Auf Titan, dem größten Mond des Saturn, könnte eine leichte Brise drei Meter hohe Wellen aufwerfen – ein Phänomen, das unsere irdische Intuition auf den Kopf stellt. Diese überraschende Entdeckung stammt von einem neuen Werkzeug namens „PlanetWaves“, das von Forschern des MIT entwickelt wurde. Dieses Modell simuliert das Verhalten von Wellen auf anderen Welten, indem es nicht nur die Schwerkraft, sondern auch den atmosphärischen Druck und die Eigenschaften von Flüssigkeiten wie Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung berücksichtigt.
Die Wissenschaftler testeten ihr Modell zunächst an zwanzig Jahren Daten, die im Lake Superior, dem größten Süßwassersee der Erde, gesammelt wurden. Die Simulationen reproduzierten die Messungen mit großer Genauigkeit, was ihnen das Vertrauen gab, es auf andere Planeten anzuwenden. Auf der Erde sind wir an bestimmte Wellendynamiken gewöhnt, doch dieses Modell zeigt, wie sehr außerirdische Bedingungen unsere Erwartungen durcheinanderbringen können.
Bild des Titan von der NASA. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech Titan war das Hauptziel der Studie, da es die einzige andere bekannte Welt ist, die Seen und Meere auf ihrer Oberfläche besitzt, die von der Mission Cassini-Huygens kartiert wurden. Aber Achtung: Die Flüssigkeiten auf Titan sind kein Wasser, sondern Kohlenwasserstoffe wie Methan und Ethan, die durch eisige Temperaturen von -179 °C flüssig sind. Die geringe Schwerkraft des Titan (14 % der Erdanziehung) und die Leichtigkeit dieser Flüssigkeiten erklären, warum ein sanfter Wind riesige Wellen erzeugen kann. „Das ist wie hohe Wellen, die sich in Zeitlupe bewegen“, erklärte die Hauptautorin Una Schneck.
Diese Wellen könnten ein Rätsel um die Küstenlinien des Titan lösen. Im Gegensatz zur Erde, wo Flüsse beim Auftreffen auf das Meer oft Deltas bilden, weist Titan trotz seiner vielen Küsten nur sehr wenige auf. Könnten die Wellen für diese Erosion verantwortlich sein? Ihre Größe zu verstehen ist auch wichtig für die Konstruktion zukünftiger Sonden, die auf diesen Seen schwimmen sollen – sie müssen der Wellenenergie standhalten.
Die Forscher wandten PlanetWaves auch auf andere Welten an. Auf dem Mars, vor Milliarden von Jahren, als die Atmosphäre dünner wurde, mussten die Winde stärker sein, um Wellen zu erzeugen. Auf dem Exoplaneten LHS 1140b, einer Supererde mit stärkerer Schwerkraft, wären die Wellen bei gleichem Wind viel kleiner als auf der Erde. Im Gegensatz dazu könnte Kepler-1649b, eine heiße, Venus-ähnliche Welt, Schwefelsäureseen haben, die doppelt so dicht wie Wasser sind, sodass heftige Winde nötig wären, um sie in Bewegung zu versetzen.
Schließlich ist 55 Cancri e eine glühend heiße Welt, die möglicherweise von Lavaseen bedeckt ist. Da Lava sehr zähflüssig ist und die Schwerkraft stärker als auf der Erde ist, wären Orkanwinde (etwa 130 km/h) nötig, um nur ihre Oberfläche zu kräuseln. Diese Ergebnisse zeigen die Vielfalt der flüssigen Umgebungen im Kosmos, weit über unsere irdischen Ozeane hinaus. Die Einzelheiten dieser Arbeiten wurden im
Journal of Geophysical Research: Planets veröffentlicht.
Was ist die Oberflächenspannung?
Die Oberflächenspannung ist eine Eigenschaft von Flüssigkeiten, die sie an ihrer Oberfläche wie eine elastische Membran wirken lässt. Sie widersteht Verformungen, was bedeutet, dass eine Flüssigkeit mit hoher Oberflächenspannung mehr Energie benötigt, um Wellen zu bilden.
Auf Titan hat flüssiges Methan eine viel geringere Oberflächenspannung als Wasser, was die Wellenbildung erleichtert.
Dieser Parameter, kombiniert mit Schwerkraft und Dichte, ermöglicht es dem PlanetWaves-Modell, das Wellenverhalten auf anderen Welten genau vorherzusagen.
Quelle: Journal of Geophysical Research: Planets