In der antiken griechischen Überlieferung waren die Titanen riesige Gottheiten von unglaublicher Stärke, die während des legendären Goldenen Zeitalters regierten und die olympischen Götter geboren haben, die wir alle kennen und lieben. Saturn Sein größter Mond, bekannt als Titan, ist daher passend benannt. Abgesehen davon, dass er der größte Mond des Saturn ist – und der zweitgrößte Mond der Welt Sonnensystem (nach Jupiters Mond Ganymed ) – es ist volumenmäßig größer als selbst der kleinste Planet, Quecksilber .
Abgesehen von seiner Größe ist Titan auch deshalb faszinierend, weil es der einzige natürliche Satellit ist, von dem bekannt ist, dass er ein dichte Atmosphäre , eine Tatsache, die das Studium bis vor kurzem sehr erschwert hat. Darüber hinaus ist es das einzige Objekt außer der Erde, auf dem eindeutige Hinweise auf stabile Oberflächenflüssigkeitskörper gefunden wurden. All dies macht Titan zum Brennpunkt vieler Neugier und zu einem erstklassigen Standort für zukünftige wissenschaftliche Missionen.
Entdeckung und Benennung:
Titan wurde am 25. März 1655 vom niederländischen Astronomen Christiaan Huygens entdeckt. Huygens war von Galileis Verbesserungen bei den Teleskopen und seiner Entdeckung von Monden, die den Jupiter im Jahr 1610 umkreisen, inspiriert worden. Bis 1650 begann er mit der Hilfe seines Bruders (Constantijn Huygens, Jr.) ein eigenes Teleskop zu entwickeln und beobachtete den ersten Mond von Saturn.
Im Jahr 1655 nannte Huygens esSaturn Mond(lateinisch für „Saturns Mond“) in einem Traktat De Saturni Luna Observatio Nova ('Eine neue Beobachtung des Saturnmonds“). Als Giovanni Domenico Cassini zwischen 1673 und 1686 vier weitere Monde um Saturn herum entdeckte, begannen Astronomen sie als Saturn I bis V zu bezeichnen (wobei Titan an vierter Stelle als Saturn IV stand).
Eine Nachbildung des Teleskops, mit dem William Herschel Uranus beobachtete. Bildnachweis: Alun Salt/Wikimedia Commons
Nach William Herschels Entdeckung von Pantomimen und Enceladus im Jahr 1789, die dem Saturn näher sind als alle größeren Monde, mussten die Saturnmonde erneut umbenannt werden. Von da an wurde der Titan-Status als Saturn VI festgelegt, trotz der Entdeckung mehrerer kleinerer Monde, die seitdem näher am Saturn waren.
Der Name Titan wurde zusammen mit den Namen aller sieben großen Saturn-Satelliten von William Herschels Sohn John vorgeschlagen. 1847 veröffentlichte John Herschel Ergebnisse astronomischer Beobachtungen am Kap der Guten Hoffnung , in dem er vorschlug, die Monde nach den mythologischen Titanen zu benennen – den Brüdern und Schwestern von Cronus, dem griechischen Äquivalent zu Saturn.
Im Jahr 1907 beobachtete der spanische Astronom Josep Comas i Solà eine Verdunkelung der Gliedmaßen von Titan. Dieser Effekt, bei dem der mittlere Teil eines Planeten oder Sterns heller erscheint als der Rand (oder Rand),war der erste Hinweis darauf, dass Titan eine Atmosphäre hatte. 1944 verwendete Gerard P. Kuiper eine spektroskopische Technik, um festzustellen, dass Titan eine Atmosphäre aus Methan hatte.
Größe. Masse und Umlaufbahn:
Mit einem mittleren Radius von 2576 ± 2 km und einer Masse von 1,345 × 1023kg, Titan ist 0,404 so groß wie die Erde (oder 1,480 Monde) und 0,0225 Mal so massiv (1.829 Monde). Seine Umlaufbahn hat eine geringe Exzentrizität von 0,0288 und seine Umlaufbahn ist um 0,348 Grad gegenüber dem Äquator des Saturn geneigt. Die durchschnittliche Entfernung von Saturn (Hauptachse) beträgt 1.221.870 km – von 1.186.680 km bei Periapsis (am nächsten) bis 1.257.060 km bei Apoapsis (am weitesten).
Durchmesservergleich von Titan, Mond und Erde. Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute/Gregory H. Revera
Titan braucht 15 Tage und 22 Stunden, um eine einzelne Umlaufbahn des Saturn zu vollenden. Wie Mond und viele Satelliten, die die anderen Gasriesen umkreisen, ist seine Rotationsperiode identisch mit ihrer Orbitalperiode. Somit ist Titan gezeitengebunden und in einer synchronen Rotation mit Saturn, was bedeutet, dass eine Seite permanent auf den Planeten gerichtet ist.
