Saturnmond Titan ist der einzige unter den Monden des Sonnensystems. Es ist das einzige mit einer Atmosphäre, von der man sprechen kann. Andere Monde können dünne, weitgehend unbedeutende Atmosphären haben, wie Ganymed mit seinem Potenzial Sauerstoffatmosphäre . Aber Titans Atmosphäre ist dicht und reich an Stickstoff.
Eine neue Studie zeigt, dass Titans Atmosphäre und Winde Staubteufel ähnlich der Erde produzieren könnten.
Laut Daten von Voyager ist die Atmosphäre von Titan dichter als die der Erde. Es ist dick und dunstig und besteht hauptsächlich aus Stickstoff (97%). Seine Atmosphäre ist auch ein 'Superrotator', was bedeutet, dass die Atmosphäre viel schneller rotiert als die Oberfläche.
Welche äolischen (windgetriebenen) Prozesse treten also auf Titan auf?
Die neue Studie trägt den schlichten Titel „ Staubteufel auf Titan .“ Es wurde im Journal of Geophysical Research: Planets der AGU veröffentlicht. Der Hauptautor ist Brian Jackson, ein Planetenwissenschaftler an der Boise State University in Idaho.
Zunächst einmal, was genau ist ein Staubteufel?
Ein Staubteufel ist ein kurzlebiger Wirbelwind, der mit Staub beladen ist. Sie werden durch Konvektion angetrieben und können auf der Erde bis zu 1000 Meter hoch werden, wenn auch selten. Staubteufel sind normalerweise harmlos, zumindest hier auf der Erde. Sie sind ein bisschen wie ein Junior-Tornado. Und während Tornados viel größer und tödlicher sind und sich aus viel größeren Luftzirkulationen bilden, können sich bei sonnigem Wetter Staubteufel ohne eine größere Elternstruktur in der Atmosphäre bilden.
Die Bedingungen auf Titan können Staubteufel erzeugen, obwohl das noch nicht sicher ist. Wenn dies jedoch der Fall ist, können sie sowohl beim Transport als auch bei der Staubentwicklung eine wichtige Rolle spielen.
Als Cassini Saturn und seine Monde besuchte, stellte sich heraus, dass bis zu 30% des Titans mit Dünen bedeckt waren, die die äquatoriale Region umgaben. Dies sind keine Sanddünen, sondern Kohlenwasserstoffdünen. Und der Staub, den die Staubteufel haben, ist kein normaler, irdischer Staub. Es ist wahrscheinlich Kohlenwasserstoffstaub.
Die erste globale geologische Karte von Titan. Die rosafarbenen Gebiete, die sich um den Äquator erstrecken, sind Kohlenwasserstoffdünen. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/ASU
Wissenschaftler glauben, dass es eine Parallele zwischen Staub auf Titan und Staub auf dem Mars geben könnte. Der Mars erlebt regelmäßig globale Staubstürme, die den ganzen Planeten umhüllen. Aber es sind die Staubteufel des Mars, die tatsächlich den meisten Staub um den Planeten transportieren. Auch wenn Titan nicht die gleichen globalen Stürme erlebt wie der Mars, könnten seine Staubteufel eine wichtige Rolle bei der Zirkulation von Kohlenwasserstoffen um den Mond spielen.
„Wir können Staubteufel beobachten, die über die Oberfläche des Mars huschen und sehen, wie ihre innere Struktur aussieht, aber das sagt uns nicht, wie viel Staub sie aufwirbeln. Die Atmosphäre des Mars ist wirklich sehr staubig und Staub spielt eine wichtige Rolle für das Klima“, sagte Hauptautor Brian Jackson in a Pressemitteilung. „Staubteufel sind wahrscheinlich, wenn nicht sogar der dominierende Mechanismus, einer der wichtigsten Mechanismen, um den Staub aufzuwirbeln“, sagte Jackson.
Auf Titan wurden bisher keine Staubteufel beobachtet. Aber Cassini hat dort einen großen Staubsturm gesehen. Dieser Staubsturm bestand wahrscheinlich aus organischen Partikeln, die von den äquatorialen Dünenfeldern in die Höhe getragen wurden.
Titans Staub scheint von Kohlenwasserstoffaerosolen zu stammen, die aus der Titanatmosphäre regnen. Jackson sagt, dass, obwohl wir es Staub nennen, es nichts mit Erdstaub oder sogar Marsstaub zu tun hat. Auf diesen beiden Planeten ist Staub Gesteinsmehl, das durch Erosion von den geologischen Grundstrukturen getrennt ist. Aber auf Titan hat der Staub wahrscheinlich eine plastische Textur.
