Während ihres Vorbeiflugs von Titan im Jahr 2006 nahm die Raumsonde Cassini einige der detailliertesten Bilder von Saturns größtem Mond auf. Unter ihnen war eine, die die hohen Wolkenformationen über dem Nordpol von Titan zeigte (siehe oben). Interessanterweise haben diese Wolkenformationen eine starke Ähnlichkeit mit denen, die in der polaren Stratosphäre der Erde zu sehen sind.
Im Gegensatz zur Erde bestehen diese Wolken jedoch ausschließlich aus flüssigem Methan und Ethan. Angesichts der unglaublich niedrigen Temperaturen von Titan – minus 185 °C (-300 °F) – ist es nicht verwunderlich, dass eine so dichte Atmosphäre aus flüssigen Kohlenwasserstoffen existiert oder dass Meere aus Methan den Planeten bedecken.
Überraschend ist jedoch, dass in dieser Atmosphäre auch Methankristalle vorkommen. Acht Jahre nachdem die Fotos von Titans Nordpol aufgenommen wurden, sind Astronomen zu dem Schluss gekommen, dass diese Region auch Spuren von Methaneis enthält.
„Die Idee, dass sich Methanwolken so hoch auf Titan bilden könnten, ist völlig neu“, sagte Carrie Anderson, eine an Cassini beteiligte Wissenschaftlerin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland und Hauptautorin der Studie. 'Niemand hat das vorher für möglich gehalten.'
Auf Titan waren bereits andere stratosphärische Wolken identifiziert worden, darunter Wolken aus Ethan – einer Chemikalie, die sich nach dem Zusammenbruch von Methan bildet. Dort wurden auch zarte Wolken aus Cyanoacetylen und Blausäure gefunden, die bei Reaktionen von Methan-Nebenprodukten mit Stickstoffmolekülen entstehen.
Aber Wolken aus gefrorenem Methan wurden in der Stratosphäre von Titan für unwahrscheinlich gehalten. Da die Troposphäre den größten Teil der Feuchtigkeit einfängt, erfordern stratosphärische Wolken extreme Kälte. Selbst die Stratosphärentemperatur von minus 203 °C (-333 °F), die von Cassini südlich des Äquators beobachtet wurde, war nicht kalt genug, um das knappe Methan in dieser Region der Atmosphäre zu Eis zu kondensieren.
Ein zusammengesetztes Bild der Titanatmosphäre, das mit blauen, grünen und roten Spektralfiltern erstellt wurde, um eine verbesserte Farbansicht zu erzeugen. Bildquelle: NASA/JPL/Space Science Institute
Anderson und ihr Co-Autor von Goddard, Robert Samuelson, stellten fest, dass die Temperaturen in der unteren Stratosphäre von Titan nicht in allen Breitengraden gleich sind. Dies basierte auf Daten des zusammengesetzten Infrarotspektrometers von Cassini und des radiowissenschaftlichen Instruments der Raumsonde, die zeigten, dass die Höhentemperatur in der Nähe des Nordpols viel kälter war als die südlich des Äquators.
Es stellt sich heraus, dass dieser Temperaturunterschied – bis zu 6 °C (11 °F) – mehr als ausreicht, um Methaneis zu erzeugen.
Andere Beobachtungen des Wolkensystems von Titan unterstützen diese Schlussfolgerung, beispielsweise wie bestimmte Regionen dichter erscheinen als andere und die größeren erkannten Partikel die richtige Größe für Methaneis haben. Sie bestätigten auch, dass die erwartete Methanmenge – 1,5%, die ausreicht, um Eispartikel zu bilden – in der unteren polaren Stratosphäre vorhanden ist.
Darüber hinaus bestätigt die Beobachtung bestimmte Modelle der angeblichen Funktionsweise der Titan-Atmosphäre.
Nach diesem Modell hat Titan ein globales Zirkulationsmuster, bei dem warme Luft in der Sommerhemisphäre von der Oberfläche aufsteigt und in die Stratosphäre eintritt und langsam zum Winterpol gelangt. Dort sinkt die Luftmasse wieder nach unten und kühlt sich beim Absinken ab, wodurch sich die stratosphärischen Methanwolken bilden können.
„Cassini hat ständig Beweise für dieses globale Zirkulationsmuster gesammelt, und die Identifizierung dieser neuen Methanwolke ist ein weiterer starker Indikator dafür, dass der Prozess so funktioniert, wie wir denken“, sagte Michael Flasar, Goddard-Wissenschaftler und Hauptforscher von Cassinis Composite Infrared Spektrometer (CIRS).
Wie die stratosphärischen Wolken der Erde befand sich die Methanwolke von Titan in der Nähe des Winterpols über 65 Grad nördlicher Breite. Anderson und Samuelson schätzen, dass sich diese Art von Wolkensystem – die sie als absenkungsinduzierte Methanwolken (oder kurz SIMCs) bezeichnen – sich zwischen 30.000 und 50.000 Metern (98.000 bis 164.000 Fuß) über der Oberfläche von Titan entwickeln könnten.
„Titan überrascht weiterhin mit natürlichen Prozessen, die denen auf der Erde ähneln, jedoch mit Materialien, die sich von unserem vertrauten Wasser unterscheiden“, sagte Scott Edgington, stellvertretender Projektwissenschaftler von Cassini am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena, Kalifornien. „Wenn wir uns der südlichen Wintersonnenwende auf Titan nähern, werden wir weiter untersuchen, wie sich diese Wolkenbildungsprozesse mit der Jahreszeit ändern könnten.“
Die Ergebnisse dieser Studie sind in der November-Ausgabe der online verfügbarIkarus.
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