Zusammensetzung und Oberflächeneigenschaften:
Obwohl Titan in seiner Zusammensetzung Dione und Enceladus ähnelt, ist es aufgrund der Gravitationskompression dichter. In Bezug auf Durchmesser und Masse (und damit Dichte) ähnelt Titan eher den Jupitermonden von Ganymed und Kallisto . Basierend auf seiner Schüttdichte von 1,88 g/cm²3, Titans Zusammensetzung besteht vermutlich zur Hälfte aus Wassereis und zur Hälfte aus felsigem Material.
Sein innerer Aufbau ist wahrscheinlich in mehrere Schichten unterteilt, mit einem 3.400 Kilometer langen felsigen Zentrum, das von Schichten aus verschiedenen Formen von kristallisiertem Eis umgeben ist. Gestützt auf Nachweise der Cassini-Huygens Mission im Jahr 2005 wird angenommen, dass Titan auch einen unterirdischen Ozean haben könnte, der zwischen der Kruste und mehreren tieferen Schichten von Hochdruckeis existiert.
Es wird angenommen, dass dieser unterirdische Ozean aus Wasser und Ammoniak besteht, wodurch das Wasser selbst bei Temperaturen von nur 176 K (-97 °C) in einem flüssigen Zustand bleiben kann. Hinweise auf eine systematische Verschiebung der Oberflächenmerkmale des Mondes (die zwischen Oktober 2005 und Mai 2007 stattfand) deuten darauf hin, dass die Kruste vom Inneren entkoppelt ist – möglicherweise durch eine Flüssigkeitsschicht dazwischen – sowie die Art und Weise, wie sich das Schwerefeld wie bei Titan ändert umkreist Saturn.
Diagramm der inneren Struktur von Titan nach dem vollständig differenzierten Modell des dichten Ozeans. Bildnachweis: Wikipedia Commons/Kelvinsong
Die Oberfläche von Titan ist relativ jung – zwischen 100 Millionen und 1 Milliarde Jahre alt – obwohl sie während des frühen Sonnensystems gebildet wurde. Darüber hinaus scheint er relativ glatt zu sein, mit Einschlagskratern, die ausgefüllt wurden. Die Höhenunterschiede sind ebenfalls gering und reichen von etwas mehr als 150 Metern, wobei gelegentlich Berge zwischen 500 Metern und 1 km Höhe erreichen.
Es wird angenommen, dass dies auf geologische Prozesse zurückzuführen ist, die die Oberfläche von Titan im Laufe der Zeit neu geformt haben. Zum Beispiel wurde auf der südlichen Hemisphäre ein 150 km (93 mi) lang, 30 km (19 mi) breit und 1,5 km (0,93 mi) hoch messender Bereich eingegossen, der aus eisigem Material besteht und mit Methanschnee bedeckt ist. Die Bewegung der tektonischen Platten, möglicherweise beeinflusst durch ein nahegelegenes Einschlagbecken, könnte eine Lücke geöffnet haben, durch die das Material des Berges aufquillte.
Dann ist da Sotra Patera , eine 1000 bis 1500 m hohe Bergkette mit einigen Gipfeln, die von Kratern gekrönt sind, und an ihrer Basis scheint gefrorene Lavaströme zu sein. Wenn Vulkanismus auf Titan wirklich existiert, besteht die Hypothese darin, dass er durch Energie angetrieben wird, die durch den Zerfall radioaktiver Elemente im Erdmantel, durch den Einfluss des Saturns verursachte Gezeitenbiegungen oder möglicherweise durch die Interaktion der unterirdischen Eisschichten des Titans freigesetzt wird.
Eine alternative Theorie besagt, dass Titan eine geologisch tote Welt ist und dass die Oberfläche durch eine Kombination von Einschlagskratern, fließender Flüssigkeit und windgetriebener Erosion, Massenverschwendung und anderen von außen motivierten Prozessen geformt wird. Nach dieser Hypothese wird Methan nicht von Vulkanen emittiert, sondern diffundiert langsam aus dem kalten und steifen Inneren von Titan.
Aktualisierte Karten von Titan, basierend auf dem Cassini Imaging Science Subsystem. Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute
Zu den wenigen Einschlagskratern, die auf der Oberfläche von Titan entdeckt wurden, gehört ein 440 km breites Zweiring-Einschlagsbecken namens Menrva , das an seinem konzentrischen Hell-Dunkel-Muster erkennbar ist. Ein kleinerer, 60 km breiter Krater mit flachem Boden namens Sinlap und ein 30 km langer Krater mit einem zentralen Gipfel und einem dunklen Boden namens Ksa wurden auch beobachtet.
Radar- und Orbitalaufnahmen haben auch eine Reihe von „Kraterformen“ auf der Oberfläche entdeckt, kreisförmige Merkmale, die mit dem Aufprall zusammenhängen können. Dazu gehört ein 90 km (56 mi) breiter Ring aus hellem, grobem Material, bekannt als Gut aussehend , von dem man annimmt, dass es sich um einen Einschlagskrater handelt, der von dunklen, vom Wind verwehten Sedimenten ausgefüllt wird. Mehrere andere ähnliche Merkmale wurden im Dunkeln beobachtet Shangri-la und Aaru-Regionen.
