens, alternativ kann jedoch ein denkbares Szenario, wonach die großen Seen als Impaktkrater angesehen werden, die über riesige unterirdische Flüssigkeitsreservoirs gespeist werden, nicht in letzter Konsequenz ausgeschlossen werden. Eine weitere, hierauf aufbauende Hypothese sieht die den Seen vorausgegangenen Impakte als so gewaltig an, dass sie den aus Wassereis bestehenden Mantel des festen Mondkörpers komplett entfernten und so einen spekulativ vorhandenen globalen Ozen an diesen Stellen freilegten.
Eine Schlüsselrolle bei der Beurteilung dieser Fragen wird dabei sicherlich dem Evaporationsprozess der Kohlenwasserstoffseen, welcher erst in Ansätzen verstanden ist, zufallen, da sich aus der zeitlichen Abfolge und Dauer des „Verdunsten“ (Stichworte hierbei saisonale Bedingungen und Klimazyklen) der Seen kausale Zusammenhänge hinsichtlich ihrer Ursächlichkeiten bestimmen lasen.
Zu diesem Zweck wird in einer zwei Meter großen, zylindrischen Kammer eine kalte Stickstoffatmosphäre mit einem 50% höheren Atmosphärendruck, als er auf Titans Oberfläche herrscht, simuliert, in die kleine Mengen Methan und/oder Ethan zugeführt werden, die bei etwa minus 178°C zu erwartungsgemäß ca. 1 cm „tiefen“ Mini-Seen am Zylinderboden kondensieren. Die durch schrittweise Anhebung der Temperatur erzeugten Änderungen der Evaporationsraten werden zeigen, ob die getroffenen Voraussagen, wonach das Ethan eine deutlich langsamere Evaporationsrate aufweist, gehalten werden können. Ethan besitz im Vergleich zu Methan ein höheres Molekülgewicht, wie sehr sich dieser Umstand allerdings auf die zu erwartenden Evaporationsraten auswirkt, bleibt abzuwarten. Gänzlich Ergebnisoffen hingegen ist man bei der Frage, mit welchem Resultat bei einem direkten Zusammentreffen von Methan und Ethan mit dem sich aus der Atmosphäre lösenden Stickstoff gerechnet werden muss.
Hierbei offenbart Titan die spannende Konstellation des Vorhandenseins von organischen Reaktionen bei gleichzeitiger Abwesenheit von Leben, insbesondere anhand der substantiellen, große Mengen Tholine ( jene organischen Moleküle, die als Vorläufer für die Bausteine des Lebens gelten) enthaltenden Mondatmosphäre. Sie (die Tholine) bilden sich unter ultraviolettem Strahlungseinfluss der Sonne aus dem vorhandenen Methan und spiegeln möglicherweise große Teile der Chemie wider, die vor Milliarden von Jahren den biologischen Ball auf der Erde in Spiel brachte.
Da die organische Reaktion in der Titanatmosphäre mit der Zerstörung der Methanmoleküle endet, ist ein fortdauernder gasförmiger Nachschub zur konstanten Aufrechterhaltung des Reaktionsablaufes notwendig. Welche Rolle den Oberflächengewässern in diesem Szenario zufällt, ist derzeit vordringlichster Gegenstand aktueller Abschätzungen.
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Gibt es einen Grund, weshalb man den höheren Druck verwendet?
Btw,
"...in der südlichen Hemisphäre nur ca. 0,4 % zu betragen, in der nördlichen hingegen bei etwa 10 % zu liegen, was einem zwanzigfach höheren Anteil entspricht."
Möchtest du das nicht noch mal nachrechnen? ;-)
Lars,
man möchte sich zunächst einmal langsam "vortasten" und das Verhalten bei verschieden hohen Drücken kennen lernen. Um dabei eine möglichst breite Datenbasis zu erlangen, hat man sich für eine weite "Range" entschieden.
Desweiteren hast Du natürlich völlig recht. Es hätte "fast 20-fach" heißen sollen (wie es eigentlich geplant war), denn diese 0,4% stellen auch nur einen leidlichen Kompromiss dar. Ich habe beim Schreiben das "fast" verloren und hätte darüber hinaus vielleicht auch noch explizit auf die Schwierigkeiten bezüglich der Hochrechnungen eingehen können.Dafür bitte ich um Nachsicht. Wenn man 0,4 als feste Größe nimmt, sollte man in der Tat auf 25 erhöhen.
