Bildnachweis: Keck
Als sich das Cassini-Huygens-Raumschiff einer Begegnung mit Saturn und seinem Mond Titan, einem Team der University of California in Berkeley, im Juli nähert, haben Astronomen einen detaillierten Blick auf die Wolkendecke des Mondes und darauf geworfen, was die Huygens-Sonde beim Tauchen durch die Atmosphäre sehen wird von Titan auf der Oberfläche zu landen.
Die Astronomin Imke de Pater und ihre Kollegen von der UC Berkeley verwendeten adaptive Optik am Keck-Teleskop in Hawaii, um den den Mond umhüllenden Kohlenwasserstoffdunst abzubilden und Schnappschüsse in verschiedenen Höhen von 150 bis 200 Kilometern bis zur Oberfläche zu machen. Sie haben die Bilder zu einem Film zusammengefügt, der zeigt, was Huygens erleben wird, wenn es im Januar 2005 an die Oberfläche sinkt, sechs Monate nachdem das Cassini-Raumschiff die Umlaufbahn um den Saturn erreicht hat.
"Früher konnten wir jede Komponente des Dunstes sehen, wussten aber nicht genau, wo sie sich in der Stratosphäre oder in der Troposphäre befand. Dies sind die ersten detaillierten Bilder der Verteilung des Dunstes mit der Höhe “, sagte der atmosphärische Chemiker Mate Adamkovics, ein Doktorand am College of Chemistry der UC Berkeley. "Es ist der Unterschied zwischen einer Röntgenaufnahme der Atmosphäre und einer MRT."
„Dies zeigt, was mit den neuen Instrumenten des Keck-Teleskops getan werden kann“, fügte de Pater hinzu und bezog sich auf das Nahinfrarotspektrometer (NIRSPEC), das mit dem adaptiven Optiksystem montiert ist. "Dies ist das erste Mal, dass ein Film gedreht wurde, der uns helfen kann, die Meteorologie auf Titan zu verstehen."
Adamkovics und de Pater bemerken, dass bodengestützte Beobachtungen wichtige Informationen darüber liefern können, wie sich die Titanatmosphäre mit der Zeit ändert und wie sich die Zirkulation mit der atmosphärischen Chemie verbindet, um Aerosole in der Titanatmosphäre zu erzeugen. Dies wird nächstes Jahr noch einfacher, wenn OSIRIS (OH-Suppressing Infrarot Imaging Spectrograph) an den Keck-Teleskopen online geht, sagte de Pater. OSIRIS ist ein Nahinfrarot-Integralfeldspektrograph, der für das adaptive Optiksystem von Keck entwickelt wurde und im Gegensatz zu NIRSPEC, das einen Schlitz abtastet und einen Himmelsfleck scannen muss, einen kleinen rechteckigen Himmel abtasten kann.
De Pater wird die Ergebnisse und den Film am Donnerstag, 15. April, auf einer internationalen Konferenz in den Niederlanden anlässlich des 375. Geburtstages der niederländischen Wissenschaftlerin Christiaan Huygens vorstellen. Huygens war 1655 der erste „wissenschaftliche Direktor“ der Acad? Mie Fran? Aise und der Entdecker von Titan, dem größten Saturnmond. Die viertägige Konferenz, die am 13. April begann, findet im Europäischen Weltraum- und Technologiezentrum statt in Noordwijk.
Die Mission Cassini-Huygens ist eine internationale Zusammenarbeit zwischen drei Weltraumagenturen - der Nationalen Luft- und Raumfahrtbehörde, der Europäischen Weltraumorganisation und der italienischen Weltraumagentur - mit Beiträgen von 17 Nationen. Es wurde am 15. Oktober 1997 vom Kennedy Space Center aus gestartet. Das Raumschiff wird im Juli am Saturn eintreffen. Der Cassini-Orbiter wird voraussichtlich mindestens vier Jahre lang Daten über den Planeten und seine Monde zurücksenden. Der Orbiter wird auch Daten von der Huygens-Sonde weiterleiten, wenn diese durch die Titanatmosphäre eintaucht und nächstes Jahr auf der Oberfläche landet.