Das Vorhandensein von Kryovulkanismus wurde auch aufgrund der Tatsache theoretisiert, dass es anscheinend nicht genug flüssiges Methan auf der Oberfläche von Titan gibt (siehe unten), um das atmosphärische Methan zu erklären. Bis heute sind die einzigen Hinweise auf Kryovulkanismus jedoch besonders helle und dunkle Merkmale auf der Oberfläche und 200 m hohe Strukturen, die Lavaströmen ähneln und in der Region namens . gesichtet wurden Hotei Arcus .
Die Oberfläche von Titan ist auch von streifigen Merkmalen durchzogen (auch bekannt als „ Dünen “), von denen einige Hunderte von Kilometern lang und mehrere Meter hoch sind. Diese scheinen durch starke, abwechselnde Winde verursacht zu werden, die durch die Wechselwirkung der Sonne und der dichten Atmosphäre des Titans verursacht werden. Die Oberfläche von Titan ist auch durch weite Regionen mit hellem und dunklem Terrain gekennzeichnet.
Radarbild von Dünenreihen auf Titan. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Diese beinhalten Xanadu , ein großes, reflektierendes äquatoriales Gebiet, das zuerst von den Hubble-Weltraumteleskop 1994 und später von derCassiniRaumfahrzeug. Diese Region (die ungefähr die gleiche Größe wie Australien hat) ist sehr vielfältig, sie ist mit Hügeln, Tälern, Abgründen gefüllt und stellenweise von dunklen Linien durchzogen – gewundene topografische Merkmale, die an Kämme oder Spalten ähneln.
Diese könnten ein Hinweis auf tektonische Aktivität sein, was bedeuten würde, dass Xanadu geologisch jung ist. Alternativ können die Lineamente flüssigkeitsgeformte Kanäle sein, was auf altes Gelände hindeutet, das von Bachsystemen durchtrennt wurde. An anderen Stellen auf Titan gibt es dunkle Bereiche ähnlicher Größe, die sich als Flecken aus Wassereis und organischen Verbindungen herausgestellt haben, die sich aufgrund der Einwirkung von UV-Strahlung verdunkelten.
Methanseen:
Titan beherbergt auch seine berühmten „Kohlenwasserstoffmeere“, Seen mit flüssigem Methan und anderen Kohlenwasserstoffverbindungen. Viele von ihnen wurden in der Nähe der Polarregionen gesichtet, wie z Ontariosee . Dieser bestätigte Methansee in der Nähe des Südpols hat eine Oberfläche von 15.000 km² (und ist damit 20 % kleiner als sein Namensvetter, Lake Ontario) und eine maximale Tiefe von 7 Metern (23 Fuß).
Aber die größte Flüssigkeitsmenge ist Krakenstute , ein Methansee in der Nähe des Nordpols. Mit einer Oberfläche von etwa 400.000 km² ist es größer als das Kaspische Meer und wird auf 160 Meter tief geschätzt. Es wurden auch flache Kapillarwellen (auch bekannt als Ripple-Wellen) entdeckt, die 1,5 Zentimeter hoch sind und sich mit einer Geschwindigkeit von 0,7 Metern pro Sekunde bewegen.
Mosaik von Bildern, die im nahen Infrarotlicht aufgenommen wurden und die Polarmeere von Titan (links) und ein Radarbild von Kraken Mare (rechts) zeigen, beide von der Raumsonde Cassini aufgenommen. Bildnachweis: NASA/JPL
Dann ist da Ligeia Mare , dem zweitgrößten bekannten Flüssigkeitskörper auf Titan, der mit Kraken Mare verbunden ist und sich ebenfalls in der Nähe des Nordpols befindet. Mit einer Fläche von etwa 126.000 km² und einer Küstenlinie von über 2000 km (1240 Meilen) ist er größer als der Lake Superior. Ähnlich wie Kraken Mare hat es seinen Namen aus der griechischen Mythologie; in diesem Fall nach einer der Sirenen.
Hier bemerkte die NASA zum ersten Mal ein helles Objekt von 260 km² (100 Quadratmeilen), das sie nannten „Magische Insel“ . Dieses Objekt wurde erstmals im Juli 2013 gesichtet, verschwand dann später und tauchte (leicht verändert) im August 2014 wieder auf. Es wird angenommen, dass es an die wechselnden Jahreszeiten von Titan angehängt ist, und Vorschläge, was es sein könnte, reichen von Oberflächenwellen und aufsteigenden Blasen bis hin zu schwebenden Feststoffen, die unter der Oberfläche schweben.