...und von welcher Institution?
'Um zukünftig nicht nur weiterhin über diese überraschenden und vermeintlichen Ähnlichkeiten zu staunen, sondern um sie (noch) besser verstehen zu können, werden einige Landschaftsteile des kalten Saturnmondes maßstäblich auf Laborgröße angepasst, auf die Erde transferiert.'
Eine prinzipielle Frage: Ein interessanter Artikel. Aber auf welchen Quellen beruht er? Was ist Fakt, was ist Spekulation oder eigene Wertung des Autors? Welche Dokumente nutzte der Autor, was wurde dort berichtet? Nichts davon ist dem Artikel entnehmbar...
Wenn ich mit anderen über die hier genannten Details diskutieren möchte, muss ich mit Nachfragen nach den Quellen meines 'Wissens' rechnen. Wenn ich dann nicht mehr entgegnen kann als: 'Hab's mal irgendwann in einem Internet-Blog gelesen', wird mein Gegenüber mit dieser Info und dem ihm gerade Mitgeteilten wohl nicht viel anfangen können. Bei öffentlichen Vorträgen sind solche Nachfragen gar nicht selten...
Die Hintergründe zu dem vorgestellten Vorhaben stammen vom Rande einer sogenannten CHARM-telecon, einer in regelmäßigen Abständen abgehaltenen Cassini-Huygens Analysis and Results from the Mission-Telefonkonferenz, in der mitunter auch zukünftig geplante Tätigkeiten skizziert werden, ohne das es dazu schon einen zu benennenden Stab gibt. Sie verstehen sich mehr als allgemeine Informationsbörsen und Foren, bei denen auch Inoffizielles einen gewissen Raum einnimmt. Meines Wissens nach wurde über die Inhalte (auch vergangener Veranstaltungen)niemals ein Paper oder Letter verfasst.Wenn man also den Gehalt der Konferenzen an der Anzahl der Veröffentlichungen messen will, kann ich dazu leider keine Entsprechung liefern. Aber vielleicht ist ja gerade dieses Projekt das erste, was mit der Tradition bricht...
Das hier erwähnte Experiment ist bereits in diversen Veröffentlichungen im Web beschrieben, unter anderem hier:
http://www.physorg.com/news183911019.html
Der Name des betreffenden Experimentators is Vincent Chevrier von der University of Arkansas.
Dort steht allerdings:
"Pressure 50% higher than on the Earth" bedeutet 1.5 bar, also der atmosphärische Oberflächendruck auf Titan.
Im obigen Blog-Artikel steht zwar "50% höher als auf Titan", weil man sich "herantasten" wolle, aber die Darstellung in der physorg-Veröffentlichung klingt plausibler.
'Sie verstehen sich mehr als allgemeine Informationsbörsen und Foren, bei denen auch Inoffizielles einen gewissen Raum einnimmt.'
'Inoffizielles' sollte dann aber auch im Text als solches gekennzeichnet sein.
Dort aber heißt es:
'...um..., *werden* einige Landschaftsteile des kalten Saturnmondes maßstäblich auf Laborgröße angepasst...'
Dieser Formulierung ist nicht entnehmbar, ob die Versuche gerade durchgeführt werden oder ob sie noch kommen sollen. Wie steht es also nun damit?
Auch wenn diese Informationen 'vom Rande einer sogenannten CHARM-telecon' stammen, müssen doch die Namen der durchführenden Institution, bzw. des PI oder des Teams genannt worden sein.
Falls nicht, wäre das Ganze nicht mehr als ein Gerücht. Wie steht es denn mit den Fakten? Zumindest muss doch zu orten sein, wer über das Thema am Rande der CHARM-telecon berichtete...
Das abstrakte Selbstverständnis als Grundgedanken oder den Motivationsgrund zu kennzeichnen ist nicht immer ganz einfach. Zumal nicht zwangsläufig das „nicht förmlich“ (also inoffiziell) Vorgebrachte auch gleichzeitig im Sinne von „unbestätigt“ verstanden werden kann bzw. muss.
