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Astronomie+Physik

Dem Geheimnis der Titan-Dünen auf der Spur

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Aufnahmen der Dünen auf dem Saturnmond Titan (oben), im Vergleich zu irdischen Sanddünen in Namibia (unten) geformt werden. Credit: NASA
Der Saturnmond Titan ähnelt in bizarrer Weise der Erde: Flüssige Kohlenwasserstoffe regnen aus Wolken und bilden Seenlandschaften – allerdings bei minus 179 Grad Celsius. Teil dieser frostigen Welt sind auch Dünengebiete, zeigten Aufnahmen der Raumsonde Cassini. Wie sie entstehen, bereitete Forschern allerdings bisher Kopfzerbrechen. Nun legen Untersuchungsergebnisse in einem „Titan-Simulator“ nahe: Vermutlich formen seltene Westwinde im langen Jahreszeitenverlauf Titans die mysteriösen Strukturen.

Wie viele andere Merkmale der Oberfläche Titans weisen auch seine Dünen deutliche Ähnlichkeiten zu ihren irdischen Pendants auf. Sie erreichen über 150 Meter Höhe und erstrecken sich über hunderte von Kilometern. Sie bestehen aus Partikeln, deren Zusammensetzung noch nicht genau geklärt ist. Es handelt sich wohl entweder um Wassereis oder organische Feststoffe. Ähnlich wie auf der Erde kommt auch für die Titan-Dünen nur ein Verursacher in Frage: der Wind, der in der dichten Atmosphäre des Mondes weht. Es handelt sich den Cassini-Daten zufolge allerdings nur um ein laues Lüftchen – dass dieser Faktor offenbar ausreicht, um die Strukturen hervorzubringen, erstaunte Forscher.

Ein weiteres Mysterium war die Form der Dünen: Die Cassini-Daten legten nahe, dass der Wind im Gebiet der Dünen von Osten nach Westen weht. Doch das Aussehen der Strukturen rund um Hindernisse wie Berge und Krater passte nicht zu dieser Richtung: Die Dünen scheinen stattdessen von Westwinden geformt worden zu sein. Um diesen Unklarheiten auf den Grund zu gehen, führten die Forscher um Devon Burr von der University of Tennesse in Knoxville Untersuchungen unter künstlichen Titan-Bedingungen durch: In einem Windkanal, den man unter Hochdruck setzen kann. So simulierten die Forscher die dichte Atmosphäre des Mondes. Darin untersuchten sie das Verhalten von Sandkörnern bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten. Wegen der Unsicherheiten bezüglich der Eigenschaften des Titansands testeten die Wissenschaftler 23 verschiedene Sorten mit unterschiedlichen Größen und Dichten.

Seltene West-Winde formen die Dünen

Nach zwei Jahren Forschung, vielen Ansätzen und Rekalibrierungen kam das Team nun zu dem Fazit: Die minimale Windgeschwindigkeit, um den Sand zu bewegen, muss etwa 50 Prozent schneller sein, als es bisherige Modelle vermuten ließen. Vor allem die Dichte der Atmosphäre des Titan war für diese Ergebnisse die ausschlaggebende Einflussgröße, sagen die Forscher. „Wenn die vorherrschenden Ostwinde tatsächlich nur so leicht sind, reichen sie nicht aus, um den Sand zu bewegen“, resümiert Burr.

Den Forschern zufolge gibt es aber dennoch eine mögliche Lösung des Rätsels: Atmosphärische Modelle legen nahe, dass sich der Wind zweimal während eines Saturnjahres umkehren könnte. Das geschieht, wenn der Sonnenschein den Äquator des Titan überschreitet. Dadurch verändern sich die atmosphärischen Verhältnisse und die Winde drehen sich für eine kurze Zeit. Burr zufolge könnten diese Westwinde vergleichsweise hohe Geschwindigkeiten erreichen und dadurch die Dünen formen.

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Da ein Saturnjahr 30 Erdjahren entspricht, handelt es sich um seltene Ereignisse. „Cassini hat diese Winde wahrscheinlich einfach nicht entdeckt, weil sie so selten wehen“, so die Astronomin. Offenbar hinterlassen sie aber deutliche Spuren: die Dünen eines der skurrilsten Himmelskörper unseres Sonnensystems.

Mehr zum Thema Titan:

„Magische Insel“ erscheint auf Saturnmond Titan

Originalarbeit der Forscher:

© wissenschaft.de – Martin Vieweg
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