Obwohl sich die meisten Seen in der Nähe der Pole konzentrieren (wo eine geringe Sonneneinstrahlung die Verdunstung verhindert), wurden auch eine Reihe von Kohlenwasserstoffseen in den äquatorialen Wüstenregionen entdeckt. Dazu gehört eine in der Nähe des Landeplatzes von Huygens in der Region Shangri-la, die etwa halb so groß ist wie der Great Salt Lake in Utah. Wie Wüstenoasen auf der Erde wird spekuliert, dass diese äquatorialen Seen von unterirdischen Grundwasserleitern gespeist werden.
Insgesamt ist dieCassiniRadarbeobachtungen haben gezeigt, dass Seen nur wenige Prozent der Oberfläche bedecken, wodurch Titan viel trockener als die Erde ist. Die Sonde lieferte jedoch auch starke Hinweise darauf, dass 100 km unter der Oberfläche beträchtliches flüssiges Wasser vorhanden ist. Eine weitere Analyse der Daten deutet darauf hin, dass dieser Ozean so salzig sein könnte wie das Tote Meer.
Bei früheren Vorbeiflügen war „Magic Island“ in der Nähe der Küste von Ligeia Mare nicht sichtbar (links). Dann, während Cassinis 20. Juli 2013, erschien das Feature im Vorbeiflug (rechts). Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell
Andere Studien deuten darauf hin, dass Methanregen (siehe unten) auf Titan mit eisigen Materialien unter der Erde interagieren kann, um Ethan und Propan zu produzieren, die schließlich in Flüsse und Seen fließen können.
Atmosphäre:
Titan ist der einzige Mond im Sonnensystem mit einer signifikanten Atmosphäre und der einzige Körper außer der Erde, dessen Atmosphäre stickstoffreich ist. Jüngste Beobachtungen haben gezeigt, dass die Atmosphäre von Titan dichter ist als Erde , mit einem Oberflächendruck von etwa 1,469 KPa – dem 1,45-fachen des Erdendrucks. Es ist auch etwa 1,19-mal so massiv wie die Erdatmosphäre insgesamt oder etwa 7,3-mal massereicher pro Oberfläche.
Die Atmosphäre besteht aus undurchsichtigen Dunstschichten und anderen Quellen, die das meiste sichtbare Licht der Sonne blockieren und ihre Oberflächenmerkmale verdecken (ähnlich wie bei Venus ). Die geringere Schwerkraft von Titan bedeutet auch, dass seine Atmosphäre weitaus ausgedehnter ist als die der Erde. In der Stratosphäre besteht die atmosphärische Zusammensetzung zu 98,4% aus Stickstoff, die restlichen 1,6% bestehen hauptsächlich aus Methan (1,4%) und Wasserstoff (0,1–0,2%).
Es gibt Spuren anderer Kohlenwasserstoffe, wie Ethan, Diacetylen, Methylacetylen, Acetylen und Propan; sowie andere Gase wie Cyanoacetylen, Blausäure, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Cyan, Argon und Helium. Es wird angenommen, dass sich die Kohlenwasserstoffe in der oberen Atmosphäre von Titan in Reaktionen bilden, die aus dem Aufbrechen von Methan durch das ultraviolette Licht der Sonne resultieren und einen dicken orangefarbenen Smog erzeugen.
Energie von der Sonne sollte innerhalb von 50 Millionen Jahren alle Spuren von Methan in Titans Atmosphäre in komplexere Kohlenwasserstoffe umgewandelt haben – eine kurze Zeit im Vergleich zum Alter des Sonnensystems. Dies legt nahe, dass Methan durch ein Reservoir auf oder in Titan selbst aufgefüllt werden muss. Der endgültige Ursprung des Methans in seiner Atmosphäre könnte sein Inneres sein, das durch Eruptionen von freigesetzt wurde Kryovulkane .
Falschfarbenbild der Titanatmosphäre. Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute/ESA
Die Oberflächentemperatur von Titan beträgt etwa 94 K (-179,2 °C), was darauf zurückzuführen ist, dass Titan etwa 1% so viel Sonnenlicht erhält wie die Erde. Bei dieser Temperatur hat Wassereis einen extrem niedrigen Dampfdruck, sodass der geringe vorhandene Wasserdampf auf die Stratosphäre beschränkt erscheint. Der Mond wäre viel kälter, wenn nicht das atmosphärische Methan einen Treibhauseffekt auf der Oberfläche von Titan erzeugt.
Umgekehrt trägt Dunst in Titans Atmosphäre zu einem Anti-Treibhauseffekt bei, indem er das Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektiert, einen Teil des Treibhauseffekts aufhebt und seine Oberfläche deutlich kälter macht als seine obere Atmosphäre. Darüber hinaus regnet die Atmosphäre von Titan regelmäßig flüssiges Methan und andere organische Verbindungen auf ihre Oberfläche.
Basierend auf Studien, die die Atmosphäre von Titan simulieren, haben NASA-Wissenschaftler spekuliert, dass komplexe organische Moleküle auf Titan entstehen könnte (siehe unten). Außerdem Propen – aka. Propylen, eine Klasse von Kohlenwasserstoffen, wurde auch in der Atmosphäre von Titan nachgewiesen. Dies ist das erste Mal, dass Propen auf einem anderen Mond oder Planeten als der Erde gefunden wurde und es wird angenommen, dass es aus rekombinierten Radikalen gebildet wird, die durch die UV-Photolyse von Methan erzeugt werden.