>...Dieser Formulierung ist nicht entnehmbar, ob die Versuche gerade durchgeführt werden oder ob sie noch kommen sollen...Auch wenn diese Informationen 'vom Rande einer sogenannten CHARM-telecon' stammen, müssen doch die Namen der durchführenden Institution, bzw. des PI oder des Teams genannt worden sein.
Falls nicht, wäre das Ganze nicht mehr als ein Gerücht<
Den Informationsgehalt von Mitteilungen an explizit diesen beiden Kriterien zu knüpfen, wird mitunter der Sache nur wenig gerecht. Aus meiner eigenen Anschauung sind mir einige Situationen geläufig, in denen am Rande von Zusammenkünften über andersartig gelagerte Thematiken beraten wurde, oder die in einem solchen Zusammenhang auch nur angesprochen wurden, und die sich als alles andere als Gerüchte herausstellten. (Nebenbei: Im Profisport funktioniert ein Großteil der gesamten Ablöse- und Wechselindustrie nach diesem Prinzip.)
Trotzdem will ich natürlich gerne versuchen, Ihre Fragen nach bestem Wissen und Gewissen, sowie nach meinen Möglichkeiten zu beantworten.
Nun also zu den von Ihnen angefragten Fakten: Zu den Telcons werden Wortprotokolle geführt. Allerdings erst ab offiziellem Beginn der jeweiligen Zusammenkünfte. „Am Rande“ der erwähnten Telcon soll also insofern das Nichtauftauchen des im Beitrag beschriebenen Themas auf der „offiziellen“ Tagesordnungsliste der in meiner Antwort erwähnten Telcon ausdrücken.
Ein Wortprotokoll über das in Rede stehende Gespräch existiert aus diesem Grunde nicht. Beteiligte lassen sich darum auch nicht ohne gewisse Unsicherheiten (vielleicht möchte man es auch „Restrisiko“ nennen) titulieren.
Dies vorausgeschickt ist mir von Teilnehmerseite ein Name genannt worden, der am Rande der Telcon (also noch vor deren offiziellem Beginn) von dem im Beitrag beschriebenen Vorhaben berichtete. Da ich diese Person noch nicht persönlich erreicht habe, um seine Erlaubnis zur öffentlichen Namensnennung einzuholen, verzichte ich zunächst auch darauf. (Nachtrag: Art Getter heißt er, war zwar verwundert über das Interesse seinen Namen betreffend, aber auch bereit, ihn nennen zu lassen) Nennen kann ich allerdings (da offiziell mit dem im Text beschriebenen Vorhaben vertraut) Herrn Dr. Vincent Chevrier, der sicher auch genaue und hochkompetente Auskunft über handwerkliche und/oder planungs- sowie haushaltsrechtliche Fragen geben kann. Vincent Chevrier war nach den vorliegenden Unterlagen nicht bei der Telcon anwesend, weder persönlich in Pasadena, noch telef. zugeschaltet. Dr. Chevrier ist Assistenz-Professor am Arkansas Center for Space and Planetary Sciences der University of Arkansas in Fayetteville, Arkansas/USA.
Er und seine Kollegen führen die in dem Text beschriebenen und alle weiteren direkt damit einhergehenden Arbeiten und Untersuchungen/Überlegungen gebettet auf einer Finanzierungsgrundlage durch, die aus NASA-Mitteln bestritten wird und die (vorbehaltlich der für Außenstehende kaum vorhandenen Verifizierungsmöglichkeit) aus dem Teilhaushalt des Mission Directorate Science nicht an eines der NASA Center, sondern an eine der angegliederten NASA-Einrichtungen geflossen ist. Diese Einrichtung, das California Institute of Technology (CalTech), Pasadena, Kalifornien/USA, ist auf Grundlage der derzeitigen eigenen Internetpräsenz derzeit weder direkt, noch mittelbar an Überlegungen oder Durchführungen, die mit dem im Text erwähnten Vorhaben stehen, beteiligt. Unter welchen Umständen die Finanzmittel nun den Haushalt eines der NASA angegliederten Institutes verlassen, und sich im Finanztopf der Universität von Arkansas wiederfinden, war im Rahmen der von mir erwähnten Telcon nach den mir zugänglichen Informationsquellen zu keinem Zeitpunkt Gegenstand irgendeines Gespräches, weder offiziell, noch inoffiziell.