Dünenlinien konturieren das Shangri-La-Sandmeer auf Titan, dem größten Mond des Saturn.Kredit: NASA / JPL-Caltech / ASI / Universität Paris-Diderot
Auf Titan wurden also keine Staubteufel gesichtet. Aber wir haben keine lange detaillierte Geschichte der Beobachtung dieses Mondes, daher bedeutet es nicht, dass sie nicht da sind, wenn sie sie nicht sehen. Die Autoren der neuen Studie zeigten, dass auf Titan Staubteufel möglich sind. Dazu nahmen sie Daten von Cassinis Besuch und wandten meteorologische Modelle darauf an.
Staubteufel brauchen keinen Wind, um sich zu bilden. Auf der Erde entstehen sie unter trockenen, warmen Bedingungen, wenn die Sonne den Boden und die oberflächennahe Luft erwärmt. Die warme Luft steigt als Wirbel auf und Staub wird darin aufgewirbelt. Aber das ist nur eine teilweise Erklärung, und Wissenschaftler verstehen sie nicht vollständig.
„Wenn wir die Zahlen dafür einsetzen, wie viel Staub der Staubteufel basierend auf den Windgeschwindigkeiten, die wir sehen, aufheben sollte, scheinen sie in der Lage zu sein, mehr Staub aufzuheben, als wir erwarten würden. Möglicherweise gibt es einen anderen Mechanismus, der ihnen hilft, diesen Staub zu ziehen – oder die Gleichungen sind einfach falsch“, sagte Jackson.
Wenn es auf Titan tatsächlich Staubteufel gibt, könnten sie auf dem Mond eine wichtige Rolle spielen.
Ein hoch aufragender Staubteufel wirft in diesem Bild, das von der Kamera des High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) auf dem Mars Reconnaissance Orbiter der NASA aufgenommen wurde, einen schlangenförmigen Schatten über die Marsoberfläche. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Univ. von Arizona
„Der Wind an der Oberfläche von Titan ist normalerweise sehr schwach. Wenn kein großer Sturm durchzieht, gibt es wahrscheinlich nicht so viel Wind, und daher könnten Staubteufel einer der wichtigsten Staubtransportmechanismen auf Titan sein – falls sie existieren“, sagte Jackson.
Obwohl die Atmosphäre von Titan etwa 1,5-mal so dicht ist wie die der Erde, weht dort normalerweise nicht viel Wind. Das liegt daran, dass es viel kleiner ist als Titan und die Schwerkraft der Erde nur einmal gesehen hat. Ohne diese starke Schwerkraft ist es schwer, den Wind in Bewegung zu bringen.
„Es ist einfach diese enorme, geschwollene Atmosphäre. Wenn Sie so viel Luft haben, ist es schwer, sie zum Laufen zu bringen. So viel wir wissen, gibt es auf der Oberfläche von Titan normalerweise keine großen Winde“, sagte Jackson.
Hier auf der Erde werden Staubteufel durch Feuchtigkeit gedämpft, die die Oberfläche kühlt. Beweise zeigen, dass Titan Methanregen erfährt, aber sie sind nicht weit verbreitet, und an jeder bestimmten Stelle auf der Oberfläche von Titan kann es nur einmal alle 10 Erdjahre zu Methanregen kommen. Es ist also nicht klar, ob es genug gibt, um eventuell auftretende Staubteufel zu dämpfen, auch wenn der Methanregen mehrere Titan-Jahre brauchen kann, um wieder zu verdampfen. Aber die Tatsache, dass es in der Nähe des Äquators von Titan Dünen und Staubstürme gibt, deutet darauf hin, dass die Oberflächenbenetzung nicht ausreicht, um dort äolische Prozesse vollständig zu hemmen.
Planetenwissenschaftler interessieren sich offensichtlich für alle Aspekte der Weltatmosphäre. Die Atmosphäre des Mars steht unter intensiver wissenschaftlicher Beobachtung. Das gilt aus offensichtlichen Gründen auch für die Erde. Es gibt beispielsweise eine Vielzahl von Studien, die die Rolle des Staubtransports von Zentralasien in andere Teile der Welt untersuchen. Eine Studie zeigte, wie sich die zentralasiatische Staubwolke auf die Westküste Nordamerikas auswirkte. Eine andere Studie untersuchten, wie sich dieselbe Staubwolke auf die Phytoplanktonblüte im Südchinesischen Meer auswirkte.
Wir müssen warten, um herauszufinden, ob es tatsächlich Staubteufel auf Titan gibt. NASAs Libellenmission zum Titan soll irgendwann im April 2026 auf den Markt kommen. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die präbiotische Chemie auf dieser Welt zu untersuchen. Eines seiner Ziele sind die Dünengebiete von Titan um den Äquator.
In dieser Abbildung sinkt die Drohne Dragonfly auf die Oberfläche von Titan. Bild: NASA
Wenn es auf Titan Staubteufel gibt, wird es sie wahrscheinlich finden.
Mehr:
- Pressemitteilung: Staubteufel können Kohlenwasserstoffdünen auf Saturnmond Titan durchstreifen
- Forschungsbericht: Staubteufel auf Titan
- Universum heute: Wissenschaftler erstellen eine globale Karte der Geologie von Titan