TITAN (SATELLIT): EIGENSCHAFTEN, ZUSAMMENSETZUNG, UMLAUFBAHN, BEWEGUNG - ARTE - 2025

Titan ist einer der Satelliten des Planeten Saturn und der größte von allen. Seine Oberfläche ist eisig, es ist größer als Quecksilber und es hat die dichteste Atmosphäre aller Satelliten im Sonnensystem.

Von der Erde aus ist Titan mit Hilfe eines Fernglases oder eines Teleskops sichtbar. Es war Christian Huygens (1629-1695), ein niederländischer Astronom, der 1655 den Satelliten zum ersten Mal mit einem Teleskop entdeckte. Huygens nannte es nicht Titan, sondern einfach Luna Saturni, lateinisch für "Mond des Saturn".

Abbildung 1. Titan umkreist den Saturn. Bild von sind Cassini. Quelle: NASA.

Der aus der griechischen Mythologie abgeleitete Name Titan wurde Mitte des 19. Jahrhunderts von John Herschel (1792-1871), dem Sohn von William Herschel, vorgeschlagen. Die Titanen waren die Brüder von Cronos, dem Vater der Zeit für die Griechen, gleichbedeutend mit dem Saturn der Römer.

Sowohl die Weltraummissionen in der letzten Hälfte des 20. Jahrhunderts als auch die Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops haben das Wissen über diesen Satelliten, der selbst eine faszinierende Welt ist, erheblich erweitert.

Zunächst gibt es auf Titan ähnliche meteorologische Phänomene wie auf der Erde, wie Wind, Verdunstung und Regen. Aber mit einem grundsätzlichen Unterschied: Auf Titan spielt Methan eine wichtige Rolle, da diese Substanz Teil der Atmosphäre und der Oberfläche ist.

Da die Rotationsachse geneigt ist, genießt Titan außerdem Jahreszeiten, obwohl sich die Dauer von der der Erde unterscheidet.

Aus diesem Grund und auch weil es eine eigene Atmosphäre und Größe hat, wird Titan manchmal als Miniaturplanet beschrieben, und Wissenschaftler haben sich darauf konzentriert, ihn besser kennenzulernen, zu wissen, ob er Leben beherbergt oder in der Lage ist, Leben zu beherbergen.

Allgemeine Charakteristiken

Größe

Titan ist nach Ganymed, dem riesigen Mond des Jupiter, der zweitgrößte Satellit. Es ist größer als Merkur, da der kleine Planet einen Durchmesser von 4879,4 km und der Titan einen Durchmesser von 5149,5 km hat.

Abbildung 2. Größenvergleich zwischen Erde, Mond und Titan unten links. Quelle: Wikimedia Commons. Apollo 17 Bild der ganzen Erde: NASA-Teleskopbild des Vollmonds: Gregory H. Revera Bild des Titanen: NASA / JPL / Space Science Institute / Public Domain

Titan hat jedoch einen großen Anteil an Eis in seiner Zusammensetzung. Wissenschaftler wissen dies durch seine Dichte.

Dichte

Um die Dichte eines Körpers zu berechnen, müssen sowohl seine Masse als auch sein Volumen bekannt sein. Die Masse des Titanen kann durch Keplers drittes Gesetz sowie durch Daten von Weltraummissionen bestimmt werden.

Die Dichte des Titanen liegt mit 1,9 g / cm ³ weit unter der von felsigen Planeten. Dies bedeutet nur, dass Titan einen großen Anteil an Eis in seiner Zusammensetzung hat - nicht nur Wasser, das Eis kann auch andere Substanzen sein.

Atmosphäre

Der Satellit hat eine dichte Atmosphäre, was im Sonnensystem selten ist. Diese Atmosphäre enthält Methan, aber der Hauptbestandteil ist Stickstoff, genau wie die Erdatmosphäre.

Es enthält weder Wasser noch Kohlendioxid, aber es sind andere Kohlenwasserstoffe vorhanden, da das Sonnenlicht mit Methan reagiert und andere Verbindungen wie Acetylen und Ethan entstehen.

Kein Magnetfeld

Was den Magnetismus betrifft, fehlt Titan ein eigenes Magnetfeld. Da es sich am Rand der Saturnstrahlungsgürtel befindet, erreichen viele hochenergetische Partikel immer noch die Oberfläche von Titan und brechen dort Moleküle auf.

Ein hypothetischer Reisender, der auf Titan ankommt, würde eine Oberflächentemperatur in der Größenordnung von -179,5 ºC und einen atmosphärischen Druck finden, der vielleicht unangenehm ist: das Eineinhalbfache des Wertes des Erddrucks auf Meereshöhe.

Regen

Auf Titan regnet es, weil Methan in der Atmosphäre kondensiert, obwohl dieser Regen oft nicht den Boden erreicht, da er teilweise verdunstet, bevor er den Boden erreicht.

Zusammenfassung der wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Titan

Komposition

Planetenforscher schließen aus der Dichte des Titanen, die ungefähr doppelt so hoch ist wie die des Wassers, dass der Satellit halb Fels und halb Eis ist.

