"Titanische" Seen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen

Weltweit größtes Radioteleskop blickt hinter den dichten Wolkenteppich des Saturnmondes Titan

Seit langem vermuten Planetenforscher, dass aus der dichten Atmosphäre des Saturnmondes Titan Methan und andere Kohlenwasserstoffe auf die Oberfläche regnen und sich dort in Meeren oder Seen sammeln. Eine US-Forschergruppe konnte dies jetzt bestätigen. Sie berichten von Radarbeobachtungen, die darauf hindeuten, dass Titan vermutlich mit großen Seen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen übersät ist. Nach Ansicht einiger Forscher handelt es sich bei den bis zu 150 Kilometer großen Seen um Einschlagskrater, in denen sich Methan, Äthan und andere Kohlenwasserstoffe angesammelt haben. Die neuen Aufnahmen bestätigen auch frühere Beobachtungen des Saturnmondes, die um den Äquator herum eine hell reflektierende Zone entdeckten. Aber erst der ESA-Lander Huygens, der Anfang 2005 in die Titan-Atmosphäre eintaucht, wird das Geheimnis, das hinter dem dichten und geheimnisvollen Dunstschleier liegt, endgültig lüften.

Titan, der zweitgrößte Mond des Solarsystems (mittlerer Durchmesser: 5120 Kilometer) und der größte Trabant des zweitgrößtes Planeten unseres Sonnensystem, birgt seine Geheimnisse hinter einem ständig präsenten dichten orange-braunen Wolkenteppich, der in einer Höhe von 400 Kilometern über der Mondoberfläche treibt. Ein dicker Dunst aus Methan und anderen Kohlenwasserstoffen verhüllt das Antlitz des Riesentrabanten. Was sich unterhalb dieses Schleiers genau befindet und woraus die Oberfläche des "mystischen" Saturnmonds besteht, darüber konnte bislang nur spekuliert werden.

Kurzer Steckbrief eines Unbekannten

Nur dank der Beharrlichkeit einiger Astronomen und des nahen Vorbeiflugs der NASA-Raumsonde Voyager 1 im Jahr 1980 konnten zumindest einige der Geheimnisse von Titan gelüftet werden. So konnte Voyager in der Stickstoffatmosphäre des Mondes nicht nur zahlreiche Kohlenwasserstoffverbindungen wie Acetylen, Ehtylen, Äthan, Methylacetylen, Propan und Diacetlyen, sondern auch Blausäure nachweisen, welche als Grundlage für die Bildung von bestimmten Bausteinen des Erbmoleküls DNA dient. Vorläufig deutet nach Ansicht der Forscher jedoch nichts auf die Anwesenheit von Leben auf Titan hin, befindet sich doch der Saturnmond derzeit in einem Zustand, der dem der Erde vor 4,6 Milliarden sehr ähnelt. Dennoch vermuten Astrobiologen in der Atmosphäre des Saturnmondes reichlich Aminosäuren und Moleküle, die eine Vorstufe zum organischen Leben darstellen und die für die Bildung von Leben unabdingbar sind.

Aufgrund der großen Entfernung des Trabanten zur Sonne, die neun Astronomische Einheiten beträgt, beläuft sich die Oberflächentemperatur Titans auf durchschnittlich minus 180 Grad Celsius. Von einer ausgesprochen ungemütlichen Seite zeigt sich daher auch das "titanische" Wetter. Dichte Wolkendecken und heftige Schauern und Methan-Regentropfen von bis zu neun Millimeter Größe bestimmen hier das Bild. "Flüssiges Wasser" geregnet haben könnte es auf dem Saturnmond möglicherweise aber in seiner frühen Entwicklungsperiode. Wahrscheinlich konnte sich das Wasser damals nur deshalb ausbreiten, weil Einschläge großer Meteoriten oder Asteroiden die nötige Wärme erzeugten und die vorherrschenden Eisstrukturen zum Schmelzen brachten. Zumindest kleinere Mengen flüssigen Wassers könnten sich dort über Tausende von Jahren gehalten haben, ehe sie wieder gefroren sind.

Übrigens verfügt Titan, dessen mittlerer Abstand zum Mutterplaneten 1.221.830 Kilometer beträgt, über kein eigenes Magnetfeld und umläuft Saturn zeitweise auch außerhalb dessen Magnetosphäre - ist also dem Sonnenwind direkt ausgesetzt. Exogeologisch gesehen besteht Titan zur Hälfte aus Wassereis und Gestein. Vermutlich ist der Trabant in verschiedene Schichten mit einem 3400 Kilometer dicken Gesteinskern ummantelt, der wiederum von mehreren, aus verschiedenartigen kristallinen Formen von Eis umgebenen Schichten umschlossen wird.

Titan - Mond der 1000 Kohlenwasserstoff-Seen?

Nachdem vor zwei Jahren ein internationales Forscherteam mit dem kanadisch-französischen Teleskop auf Mauna Kea (Hawaii) im Infrarot-Bereich des Lichtspektrums auf Titan große Methaneisgebiete entdeckte und kurz zuvor Astronomen mit dem Keck-Teleskop ebenfalls auf Titan riesige Plateaus mitsamt Flecken fotografierten, die nach Ansicht der Forscher Ozeane aus flüssigem Kohlenwasserstoff sein mussten, scheint klar, dass auf Titan Methan, Äthan und andere Kohlenwasserstoffe nicht nur in der dicken Wolkendecke schweben, sondern auch auf der minus 180 Grad kalten Oberfläche vorkommen. Seither fokussiert sich alles auf die Frage: Ist die Oberfläche Titans womöglich übersät mit Seen aus flüssigen Methan, Äthan und anderen Kohlenwasserstoffen?

