Obwohl die Mission der Raumsonde Cassini-Huygens, die Saturn und sein Planetensystem erforschte, vor fast sieben Jahren endete, wird die riesige Menge an Daten, die über 20 Jahre hinweg gesammelt wurden, immer noch analysiert.

Astronomen der Cornell University haben eine bedeutende Rolle bei dieser Analyse gespielt, und eine neue Studie der aus Radarexperimenten gewonnenen Daten hat neue Erkenntnisse über die Zusammensetzung und Aktivität von flüssigen Kohlenwasserstoffen in den Meeren in der Nähe des Nordpols von Titan, dem größten der 146 bekannten Saturnmonde, geliefert.

Innovative Forschungsmethode
Das bistatische Radarexperiment beinhaltet die Ausrichtung eines Funkstrahls von der Raumsonde auf ein Ziel - in diesem Fall Titan - 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.

Laut Valerio Poggiali, einem Forscher am Center for Astrophysics and Planetary Science (CCAPS) der Cornell University, ergibt die bistatische Methode einen vollständigeren Datensatz, der empfindlich auf die Zusammensetzung und Rauheit der reflektierenden Oberfläche reagiert. Diese neue Methode hat es Wissenschaftlern ermöglicht, die Zusammensetzung und Rauheit der Oberflächen der Titanmeere separat zu analysieren, was frühere Analysen monostatischer Radardaten nicht erreichen konnten.

Analyseergebnisse
Die Analyse ergab Unterschiede in der Zusammensetzung der Oberflächenschichten der Kohlenwasserstoffe in den Meeren, abhängig von Breitengrad und Standort (Nähe zu Flüssen und Mündungen, zum Beispiel). Der südliche Teil des Kraken Mare zeigte die höchste dielektrische Konstante - ein Maß für die Fähigkeit eines Materials, ein Funksignal zu reflektieren. Zum Beispiel ist Wasser auf der Erde sehr reflektiv, mit einer dielektrischen Konstante von etwa 80; Ethan- und Methanseen auf Titan haben etwa 1,7.

Die Forscher stellten auch fest, dass alle drei Meere zum Zeitpunkt des Überflugs meist ruhig waren, mit Oberflächenwellen, die nicht höher als 3,3 Millimeter waren. Eine etwas höhere Rauheit - bis zu 5,2 mm - wurde in der Nähe von Küstengebieten, Mündungen und interbecken Straits festgestellt, was mögliche Anzeichen für Gezeitenströme sind.

Valerio Poggiali bemerkte, dass es Hinweise darauf gibt, dass Flüsse, die in die Meere fließen, reines Methan enthalten, bis sie in offene flüssige Meere fließen, die reicher an Ethan sind. Dies ist ähnlich wie auf der Erde, wenn Süßwasserflüsse in salzige Ozeane fließen.

Weitere Forschung
Poggiali erklärte, dass weitere Arbeiten an den Daten, die Cassini während seiner 13-jährigen Untersuchung von Titan generiert hat, bereits im Gange sind. "Es gibt eine Menge Daten, die noch vollständig analysiert werden müssen, um neue Entdeckungen zu ermöglichen," sagte er. "Das ist nur der erste Schritt."

Unterstützung der Forschung
Unterstützt wurde diese Forschung von der NASA und der Italienischen Weltraumagentur.

Bedeutung der Entdeckungen
Neue Erkenntnisse über die Zusammensetzung und Dynamik der Titanmeere bieten Einblicke in die geologischen und meteorologischen Prozesse auf diesem faszinierenden Mond. Unterschiede in der Zusammensetzung der Oberflächenschichten der Meere, die durch die Analyse aufgedeckt wurden, hängen von Breitengrad und Standort ab, was auf komplexe Wechselwirkungen zwischen atmosphärischen und Oberflächenprozessen hinweist. Besonders interessant ist die Entdeckung, dass der südliche Teil des Kraken Mare die höchste dielektrische Konstante aufweist, was auf eine höhere Reflexivität dieses Gebiets hindeutet.

Die Forschung zeigte auch, dass die Meeresoberflächen meist ruhig sind, mit kleinen Wellen, was im Gegensatz zu den dynamischeren Bedingungen steht, die wir auf der Erde sehen. Dies ist wichtig für das Verständnis der hydrodynamischen Prozesse auf Titan und könnte Auswirkungen auf zukünftige Missionen und Erkundungen dieses Mondes haben.

Technische Herausforderungen und zukünftige Schritte
Die Durchführung des bistatischen Radarexperiments erfordert eine präzise Koordination zwischen den Wissenschaftlern, die es entwerfen, den Planern der Cassini-Mission und dem Team, das Daten an der Empfangsstation sammelt. Diese Experimente wurden während vier Cassini-Überflügen in den Jahren 2014 und 2016 durchgeführt, und die während dieser Missionen gesammelten Daten ermöglichten eine detaillierte Analyse der Meeresoberflächen von Titan.

Poggiali betonte die Bedeutung weiterer Analysen der Daten, die Cassini während seiner 13-jährigen Mission gesammelt hat. "Das ist erst der Anfang," sagte er und wies darauf hin, dass noch viele Daten auf ihre vollständige Analyse warten. Diese Studien werden weiterhin neue Erkenntnisse über die geologischen und atmosphärischen Prozesse auf Titan liefern und den Weg für zukünftige Missionen und Forschungen ebnen.

Internationale Zusammenarbeit
Diese Forschung wurde mit Unterstützung der NASA und der Italienischen Weltraumagentur durchgeführt, wobei Wissenschaftler von mehreren globalen Institutionen beteiligt waren, darunter die Universität Bologna, das Pariser Observatorium, das NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), das California Institute of Technology, das Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory und das Massachusetts Institute of Technology.

Abschließende Gedanken
Die Ergebnisse dieser Forschung bieten neue Einblicke in die komplexen Prozesse, die die Oberfläche und Atmosphäre von Titan prägen. Bistatische Radardaten ermöglichten eine detailliertere Analyse der Zusammensetzung und Rauheit der Oberflächenschichten der Meere, was wichtige Auswirkungen auf die zukünftige Erforschung dieses faszinierenden Mondes haben wird. Da noch viele Daten auf ihre Analyse warten, wird die Forschung an Titan weiterhin neue Geheimnisse aufdecken und unser Verständnis dieser fernen Welt vertiefen.

Quelle: Cornell University