Was Titan so interessant macht, ist seine scheinbare Ähnlichkeit mit einer jungen Erde, einem Zeitalter, in dem vermutlich Leben entstand und bevor Sauerstoff die Chemie unseres Planeten veränderte. Die Atmosphären von Titan und der frühen Erde wurden von nahezu der gleichen Menge Stickstoff dominiert.
Die Atmosphäre von Titan enthält eine erhebliche Menge Methangas, das durch ultraviolettes Licht in der oberen Atmosphäre oder Stratosphäre chemisch verändert wird, um langkettige Kohlenwasserstoffe zu bilden, die zu Partikeln kondensieren, die einen dichten Dunst erzeugen. Diese Kohlenwasserstoffe, die wie Öl oder Benzin sein könnten, setzen sich schließlich an der Oberfläche ab. Radarbeobachtungen deuten auf flache Bereiche auf der Mondoberfläche hin, bei denen es sich um Pools oder Seen aus Propan oder Butan handeln könnte, sagte Adamkovics.
Astronomen konnten den Kohlenwasserstoffdunst durchdringen, um mit bodengestützten Teleskopen mit adaptiver Optik oder Speckle-Interferometrie und mit dem Hubble-Weltraumteleskop immer mit Filtern auf die Oberfläche zu schauen, wobei die Teleskope immer durch „Fenster“ im Dunst sehen können Methan absorbiert nicht.
Die Abbildung des Dunstes selbst war nicht so einfach, vor allem, weil die Menschen bei verschiedenen Wellenlängen beobachten mussten, um ihn in bestimmten Höhen zu sehen.
"Bis jetzt kam das, was wir über die Verteilung des Dunstes wussten, von verschiedenen Gruppen, die unterschiedliche Techniken und Filter verwendeten", sagte Adamkovics. "Wir bekommen das alles auf einmal: die 3-D-Verteilung des Dunstes auf Titan, wie viel an jedem Ort auf dem Planeten und wie hoch in der Atmosphäre, in einer Beobachtung."
Das NIRSPEC-Instrument am Keck-Teleskop misst gleichzeitig die Intensität eines Bandes von Wellenlängen im nahen Infrarot, während es etwa 10 Schichten entlang der Titanoberfläche abtastet. Diese Technik ermöglicht die Rekonstruktion der Trübung gegenüber der Höhe, da bestimmte Wellenlängen aus bestimmten Höhen stammen müssen oder aufgrund der Absorption überhaupt nicht sichtbar sind.
Der Film Adamkovics und de Pater zusammen zeigt eine Dunstverteilung ähnlich der zuvor beobachteten, jedoch vollständiger und benutzerfreundlicher zusammengestellt. Zum Beispiel ist Dunst in der Atmosphäre über dem Südpol in einer Höhe zwischen 30 und 50 Kilometern sehr deutlich. Es ist bekannt, dass sich dieser Dunst saisonal bildet und sich während des Titan-Jahres, das etwa 29 1/2 Erdjahre beträgt, auflöst.
Stratosphärischer Dunst bei etwa 150 Kilometern ist über ein großes Gebiet auf der Nordhalbkugel sichtbar, nicht jedoch auf der Südhalbkugel, eine zuvor beobachtete Asymmetrie.
In der Tropopause der südlichen Hemisphäre, der Grenze zwischen der unteren Atmosphäre und der Stratosphäre in etwa 42 Kilometern Höhe, ist Cirrus-Dunst sichtbar, analog zu Cirrus-Dunst auf der Erde.
Die Beobachtungen wurden am 19., 20. und 22. Februar 2001 von de Pater und seinem Kollegen Henry G. Roe vom California Institute of Technology gemacht und von Adamkovics unter Verwendung von Modellen von Caitlin A. Griffith von der University of Arizona mit analysiert Co-Autor SG Gibbard vom Lawrence Livermore National Laboratory.
Die Arbeit wurde teilweise von der National Science Foundation und dem Technologiezentrum für adaptive Optik gefördert.
Originalquelle: UC Berkeley Pressemitteilung
