Während des Vorbeiflugs an Titan im Jahr 2006 hat die Cassini-Raumsonde einige der detailliertesten Bilder des größten Saturnmondes aufgenommen. Interessanterweise haben diese Wolkenformationen eine starke Ähnlichkeit mit denen, die in der eigenen polaren Stratosphäre der Erde zu sehen sind.
Im Gegensatz zur Erde bestehen diese Wolken jedoch vollständig aus flüssigem Methan und Ethan. Angesichts der unglaublich niedrigen Temperaturen von Titan - minus 185 ° C - ist es nicht verwunderlich, dass eine so dichte Atmosphäre flüssiger Kohlenwasserstoffe existiert oder dass Methanmeere den Planeten bedecken.
Überraschend ist jedoch, dass in dieser Atmosphäre auch Methankristalle vorhanden sind. Acht Jahre nach der Aufnahme der Fotos vom Nordpol des Titanen 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 teilnehmende 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 Ethanwolken - eine Chemikalie, die nach dem Abbau von Methan gebildet wird. Dort wurden auch empfindliche Wolken aus Cyanoacetylen und Cyanwasserstoff gefunden, die sich aus Reaktionen von Methan-Nebenprodukten mit Stickstoffmolekülen bilden.
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 Cassini südlich des Äquators beobachtete, war nicht kalt genug, um das spärliche Methan in diesem Bereich der Atmosphäre zu Eis kondensieren zu lassen.
Anderson und ihr Goddard-Co-Autor Robert Samuelson stellten fest, dass die Temperaturen in der unteren Stratosphäre von Titan nicht in allen Breiten gleich sind. Dies beruhte auf Daten aus dem Composite Infrared Spectrometer von Cassini und dem radiowissenschaftlichen Instrument des Raumfahrzeugs, die zeigten, dass die Temperatur in großer Höhe in der Nähe des Nordpols viel kälter war als südlich des Äquators.
Es stellt sich heraus, dass dieser Temperaturunterschied - bis zu 6 ° C (11 ° F) - mehr als genug ist, um Methaneis zu ergeben.
Andere Beobachtungen des Titan-Wolkensystems stützen diese Schlussfolgerung, z. B. wie bestimmte Regionen dichter erscheinen als andere, und die nachgewiesenen größeren Partikel haben die richtige Größe für Methaneis. Sie bestätigten auch, dass die erwartete Menge an Methan - 1,5%, was ausreicht, um Eispartikel zu bilden - in der unteren polaren Stratosphäre vorhanden ist.
Darüber hinaus bestätigt die Beobachtung bestimmte Modelle, wie die Atmosphäre des Titanen funktionieren soll.
Nach diesem Modell hat Titan ein globales Zirkulationsmuster, bei dem warme Luft in der Sommerhalbkugel von der Oberfläche aufsteigt und in die Stratosphäre eindringt und langsam zum Winterpol gelangt. Dort sinkt die Luftmasse wieder ab und kühlt sich beim Abstieg 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 glauben", sagte Michael Flasar, Goddard-Wissenschaftler und Hauptforscher für Cassinis Composite Infrared Spektrometer (CIRS).
Wie die Stratosphärenwolken 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 - das sie als durch Senkung induzierte Methanwolken (kurz SIMCs) bezeichnen - in einer Höhe zwischen 30.000 und 50.000 Metern (98.000 bis 164.000 Fuß) in der Höhe über der Titanoberfläche entwickeln könnte.
"Titan überrascht weiterhin mit natürlichen Prozessen, die denen auf der Erde ähneln, jedoch andere Materialien als unser bekanntes Wasser beinhalten", 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 diese Wolkenbildungsprozesse mit der Jahreszeit variieren können."
Die Ergebnisse dieser Studie sind online in der Novemberausgabe von verfügbar Ikarus.
