Obwohl die 20-jährige Mission der Raumsonde Cassini-Huygens zur Erforschung des Saturn und seines Planetensystems vor fast sieben Jahren zu Ende ging, hat sie Unmengen von Daten erzeugt, die noch immer ausgewertet werden.
Astronomen der Cornell University haben bei dieser Analyse eine wichtige Rolle gespielt. Eine neue Untersuchung von Radardaten hat neue Erkenntnisse über die Beschaffenheit und Aktivität der flüssigen Kohlenwasserstoffmeere in der Nähe des Nordpols von Titan erbracht, dem größten der 146 bekannten Saturnmonde.
Die wichtigste Erkenntnis: Unter Verwendung von Daten aus mehreren bistatischen Radarexperimenten konnte ein von der Cornell University geleitetes Forschungsteam die Zusammensetzung und Rauheit von Titans Meeresoberflächen separat analysieren und abschätzen, was mit früheren Analysen monostatischer Radardaten nicht möglich war. Dies wird dazu beitragen, den Weg für künftige kombinierte Untersuchungen der Beschaffenheit von Titans Meeren mit Hilfe von Cassini-Daten zu ebnen.
Valerio Poggiali, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science (CCAPS) im College of Arts and Sciences (A&S), ist der Hauptautor der Studie “Surface Properties of the Seas of Titan as Revealed by Cassini Mission Bistatic Radar Experiments“, die am 16. Juli 2024 im Journal Nature Communications veröffentlicht wurde.
Die Co-Autoren sind Alexander Hayes (Jennifer und Albert Sohn Professor und Direktor des CCAPS), Philip Nicholson (Professor am Department of Astronomy (A&S)) und Daniel Lalich (wissenschaftlicher Mitarbeiter des CCAPS).
Bei einem bistatischen Radarexperiment wird ein Funkstrahl von der Raumsonde auf das Ziel (in diesem Fall Titan) gerichtet, von wo er zur Empfangsantenne auf der Erde reflektiert wird. Diese Oberflächenreflexion ist polarisiert, d. h. sie liefert Informationen aus zwei unabhängigen Perspektiven, im Gegensatz zu den monostatischen Radardaten, bei denen das reflektierte Signal zur Raumsonde zurückkehrt.
“Der Hauptunterschied besteht darin, dass die bistatischen Informationen einen vollständigeren Datensatz darstellen und sowohl für die Zusammensetzung der reflektierenden Oberfläche empfindlich sind als auch für deren Rauheit”, sagte Poggiali.
“Die erfolgreiche Durchführung eines bistatischen Radarexperiments erfordert eine exquisite Choreographie zwischen den Wissenschaftlern, die es konzipieren, den Planern und Navigatoren der Cassini-Mission und dem Team, das die Daten an der Empfangsstation sammelt”, sagte Nicholson.
Für die aktuelle Arbeit wurden vier bistatische Radarbeobachtungen verwendet, die Cassini bei vier Vorbeiflügen im Jahr 2014 (am 17. Mai, 18. Juni, 24. Oktober) und 2016 (am 14. November) gesammelt hat. Bei jedem dieser Vorbeiflüge wurden Oberflächenreflexionen beobachtet, als sich die Raumsonde dem Titan am stärksten näherte (Ingress) und dann wieder, als sie sich entfernte (Egress). Das Team analysierte die Daten der Austrittsbeobachtungen der drei großen Polarmeere des Titan: Kraken Mare, Ligeia Mare und Punga Mare.
Ihre Analyse fand Unterschiede in der Zusammensetzung der Oberflächenschichten der Kohlenwasserstoffmeere, die vom Breitengrad und der Lage abhängen, 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 beispielsweise ist mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 80 sehr reflektierend, während die Ethan- und Methanmeere auf Titan etwa 1,7 aufweisen.
Die Forscher stellten außerdem fest, dass alle drei Meere zum Zeitpunkt der Vorbeiflüge weitgehend ruhig waren, mit Oberflächenwellen, die nicht größer als 3,3 Millimeter waren. Eine etwas höhere Rauheit – bis zu 5,2 mm – wurde in der Nähe von Küstengebieten, Flussmündungen und Meerengen zwischen den Becken festgestellt, was auf Gezeitenströmungen hindeuten könnte.
“Wir haben auch Hinweise darauf, dass die Flüsse, welche die Meere speisen, aus reinem Methan bestehen, bis sie in die offenen, flüssigen Meere fließen, die eher ethanhaltig sind. Es ist wie auf der Erde, wenn Süßwasserflüsse in das salzige Wasser der Ozeane fließen und sich mit diesem vermischen”, sagte Poggiali.
“Dies passt sehr gut zu den meteorologischen Modellen für Titan‚ welche vorhersagen, dass der vom Himmel fallende Regen wahrscheinlich fast reines Methan ist, aber mit Spuren von Ethan und anderen Kohlenwasserstoffen”, sagte Nicholson.
Poggiali sagte, dass die Daten, die Cassini während ihrer 13-jährigen Untersuchung von Titan gesammelt hat, bereits weiter ausgewertet werden. “Es gibt eine Fülle von Daten, die noch darauf warten, vollständig analysiert zu werden, was zu weiteren Entdeckungen führen sollte”, sagte er. “Dies ist nur der erste Schritt.”
Weitere Beiträge zu dieser Arbeit stammen 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. Unterstützt wurde diese Forschungsarbeit von der NASA und der italienischen Raumfahrtbehörde.
(THK)
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