Bewohnbarkeit:
Es wird angenommen, dass Titan eine präbiotische Umgebung ist, die reich an komplexer organischer Chemie ist, mit einem möglichen unterirdischen flüssigen Ozean, der als biotische Umgebung dient. Die laufende Erforschung der Titanatmosphäre hat viele Wissenschaftler zu der Theorie geführt, dass die Bedingungen dort denen auf einer Urerde ähneln, mit der wichtigen Ausnahme eines Mangels an Wasserdampf.
Zahlreiche Experimente haben gezeigt, dass eine Atmosphäre ähnlich der von Titan mit Zusatz von UV-Strahlung , können komplexe Moleküle und polymere Substanzen wie tholins . Darüber hinaus haben unabhängige Untersuchungen der Universität von Arizona berichteten, dass viele organische Verbindungen erzeugt wurden, wenn Energie auf eine Kombination von Gasen angewendet wurde, wie sie in der Atmosphäre von Titan vorkommen. Dazu gehören die fünf Nukleotidbasen – die Bausteine von DNA und RNA – sowie Aminosäuren, die die Bausteine des Proteins sind.
Es wurden mehrere Laborsimulationen durchgeführt, die zu der Annahme geführt haben, dass auf Titan genügend organisches Material existiert, um einen chemischen Evolutionsprozess zu starten, der dem entspricht, was vermutlich das Leben hier auf der Erde in Gang gesetzt hat. Während diese Theorie von der Anwesenheit von Wasser ausgeht, das für längere beobachtete Zeiträume in einem flüssigen Zustand bleiben würde, könnte organisches Leben theoretisch in Titans hypothetischem unterirdischem Ozean überleben.
Ähnlich wie auf Europa und anderen Monden würde dieses Leben wahrscheinlich die Form annehmen: Extremophile – Organismen, die in extremen Umgebungen gedeihen. Die Wärmeübertragung zwischen den inneren und oberen Schichten wäre entscheidend für die Aufrechterhaltung des ozeanischen Lebens unter der Oberfläche, höchstwahrscheinlich durch hydrothermale Quellen liegt an der Ozean-Kern-Grenze. Dass das atmosphärische Methan und Stickstoff biologischen Ursprungs sein könnten, wurde ebenfalls untersucht.
Es wurde auch vorgeschlagen, dass Leben in Titans Seen aus flüssigem Methan existieren könnte, genauso wie Organismen auf der Erde im Wasser leben. Solche Organismen würden Wasserstoff (H²) anstelle von Sauerstoffgas (O²) einatmen, es mit Acetylen anstelle von Glukose verstoffwechseln und dann Methan anstelle von Kohlendioxid ausatmen. Obwohl alle Lebewesen auf der Erde flüssiges Wasser als Lösungsmittel verwenden, wird spekuliert, dass das Leben auf Titan tatsächlich in flüssigen Kohlenwasserstoffen leben könnte.
Mehrere Experimente und Modelle wurden konstruiert, um diese Hypothese zu testen. Atmosphärische Modelle haben beispielsweise gezeigt, dass molekularer Wasserstoff kommt in größerer Menge in der oberen Atmosphäre vor und verschwindet nahe der Oberfläche – was mit der Möglichkeit methanogener Lebensformen vereinbar ist. Eine andere Studie hat gezeigt, dass es niedrige Acetylenwerte auf der Oberfläche von Titan, was auch mit der Hypothese übereinstimmt, dass Organismen Kohlenwasserstoffe verbrauchen.
Im Jahr 2015 hat ein Team von Chemieingenieuren bei Cornell Universität ging sogar so weit, eine hypothetische Zellmembran zu konstruieren, die in flüssigem Methan unter ähnlichen Bedingungen wie auf Titan funktionieren kann. Diese Zelle besteht aus kleinen Molekülen, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthalten und soll die gleiche Stabilität und Flexibilität wie Zellmembranen auf der Erde haben. Diese hypothetische Zellmembran wurde als „Azotosom“ (eine Kombination aus „Azote“, französisch für Stickstoff und „Liposom“) bezeichnet.
Jedoch, Die NASA ist aktenkundig geworden als besagt, dass diese Theorien völlig hypothetisch bleiben. Darüber hinaus wurde betont, dass andere Theorien, warum der Wasserstoff- und Acetylengehalt in der Nähe der Oberfläche niedriger ist, plausibler sind. Dazu gehören noch nicht identifizierte physikalische oder chemische Prozesse – etwa ein Oberflächenkatalysator, der Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff akzeptiert – oder das Vorhandensein von Fehlern in aktuellen Stoffstrommodellen.