Eine Antwort hierauf haben jetzt US-Astronomen in einem Fachbeitrag in dem US-Wissenschaftschaftsmagazin Science (Science 10.1126/science.1088969) vorgelegt. Dem Forscherteam ist es danach offensichtlich gelungen, einen direkten Blick durch die mit organischen Verbindungen durchsetzte Stickstoffatmosphäre des Saturnmondes zu werfen. Im sichtbaren Bereich sind die orangefarbenen Dunstschleier, die den Titan verhüllen, undurchdringlich. Lediglich im Infrarot- Radio- und Mikrowellenbereich können die Forscher - wenn sie dabei auch Abstriche in Kauf nehmen müssen - unter die Wolkendecke blicken.

Donald Campbell von der Cornell University in Ithaca (New York) und seine Kollegen taten dies mithilfe von Mikrowellen. Nach zwei Observations-Sequenzen, die Ende 2001 und genau ein Jahr später mit dem größten beweglichen und größten unbeweglichen Radioteleskope der Welt durchgeführt wurden, kamen sie zu dem Ergebnis, dass der Begleiter des Ringplaneten gleichwohl über gewaltige Seen verfügt.

Als Titan sich genau im Blickfeld des Arecibo-Radioteleskops befand, schickten die Astronomen mit der im Regenwald Puerto Ricos eingebetteten 305-Meter-Schüssel zunächst einen Hunderte von Kilowatt starken Mikrowellenimpuls im 13-Zentimeter-Bereich zum fernen Saturnmond. Nach zwei Stunden und 15 Minuten konnten sie dann mit der 100-Meter-Schüssel des Green Bank Telescope in West Virginia jeweils das schwache Radarecho der an dem Mond reflektierten Strahlung empfangen. Dabei zeigten die registrierten Radarsignale auffällige Ausschläge. Obwohl im sichtbaren Licht keine Unterschiede auszumachen waren, wurden in einigen Regionen die Wellen kaum reflektiert; nur ein kleiner Teil der Mikrowellenstrahlung wurde "zurückgeworfen".

Die Forscher stellten hierbei fest, dass just an diesen Stellen flüssiger Kohlenwasserstoff die einfallenden Mikrowellen größtenteils schluckt. Bei den dunklen detektierten Flecken, die etwa 50 bis 150 Kilometer groß sind, könnte es sich nach Ansicht von Lorenz um frühe Einschlagskrater handeln, in denen sich flüssiges Methan, Äthan und andere flüssige Kohlenwasserstoffe angesammelt haben. Besagte Seen könnten zudem für den hohen Methangehalt in der Atmosphäre verantwortlich sein. Ausgehend von anderen Saturnmonden wären auf Titan zumindest 80 solcher Krater von 150 Kilometer Durchmesser zu erwarten und einige Tausend kleinere. Immerhin lassen die Radardaten vermuten, dass die Flüssigkeiten bis zu drei Viertel der Oberfläche bedecken.

Zeitreise zu den Anfängen des Lebens

In dem Science-Artikel betonen die Wissenschaftler, dass mit den derzeit zur Verfügung stehenden irdischem Instrumentarium auch in naher Zukunft bessere Daten über Titan nicht zu erwarten seien. Man sei nunmehr offensichtlich an die Grenzen des technisch Machbaren gestoßen.

Da trifft es sich sicherlich gut, dass derweil die Cassini-Huygens-Mission seit sechs Jahren mit Volldampf zum Saturn und Titan düst. Sie, genauer gesagt der Huygens Lander, der am 14. Januar 2005 mit einer Geschwindigkeit von 30.000 Stundenkilometern in die dichte Gashülle des geheimnisumwitterten Saturnmondes eintauchen wird, soll auflösen, was sich hinter dem dichten und geheimnisvollen Wolken-Vorhang des Saturntrabanten versteckt.

Sofern das Sonden-Duo den restlichen interplanetaren Trip zum Saturn ohne Blessuren übersteht und der Sinkflug des Huygens-Landers auf Titan inklusive der erwünschten sanften Landung glückt, tritt das Spektrometer des Landers in Aktion. Es ist empfindlich genug, um beispielsweise Methan auf der Oberfläche und in der Atmosphäre direkt nachzuweisen, wobei die wichtigste Aufgabe der Huygens-Mission (vgl. Mission to "Lord of the Rings": Auf der Suche nach "titanischem" Methaneis und Aminosäuren) darin bestehen dürfte, nach komplexen organischen Verbindungen in Form von Aminosäuren oder ähnlichen Molekülen Ausschau zu halten, die Astrobiologen gemeinhin als Vorstufen des Lebens klassifizieren.

Vieles spricht dafür, dass im Erfolgsfall das gen Erde abgestrahlte Datenmaterial einige Überraschungen beinhalten könnte. Was dabei auch immer an Bit und Bytes die Erde erreicht - das technisch komplexe und anspruchsvolle Unternehmen verspricht auf jeden Fall, eine Zeitreise in die Vergangenheit zu werden, eine Zeitreise zu den Anfängen des irdischen Lebens.