Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) hat in Zusammenarbeit mit dem erdgebundenen Keck-II-Teleskop erstmals eine konvektive Wolkenbildung in der nördlichen Hemisphäre von Titan, dem größten Saturnmond, beobachten können.
Diese Studie, an der Forscher des IPGP beteiligt waren, liefert neue Erkenntnisse über die atmosphärische Dynamik und organische Chemie dieses für die Astrobiologie interessanten Himmelskörpers. Die im Rahmen des garantierten Beobachtungsprogramms des JWST durchgeführte Forschung wurde in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
Bilder von Titan, aufgenommen im Juli 2023 vom James-Webb-Weltraumteleskop (11.07.) und Keck (14.07.), die Methanwolken in verschiedenen Höhenlagen zeigen / @NASA/STScI/WMKO/Alyssa Pagan Neue Daten zur Visualisierung der Titan-Atmosphäre
Die im November 2022 und Juli 2023 vom JWST und den W.M.-Keck-Observatorien gesammelten Daten zeigen Methanwolken in verschiedenen Höhen der nördlichen Titan-Hemisphäre. Durch spezielle Infrarotfilter (1,4 bis 2,17 Mikrometer) konnten die Forscher mehrere Atmosphärenschichten untersuchen – von der unteren Troposphäre bis zur Stratosphäre – und eine vertikale Wolkenbewegung beobachten, ein Zeichen für anhaltende konvektive Aktivität.
Die Bilder zeigen insbesondere den Aufstieg von Wolkenformationen zwischen dem 11. und 14. Juli 2023, was erstmals ein Konvektionsphänomen in hohen nördlichen Breiten bestätigt. Diese Art von Beobachtung ist ein wichtiger Beitrag zum Verständnis des Methankreislaufs und der komplexen Meteorologie von Titan.
Titan: Eine vom Methan geprägte Meteorologie
Auf Titan spielt Methan eine ähnliche meteorologische Rolle wie Wasser auf der Erde. Es verdunstet aus Seen und Meeren, kondensiert in der Atmosphäre und bildet Wolken, die gelegentlich als Regen auf die eisige Oberfläche zurückfallen.
Die Beobachtungen zeigen Wolken in der nördlichen Hemisphäre von Titan – einer Region, in der die wichtigsten Methanseen konzentriert sind, mit einer Fläche vergleichbar der der nordamerikanischen Großen Seen. Dort herrscht derzeit Sommer. Der Aufstieg der Wolken auf Höhen von bis zu 45 Kilometern (gegenüber 12 auf der Erde) verdeutlicht die vertikale Dynamik einer ausgedehnten Atmosphäre, die durch die geringe Schwerkraft des Mondes ermöglicht wird.
Ein Fortschritt in der kryogenen organischen Chemie
Neben diesen meteorologischen Beobachtungen hat die Studie einen bedeutenden Fortschritt in der Erforschung der organischen Chemie von Titan gebracht: den Nachweis des Methylradikals (CH₃), einer instabilen Verbindung, die bei der Dissoziation von Methan entsteht. Dieses Molekül, das bisher in der Titan-Atmosphäre nicht nachgewiesen werden konnte, ist ein grundlegendes Zwischenprodukt in Reaktionsketten, die komplexe Kohlenwasserstoffe produzieren.
Seine Anwesenheit belegt den chemischen Reichtum von Titan, dessen atmosphärische Prozesse Aufschluss über Bedingungen geben könnten, die die Entstehung von Leben begünstigen. Die Möglichkeit, diese Reaktionen "in Echtzeit" zu verfolgen und nicht nur über ihre Endprodukte, ist ein entscheidender Fortschritt für das Verständnis extraterrestrischer organischer Umgebungen.
Ein fragiler atmosphärischer Kreislauf
Die Studie unterstreicht auch die Anfälligkeit des Methankreislaufs auf Titan. Ein Teil des Methans wird in schwerere Verbindungen umgewandelt, die auf die Oberfläche zurückfallen; ein anderer Teil geht verloren, wenn Wasserstoff ins All entweicht. Ohne tiefere Quellen, die Methan in die Atmosphäre zurückführen könnten, könnte diese mit der Zeit verarmen – ein Phänomen, das mit dem Wasserverlust des Mars in seiner Vergangenheit vergleichbar ist.
Auf dem Weg zur Dragonfly-Mission
Die Ergebnisse dieser Studie sind Teil einer wissenschaftlichen Kontinuität, die von der Cassini-Huygens-Mission (1997–2017) bis zur für 2034 geplanten Dragonfly-Mission reicht. Dieser Oktokopter-Drohne der NASA wird auf der Titan-Oberfläche nacheinander verschiedene Standorte anfliegen, um deren Zusammensetzung zu analysieren.
In Verbindung mit Daten großer Observatorien (JWST, Hubble, Keck) wird die Dragonfly-Mission unser Verständnis von Titan erheblich erweitern und die physikalisch-chemischen Bedingungen beleuchten, die auf anderen Himmelskörpern existieren könnten.
Quelle: IPGP