Außerdem würde das Leben auf Titan im Vergleich zum Leben auf der Erde mit enormen Hindernissen konfrontiert sein – was jede Analogie zur Erde problematisch machen würde. Zum einen ist Titan zu weit von der Sonne entfernt, und seiner Atmosphäre fehlt Kohlenmonoxid (CO), was dazu führt, dass es nicht genug Wärme oder Energie speichert, um biologische Prozesse auszulösen. Außerdem existiert Wasser nur in fester Form auf der Oberfläche von Titan.
Während also die präbiotischen Bedingungen, die mit der organischen Chemie verbunden sind, auf Titan existieren, ist das Leben selbst möglicherweise nicht vorhanden. Die Existenz dieser Bedingungen bleibt jedoch ein Thema der Faszination unter Wissenschaftlern. Und da angenommen wird, dass seine Atmosphäre der Erde in der fernen Vergangenheit analog ist, könnte die Erforschung des Titans dazu beitragen, unser Verständnis der frühen Geschichte der terrestrischen Biosphäre zu verbessern.
Erkundung:
Titan kann ohne die Hilfe von Instrumenten nicht entdeckt werden und ist für Amateurastronomen aufgrund von Störungen durch das brillante Globus- und Ringsystem des Saturn oft schwierig. Und selbst nach der Entwicklung leistungsstarker Teleskope machte Titans dichte, dunstige Atmosphäre die Beobachtung der Oberfläche sehr schwierig. Daher waren die Beobachtungen sowohl des Titans als auch seiner Oberflächenmerkmale vor dem Weltraumzeitalter begrenzt.
Die erste Sonde, die das Saturn-System besuchte, war Pionier 11 im Jahr 1979, das zusammen Bilder von Titan und Saturn machte und enthüllte, dass Titan wahrscheinlich zu kalt war, um Leben zu erhalten. Titan wurde 1980 und 1981 von beiden untersucht Reisen 1 und 2 Raumsonden bzw. WährendReisen 2schaffte es nur, Schnappschüsse von Titan auf seinem Weg zu Uranus und Neptun zu machenReisen 1gelang es, einen Vorbeiflug durchzuführen und Fotos und Messungen zu machen.
Dazu gehörten Messwerte zu Titans Dichte, Zusammensetzung und Temperatur der Atmosphäre und eine genaue Messung der Titanmasse. Atmosphärischer Dunst verhinderte eine direkte Abbildung der Oberfläche; 2004 jedoch intensive digitale Bearbeitung der aufgenommenen BilderReisen 1Der orangefarbene Filter zeigte Hinweise auf die hellen und dunklen Merkmale, die heute als Xanadu und Shangri-la bekannt sind.
Voyager 2-Foto von Titan, aufgenommen am 23. August 1981, das einige Details in den Wolkensystemen auf diesem Saturnmond zeigt. Bildnachweis: NASA/JPL
Trotzdem würde ein Großteil des Mysteriums um Titan nicht gebannt werden, bis dieCassini-HuygensMission – ein gemeinsames Projekt der NASA und der European Space Agency (ESA), benannt nach den Astronomen, die die größten Entdeckungen rund um die Saturnmonde gemacht haben. Die Raumsonde erreichte Saturn am 1. Juli 2004 und begann mit der Kartierung der Oberfläche von Titan per Radar.
DieCassiniSonde flog am 26. Oktober 2004 an Titan vorbei und machte die höchstaufgelösten Bilder aller Zeiten von Titans Oberfläche, wobei sie helle und dunkle Flecken erkannte, die ansonsten für das menschliche Auge unsichtbar waren. Im Laufe vieler naher Vorbeiflüge von Titan,Cassinigelang es, in der Nordpolarregion reichlich Flüssigkeitsquellen in Form vieler Seen und Meere auf der Oberfläche zu entdecken.
Die Huygens Sonde landete am 14. Januar 2005 auf Titan, was Titan zum am weitesten von der Erde entfernten Körper machte, auf dem eine Raumsonde auf seiner Oberfläche landete. Im Laufe seiner Untersuchungen stellte es fest, dass viele der Oberflächenmerkmale irgendwann in der Vergangenheit von Flüssigkeiten geformt worden zu sein scheinen.
Nach der Landung kurz vor der östlichsten Spitze der hellen Region, die jetzt genannt wird Adiri , fotografierte die Sonde blasse Hügel mit dunklen „Flüssen“, die in eine dunkle Ebene münden. Die aktuelle Theorie besagt, dass diese Hügel (auch bekannt als „Hochland“) hauptsächlich aus Wassereis bestehen und dass dunkle organische Verbindungen – die in der oberen Atmosphäre entstehen – mit Methanregen aus der Titanatmosphäre herunterkommen und sich im Laufe der Zeit auf den Ebenen ablagern können .