Die Gesteine ​​enthalten Eisen und Silikate, während das Eis nicht nur aus Wasser besteht, obwohl sich unter der gefrorenen Schicht der Kruste eine Mischung aus Wasser und Ammoniak befindet. Auf Titan befindet sich Sauerstoff, der jedoch im Untergrund an Wasser gebunden ist.

In Titan gibt es wie auf der Erde und in anderen Körpern des Sonnensystems radioaktive Elemente, die Wärme erzeugen, wenn sie in andere Elemente zerfallen.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Temperatur auf Titan nahe am Tripelpunkt von Methan liegt, was darauf hinweist, dass diese Verbindung als Feststoff, Flüssigkeit oder Gas vorliegen kann und dieselbe Rolle spielt wie Wasser auf der Erde.

Dies wurde durch die Cassini-Sonde bestätigt, die es schaffte, auf die Oberfläche des Satelliten abzusteigen, wo sie Proben der Verdampfung dieser Verbindung fand. Es wurden auch Regionen erfasst, in denen Radiowellen schwach reflektiert werden, analog dazu, wie sie in Seen und Ozeanen auf der Erde reflektiert werden.

Diese dunklen Bereiche in den Radiobildern deuten auf das Vorhandensein von Körpern aus flüssigem Methan mit einer Breite zwischen 3 und 70 km hin, obwohl weitere Beweise erforderlich sind, um die Tatsache endgültig zu belegen.

Die Atmosphäre auf Titan

Der niederländische Astronom Gerard Kuiper (1905-1973) bestätigte 1944, dass Titan eine eigene Atmosphäre hat, dank der der Satellit die charakteristische orange-braune Farbe hat, die auf den Bildern zu sehen ist.

Später wurde dank der von der Voyager-Mission in den frühen 1980er Jahren gesendeten Daten festgestellt, dass diese Atmosphäre ziemlich dicht ist, obwohl sie aufgrund der Entfernung weniger Sonnenstrahlung empfängt.

Es hat auch eine Smogschicht, die die Oberfläche stumpf macht und in der sich Kohlenwasserstoffpartikel in Suspension befinden.

In der oberen Atmosphäre des Titan entwickeln sich Winde mit bis zu 400 km / h, obwohl sich das Panorama der Oberfläche nähert, ist es etwas ruhiger.

Atmosphärische Gase

Atmosphärische Gase bestehen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung aus 94% Stickstoff und 1,6% Methan. Der Rest der Komponenten sind Kohlenwasserstoffe. Dies ist das charakteristischste Merkmal, da außer der Erdatmosphäre kein anderes im Sonnensystem Stickstoff in einer solchen Menge enthält.

Methan ist ein Treibhausgas, dessen Anwesenheit verhindert, dass die Temperatur des Titanen weiter sinkt. Die äußerste Schicht, die aus weit verbreiteten Gasen besteht, ist jedoch reflektierend und wirkt dem Treibhauseffekt entgegen.

Kohlenwasserstoffe

Unter den auf Titan beobachteten Kohlenwasserstoffen fällt Acrylnitril in einer Konzentration von bis zu 2,8 ppm auf, die durch spektroskopische Techniken nachgewiesen wurde.

Es ist eine Verbindung, die bei der Herstellung von Kunststoffen weit verbreitet ist und laut Wissenschaftlern in der Lage ist, zellmembranähnliche Strukturen zu erzeugen.

Obwohl Acrylnitril ursprünglich in den oberen Schichten der Titanatmosphäre nachgewiesen wurde, wird angenommen, dass es die Oberfläche erreichen kann, in den unteren atmosphärischen Schichten kondensiert und dann mit Regen ausfällt.

Neben Acrylnitril gibt es auf Titan Tholine oder Tholine, merkwürdige Verbindungen organischer Natur, die auftreten, wenn ultraviolettes Licht Methan fragmentiert und Stickstoffmoleküle abtrennt.

Das Ergebnis sind diese komplexeren Verbindungen, von denen angenommen wird, dass sie auf der frühen Erde existieren. Sie wurden auf eisigen Welten jenseits des Asteroidengürtels entdeckt und können von Forschern im Labor hergestellt werden.

Solche Befunde sind sehr interessant, obwohl die Bedingungen des Satelliten nicht für das Leben auf der Erde geeignet sind, insbesondere wegen der extremen Temperaturen.

Wie man Titan beobachtet

Titan ist von der Erde aus als kleiner Lichtpunkt um den riesigen Saturn sichtbar, aber die Hilfe von Instrumenten wie Ferngläsern oder Teleskopen ist notwendig.

Trotzdem ist es nicht möglich, viele Details zu bemerken, da Titan nicht so stark leuchtet wie die galiläischen Satelliten (die großen Satelliten des Jupiter).

Darüber hinaus kann die Größe und Helligkeit des Saturn manchmal die Anwesenheit des Satelliten verbergen. Daher ist es erforderlich, nach den Momenten mit der größten Entfernung zwischen den beiden zu suchen, um den Satelliten zu unterscheiden.

Orbit

Titan braucht fast 16 Tage, um sich um den Saturn zu drehen, und diese Drehung ist synchron mit dem Planeten, was bedeutet, dass er immer das gleiche Gesicht zeigt.

