Eine neue Untersuchung von Daten aus Radarexperimenten der Cassini-Huygens-Mission zum Saturn hat neue Erkenntnisse über die Zusammensetzung und Aktivität der flüssigen Kohlenwasserstoffmeere in der Nähe des Nordpols von Titan, dem größten der 146 bekannten Saturnmonde, erbracht.
Mithilfe von Daten aus mehreren bistatischen Radarexperimenten konnte ein von der Cornell University geleitetes Forschungsteam die Zusammensetzung und Rauheit der Meeresoberflächen von Titan separat analysieren und abschätzen, was mit früheren Analysen monostatischer Radardaten nicht möglich war. Dies wird den Weg für zukünftige kombinierte Untersuchungen der Beschaffenheit der Meere von Titan mithilfe von Cassini-Daten ebnen.
Valerio Poggiali, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Cornell University, ist Hauptautor des Buches „Surface Properties of the Seas of Titan as Revealed by Cassini Mission Bistatic Radar Experiments“, das am 16. Juli in Naturkommunikation.
Bei einem bistatischen Radarexperiment wird ein Funkstrahl von der Raumsonde auf das Ziel – in diesem Fall Titan – gerichtet, wo er zur Empfangsantenne auf der Erde reflektiert wird. Diese Oberflächenreflexion ist polarisiert, was bedeutet, dass sie Informationen aus zwei unabhängigen Perspektiven liefert, im Gegensatz zu monostatischen Radardaten, bei denen das reflektierte Signal zur Raumsonde zurückkehrt.
„Der Hauptunterschied“, so Poggiali, „besteht darin, dass die bistatischen Informationen einen umfassenderen Datensatz darstellen und sowohl auf die Zusammensetzung der reflektierenden Oberfläche als auch auf ihre Rauheit reagieren.“
Die aktuelle Arbeit nutzte vier bistatische Radarbeobachtungen, die Cassini während vier Vorbeiflügen im Jahr 2014 – am 17. Mai, 18. Juni, 24. Oktober und 2016 – am 14. November – sammelte. Bei jedem Vorbeiflug wurden Oberflächenreflexionen beobachtet, als sich die Raumsonde Titan am nächsten näherte (Eintritt) und erneut, als sie sich von ihm entfernte (Austritt). Das Team analysierte Daten aus den Austrittsbeobachtungen von Titans drei großen Polarmeeren: Kraken Mare, Ligeia Mare und Punga Mare.
Ihre Analyse ergab Unterschiede in der Zusammensetzung der Oberflächenschichten der Kohlenwasserstoffmeere, abhängig von Breitengrad und Standort (zum Beispiel in der Nähe von Flüssen und Flussmündungen). Insbesondere der südlichste Teil von Kraken Mare weist die höchste Dielektrizitätskonstante auf – ein Maß für die Fähigkeit eines Materials, ein Funksignal zu reflektieren. Wasser auf der Erde ist beispielsweise sehr reflektierend und hat eine Dielektrizitätskonstante von etwa 80; die Ethan- und Methanmeere von Titan liegen bei etwa 1,7.
Die Forscher stellten außerdem fest, dass alle drei Meere zum Zeitpunkt der Vorbeiflüge weitgehend ruhig waren und die Oberflächenwellen nicht größer als 3,3 Millimeter waren. In Küstennähe, Flussmündungen und Meerengen zwischen den Becken wurde eine etwas höhere Rauheit – bis zu 5,2 mm – festgestellt, was möglicherweise auf Gezeitenströmungen hindeutet.
„Wir haben auch Hinweise darauf, dass die Flüsse, die die Meere speisen, reines Methan enthalten“, sagte Poggiali, „bis sie in die offenen flüssigen Meere münden, die reicher an Ethan sind. Es ist wie auf der Erde, wenn Süßwasserflüsse in das Salzwasser der Ozeane münden und sich mit diesem vermischen.“
„Das passt gut zu meteorologischen Modellen für Titan“, sagte Co-Autor und Astronomieprofessor Philip Nicholson, „die vorhersagen, dass der ‚Regen‘, der vom Himmel fällt, wahrscheinlich fast reines Methan ist, aber Spuren von Ethan und anderen Kohlenwasserstoffen enthält.“
Poggiali sagte, dass bereits weitere Arbeiten an den Daten durchgeführt werden, die Cassini während seiner 13-jährigen Untersuchung von Titan generiert hat. „Es gibt eine Datenmine, die noch darauf wartet, vollständig analysiert zu werden, um weitere Entdeckungen zu ermöglichen“, sagte er. „Dies ist nur der erste Schritt.“
Weitere Mitwirkende an dieser Arbeit kommen von der Università di Bologna, dem Observatoire de Paris, dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, dem California Institute of Technology und dem Massachusetts Institute of Technology.
Mehr Informationen:
Oberflächeneigenschaften der Meere von Titan, wie sie durch bistatische Radarexperimente der Cassini-Mission enthüllt wurden, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49837–