Ich würde mich freuen, wenn ich Ihnen trotz des beschränken Informationsumfangs in ihrem Sinne behilflich gewesen sein konnte.
Es hätte aber auch schon gereicht, die Telecon und die daran beteiligten Institutionen (nicht unbedingt einzelne Wissenschaftler) als Quelle zu nennen. So ganz ohne Quelle geht es aber nicht, das gilt auch für die Abbildungen. Auch wenn es offensichtlich ist, dass die nicht vom Autor selbst stammen, und auch wenn sie frei verwendbar sind, gehört es doch zum guten Ton (und zur journalistischen Pflicht) die Quellen korrekt zu nennen.
Ansonsten: Interessanter Artikel!
'Ein Wortprotokoll über das in Rede stehende Gespräch existiert aus diesem Grunde nicht......Dies vorausgeschickt ist mir von Teilnehmerseite ein Name genannt worden, der am Rande der Telcon (also noch vor deren offiziellem Beginn) von dem im Beitrag beschriebenen Vorhaben berichtete....
...(Nachtrag: Art Getter heißt er, war zwar verwundert über das Interesse seinen Namen betreffend, aber auch bereit, ihn nennen zu lassen)...'
Besten Dank für Ihre Ausführungen. Danach verdanken wir die detailierten Informationen in Ihrem Artikel also einem ungenannten Telcon-Teilnehmer, der Ihnen erzählte, was ihm wiederum von jenem Art Getter erzählt worden war.
Ein erstaunlicher Vorgang, denn er zeugt von phänomenalen Gedächtnisleistungen aller Beteiligten.
Warum? Nun, nachdem ich Ihrer Empfehlung folgend, nähere Informationen beim Leiter des Experiments einzuholen, auf diesen Artikel zum Thema stieß:
http://www.physorg.com/news183911019.html
und dort z. T. Sätze und Passagen las, die den Ausführungen in ihrem Blog-Artikel zum verwechseln ähnlich sind, stellte sich natürlich die Frage: Wie ist das möglich?
Außer dem vermuteten Supergedächtnis der an der 'Informationskette' Beteiligten, könnte es aber auch sein, dass Ihr Informant sich einfach beim Namen vertan hat und nicht Art Getter meinte, sondern Michael Schirber, den Autor des oben verlinkten Artikels. Das lässt sich sicher noch klären.
Nur bedingt spektakulär scheinen die Gedächtnisleistungen aber nicht nur beim Speichern von Namen, sondern auch bei einigen wesentlichen Details zu sein. Laut Artikel bei physorg.com arbeitet die Versuchseinrichtung mit einem um 50% höheren Druck als dem der Erdatmosphäre (dies entspricht genau dem Druck auf der Titanoberfläche!):
'To mimic the moon's atmosphere, the 2-meter-high steel cylinder will hold ultra-cold nitrogen gas at a pressure about 50% higher than on Earth.'
In Ihrem Artikel heißt es dagegen:
'Zu diesem Zweck wird in einer zwei Meter großen, zylindrischen Kammer eine kalte Stickstoffatmosphäre mit einem 50% höheren Atmosphärendruck, als er auf Titans Oberfläche herrscht, simuliert,...'
Die Nachfrage von Herrn Fischer:
'Gibt es einen Grund, weshalb man den höheren Druck verwendet?'
beantworteten Sie dann so:
'man möchte sich zunächst einmal langsam "vortasten" und das Verhalten bei verschieden hohen Drücken kennen lernen.'
Frage: Ist das Ihre Vermutung oder hat Ihnen das Ihr ungenannter Informant so erläutert?
Im Voraus vielen Dank für Ihre Mühe.
Inkl. Foto der Simulationskammer:
http://www.astrobio.net/...-titan’s-lakes-on-earth
Posted: 01/28/10
Author: Michael Schirber