Dieses Phänomen ist bei Satelliten im Sonnensystem sehr verbreitet. Unser Mond zum Beispiel dreht sich auch synchron mit der Erde.

Abbildung 3. Die rot hervorgehobene Umlaufbahn des Titanen sowie die der Hauptsatelliten des Saturn: Hyperion und Iapetus sind die äußersten zu Titan, während die innersten in der Reihenfolge Rhea, Dione, Tethys, Enceladus und Mimas sind . Quelle: Wikimedia Commons. ! Original: SchutthaufenVektor: Mysid. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Dies ist auf die Gezeitenkräfte zurückzuführen, die nicht nur die flüssigen Massen anheben, was der auf der Erde am meisten geschätzte Effekt ist. Sie sind auch in der Lage, die Kruste anzuheben und Planeten und Satelliten zu verziehen.

Die Gezeitenkräfte verlangsamen allmählich die Geschwindigkeit des Satelliten, bis die Umlaufgeschwindigkeit der Drehzahl entspricht.

Drehbewegung

Die synchrone Rotation des Titanen bedeutet, dass seine Rotationsperiode um seine Achse der Orbitalperiode entspricht, dh ungefähr 16 Tage.

Es gibt Stationen auf Titan wegen der Neigung der Rotationsachse um 26º von der Ekliptik. Aber im Gegensatz zur Erde würde jeder etwa 7,4 Jahre dauern.

Im Jahr 2006 brachte die Cassini-Sonde Bilder auf, die Regen (von Methan) auf dem Nordpol des Titanen zeigten, ein Ereignis, das den Beginn des Sommers auf der Nordhalbkugel des Satelliten markieren würde, wo vermutlich Methanseen existieren.

Die Regenfälle würden die Seen wachsen lassen, während die auf der südlichen Hemisphäre sicherlich ungefähr zur gleichen Zeit austrocknen würden.

Interne Struktur

Das folgende Diagramm zeigt die geschichtete innere Struktur von Titan, die aus der Zusammenfassung von Beweisen aus Erdbeobachtungen und den Missionen der Voyager- und Cassini-Missionen besteht:

-Kern aus Wasser und Silikaten, obwohl auch die Möglichkeit eines innereren felsigen Kerns auf der Basis von Silikaten behandelt wird.

-Verschiedene Eisschichten und flüssiges Wasser mit Ammoniak

- Äußerste Eiskruste.

Abbildung 4. Interne Struktur von Titan nach theoretischen Modellen. Quelle: Wikimedia Commons. Kelvinsong / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0).

Das Diagramm zeigt auch die dichte atmosphärische Schicht, die die Oberfläche bedeckt, in der die oben erwähnte Schicht aus organischen Verbindungen des Tholin-Typs hervorsticht, und schließlich eine äußerlichere und zartere Smogschicht.

Geologie

Die Cassini-Sonde, die 2005 auf Titan landete, untersuchte den Satelliten mit Infrarotkameras und Radar, die in die dichte Atmosphäre eindringen können. Die Bilder zeigen eine abwechslungsreiche Geologie.

Obwohl Titan vor etwas mehr als 4,5 Milliarden Jahren zusammen mit den übrigen Mitgliedern des Sonnensystems gebildet wurde, ist seine Oberfläche viel jünger, Schätzungen zufolge rund 100 Millionen Jahre. Dies ist dank der großen geologischen Aktivität möglich.

Die Bilder zeigen eisige Hügel und glatte Oberflächen mit dunklerer Farbe.

Es gibt nur wenige Krater, da sie aufgrund ihrer geologischen Aktivität kurz nach ihrer Entstehung gelöscht werden. Einige Wissenschaftler gaben an, dass die Oberfläche des Titanen der Wüste von Arizona ähnelt, obwohl Eis den Platz des Felsens einnimmt.

An der Stelle des Sondenabstiegs wurden leicht gerundete Eiskämme gefunden, als hätte eine Flüssigkeit sie vor langer Zeit geformt.

Es gibt auch Hügel mit Kanälen, die sanft in die Ebene abfallen, und die oben beschriebenen Methanseen sowie Inseln. Diese Seen sind die ersten stabilen Flüssigkeitskörper, die sich an einem Ort außerhalb der Erde befinden und sich in der Nähe der Pole befinden.

Abbildung 5. Bild von Titan, aufgenommen von der Huygens-Sonde in 10 km Höhe. Quelle: ESA / NASA / JPL / Universität von Arizona / Public Domain.

Das Relief ist auf Titan im Allgemeinen nicht sehr ausgeprägt. Die höchsten Berge sind nach altimetrischen Daten etwa ein bis zwei Kilometer hoch.

Zusätzlich zu diesen Merkmalen gibt es auf Titan Dünen, die durch die Gezeiten verursacht werden und wiederum starke Winde auf der Oberfläche des Satelliten erzeugen.

Tatsächlich treten all diese Phänomene auf der Erde auf, aber auf ganz andere Weise, da Methan auf Titan den Platz des Wassers einnimmt und auch viel weiter von der Sonne entfernt ist.

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