Künstlerische Darstellung von Huygens Landung auf Titan. Bildnachweis: ESA
Huygens erhielt auch Fotografien einer dunklen Ebene, die mit kleinen Felsen und Kieselsteinen (bestehend aus Wassereis) bedeckt war, die Anzeichen von Erosion und/oder fluvialer Aktivität zeigten. Die Oberfläche ist dunkler als ursprünglich erwartet und besteht aus einer Mischung aus Wasser und Kohlenwasserstoff-Eis. Der in den Bildern sichtbare „Boden“ wird als Niederschlag aus dem darüber liegenden Kohlenwasserstoffdunst interpretiert.
In den letzten Jahren wurden mehrere Vorschläge für die Rückführung einer Roboter-Raumsonde zum Titan gemacht. Dazu gehören die Titan Saturn Systemmission (TSSM) – ein gemeinsamer Vorschlag von NASA und ESA zur Erforschung der Saturnmonde – der vorsieht, dass ein Heißluftballon in der Atmosphäre von Titan schwebt und für einen Zeitraum von sechs Monaten Forschung betreibt.
Im Jahr 2009 wurde bekannt, dass die TSSM gegen ein konkurrierendes Konzept verlor, das als bekannt ist Europa-Jupiter-Systemmission (EJSM) – eine gemeinsame NASA/ESA-Mission, die darin besteht, zwei Sonden nach Europa und Ganymed zu schicken, um ihre potenzielle Bewohnbarkeit zu untersuchen.
Es gab auch einen Vorschlag namens Titan Stute Explorer (TiME), ein Konzept, das von der NASA in Zusammenarbeit mit Lockheed Martin geprüft wird. Bei dieser Mission würde ein kostengünstiger Lander in einem See auf der Nordhalbkugel von Titan platschen und 3 bis 6 Monate lang auf der Oberfläche des Sees treiben. Die NASA gab jedoch 2012 bekannt, dass sie die niedrigeren Kosten bevorzugt Einblick Mars-Lander, der 2016 zum Mars geschickt werden soll.
Eine weitere Mission zu Titan wurde Anfang 2012 von Jason Barnes, einem Wissenschaftler an der University of Idaho, vorgeschlagen. Bekannt als Luftfahrzeug für die In-Situ- und Airborne Titan Reconnaissance (AVIATR) würde dieses unbemannte Flugzeug (oder Drohne) durch die Atmosphäre von Titan fliegen und hochauflösende Bilder der Oberfläche aufnehmen. Die NASA genehmigte die beantragten 715 Millionen US-Dollar zu diesem Zeitpunkt nicht, und die Zukunft des Projekts ist ungewiss.
Ein weiteres Seelander-Projekt, bekannt als das Titan Lake In-situ Probenahme-Propelled Explorer (TALISE) wurde Ende 2012 vom spanischen privaten Ingenieurbüro SENER und dem Centro de Astrobiología in Madrid vorgeschlagen. Der wesentliche Unterschied zur TiME-Sonde besteht darin, dass das TALISE-Konzept einen eigenen Antrieb beinhaltet und sich daher nicht darauf beschränken würde, beim Herunterspritzen auf dem See zu treiben.
Als Reaktion auf die Discovery Announcement 2010 der NASA wurde das Konzept bekannt als Reise nach Enceladus und Titan (JET) vorgeschlagen. Diese von Caltech und JPL entwickelte Mission würde aus einem kostengünstigen Astrobiologie-Orbiter bestehen, der zum Saturn-System geschickt würde, um das Bewohnbarkeitspotenzial von Enceladus und Titan zu bewerten.
Im Jahr 2015 hat die NASA Innovative fortschrittliche Konzepte (NIAC) ausgezeichnet a Phase-II-Zuschuss zu einem vorgeschlagenen Roboter-U-Boot, um das Konzept weiter zu untersuchen und zu entwickeln. Dieser U-Boot-Explorer wird, sollte er auf Titan stationiert werden, die Tiefen von Kraken Mare erkunden, um seine Zusammensetzung und sein Potenzial zur Unterstützung des Lebens zu untersuchen.
Kolonisation:
Die Besiedlung des Saturn-Systems bietet gegenüber anderen Gasriesen im Sonnensystem zahlreiche Vorteile. Entsprechend Dr. Robert Zubrin – ein amerikanischer Luft- und Raumfahrtingenieur, Autor und Verfechter der Erforschung des Mars – dazu gehören seine relative Nähe zur Erde, seine geringe Strahlung und sein ausgezeichnetes Mondsystem. Zubrin hat auch erklärt, dass Titan der wichtigste dieser Monde ist, wenn es darum geht, eine Basis zu bauen, um die Ressourcen des Systems zu entwickeln.
Künstlerische Vorstellung eines möglichen Titan-'Floaters', entworfen von der NASA und der ESA. Bildnachweis: bisbos.com
Für den Anfang besitzt Titan eine Fülle aller Elemente, die zum Leben notwendig sind, wie atmosphärischer Stickstoff und Methan, flüssiges Methan sowie flüssiges Wasser und Ammoniak. Wasser könnte leicht zur Erzeugung von atembarem Sauerstoff verwendet werden, und Stickstoff ist ideal als Puffergas, um eine atembare Atmosphäre unter Druck zu erzeugen. Darüber hinaus könnten Stickstoff, Methan und Ammoniak zur Herstellung von Düngemitteln für den Anbau von Nahrungsmitteln verwendet werden.
Darüber hinaus hat Titan einen atmosphärischen Druck, der eineinhalb Mal so hoch ist wie der der Erde, was bedeutet, dass der Innenluftdruck von Landungsbooten und Lebensräumen gleich oder nahe dem Außendruck eingestellt werden könnte. Dies würde die Schwierigkeit und Komplexität der Bautechnik für Landungsboote und Lebensräume im Vergleich zu Umgebungen mit niedrigem oder Nulldruck wie z der Mond , März , oder der Asteroidengürtel .
Die dichte Atmosphäre macht Strahlung auch zu keinem Thema, im Gegensatz zu anderen Planeten oder Jupitermonden. Und obwohl die Atmosphäre des Titans brennbare Verbindungen enthält, stellen diese nur dann eine Gefahr dar, wenn sie mit genügend Sauerstoff vermischt werden – andernfalls kann eine Verbrennung nicht erreicht oder aufrechterhalten werden. Schließlich reduziert das sehr hohe Verhältnis von atmosphärischer Dichte zu Oberflächengravitation auch die Spannweite, die ein Flugzeug benötigt, um den Auftrieb aufrechtzuerhalten, stark.
Darüber hinaus stellt Titan viele Herausforderungen für die menschliche Kolonisierung. Für den Anfang hat der Mond eine Oberflächengravitation von 0,138 g, was etwas weniger ist als die des Mondes. Die langfristigen Auswirkungen davon zu managen stellt eine Herausforderung dar, und welche Auswirkungen diese haben (insbesondere für auf Titan geborene Kinder) sind derzeit nicht bekannt. Sie würden jedoch wahrscheinlich einen Verlust der Knochendichte, einen Muskelabbau und ein geschwächtes Immunsystem beinhalten.
Künstlerische Darstellung zukünftiger Kolonisten, die Ligeia Mare auf Titan überfliegen. Bildnachweis: Erik Wernquist/erikwernquist.com
Die Temperatur auf Titan ist mit einer Durchschnittstemperatur von 94 K (-179 °C oder -290,2 °F) auch erheblich niedriger als auf der Erde. In Kombination mit dem erhöhten atmosphärischen Druck variieren die Temperaturen im Laufe der Zeit und von einem Ort zum anderen nur sehr wenig. Anders als im Vakuum macht die hohe atmosphärische Dichte die Thermoisolierung zu einem bedeutenden technischen Problem. Dennoch sind die Probleme, die mit der Schaffung einer menschlichen Präsenz auf Titan verbunden sind, im Vergleich zu anderen Kolonisierungsfällen relativ überwindbar.
Titan ist ein Mond, der sowohl im wörtlichen als auch im übertragenen Sinne in Geheimnisse gehüllt ist. Bis vor kurzem konnten wir nicht erkennen, welche Geheimnisse er birgt, weil seine Atmosphäre einfach zu dick war, um darunter zu sehen. In den letzten Jahren ist es uns jedoch gelungen, dieses Leichentuch zurückzuziehen und einen besseren Blick auf die Mondoberfläche zu werfen. Aber in vielerlei Hinsicht hat dies nur das Mysterium, das diese Welt umgibt, verwirrt.
Vielleicht werden wir eines Tages Astronauten zum Titan schicken und dort Lebensformen finden, die unsere Vorstellung davon, was Leben ist und wo es gedeihen kann, völlig verändern. Vielleicht werden wir nur Extremophile finden, Lebensformen, die in den tiefsten Teilen des inneren Ozeans leben, die sich um hydrothermale Schlote drängen, da diese Stellen der einzige Ort auf Titan sind, an dem Lebensformen existieren können.
Vielleicht werden wir Titan eines Tages sogar kolonisieren und es als Basis für die weitere Erkundung des Sonnensystems und die Ressourcengewinnung nutzen. Dann werden wir vielleicht die Freuden kennenlernen, einen beringten Planeten am Himmel zu sehen, während wir auf einem Methansee segeln, während das dunstige Licht der Sonne auf die kalten Kohlenwasserstoffmeere fällt. Man kann nur hoffen… und träumen!
Wir haben viele interessante Artikel über Titan hier bei Universe Today. Hier sind einige auf Titans Atmosphäre , es ist mysteriös Dünen , und wie wir es mit a . erkunden könnten Roboter-Segelboot .
Weitere Informationen zu den Methanseen von Titan finden Sie in diesem Artikel auf Nordpol des Titans , und dieses über Krakenstute .
Hier ist Cassini-Mission der NASA zu Saturn und Titan, und hier ist die ESA-Version .
Wir haben zwei Folgen von Astronomy Cast über Saturn aufgenommen. Das erste ist Folge 59: Saturn , und das zweite ist Folge 61: Saturns Monde .
