«Dragonfly» fliegt zum Titan

 

Diese Post ist die Übersetzung eines Twitter-Threads von Prof. Sarah Hörst, einer Planetenwissenschaftlerin und Assistenzprofessorin an der Johns-Hopkins-Universität in Baltimore. Der Saturnmond Titan ist die große Leidenschaft von Professor Hörst und nachdem die NASA am 27. Juni 2019 die Entscheidung für eine Saturn-Mission bekannt gab, schrieb Sarah Hörst eine leidenschaftliche und hochinteressante Reihe von Tweets. In diesen erklärt sie, warum diese Mission für die Wissenschaft so wertvoll ist. Um auch deutschsprachigen Lesern die Möglichkeit zu geben, diese Argumente beispielsweise im Schulunterricht zu behandeln und zu diskutieren, habe ich mit der Erlaubnis von Prof. Hörst diese Tweets übersetzt und in diesem Artikel zusammen gefasst. Wer die Original-Tweets lesen möchte, kann diese mit dem Link hinter dem Bild des Tweets tun. Danke Sarah für Deine Erklärungen und die Erlaubnis zur Übersetzung!

Deutsche Version von «Was ist denn so interessant an Titan?»

Titan aus 174000km

Ich habe die Angewohnheit, spaßeshalber auf die Frage von Leuten «Was ist denn so interessant an Titan» mit einem «was ist denn NICHT interessant an Titan» zu antworten. Allerdings… manchmal sind die Scherze echt.

Titan ist der größte Mond des Saturn. Tatsächlich ist Titan der einzige große Mond von Saturn. Das ist im Vergleich zu Jupiter seltsam, denn der hat gleich vier interessante große Monde (Europa, Io, Ganymed, Callisto).

Titan ist auch der einzige Mond im Sonnensystem, der eine signifikante Atmosphäre besitzt. Oder überhaupt etwas, das die meisten Leute als Atmosphäre bezeichnen würden.

Würden wir also hier mit unserer Forschung einfach stehen bleiben, dann würden wir lange dastehen, uns am Kopf kratzen und uns fragen, was das dafür bedeutet, wie Monde und Planeten funktionieren. Aber es wird noch so viel besser. Nicht nur, dass Titan der einzige Mond mit einer substanziellen Atmosphäre ist, es ist auch die einzige Atmosphäre neben der Erde, die zu einem großen Teil aus molekularem Stickstoff besteht.

Titans Atmosphäre besteht zu 95% bis 98% aus N2 (molekularer Stickstoff) und das andere bestimmende Molekül in der Atmosphäre von Titan ist Methan (CH4). Das wurde übrigens aus physikalischen Gründen als erster Bestandteil der Atmosphäre gefunden. Das Licht der Sonne bricht das Methan und den Stickstoff auf, diese Bestandteile sind sehr, sehr reaktiv und es entstehen neue Moleküle. Sachen wie Propan (falls Sie dieses Wochenende Grillen wollen) …oder Cyanwasserstoff (falls Sie Ihre Bekannten nicht mögen).

Die Voyager-Sonde machte einen kurzen Abstecher durch das System des Saturn und die Daten, die zurück kamen, riefen «Heiliger Strohsack, die Atmosphäre von Titan ist ja voller organischer Moleküle!» Zusätzlich sieht Titan auch noch so aus aus der Sicht von Voyager (mit anderen Worten: Titan ist in dieser Forschungssache nicht gerade sehr hilfsbereit).

Bild von Titan

Also ist die Reaktion der Planetenwissenschaft mehr oder weniger das hier:

Gleich nachdem Voyager am Saturn vorbei war, wollten alle, dass wir sofort schnell wieder zu Saturn zurück kehren. «Sofort und schnell ist aber auf der Zeitskala der Weltraumforschung wirklich schwer…

Glücklicherweise wissen die Leute, die das äußere Sonnensystem studieren, womit sie es zu tun haben und kämpfen daher für Missionen, die sie vielleicht gar nicht mehr selbst miterleben können. Daher entstand sofort nach der Begegnung von Voyager uns Saturn der Vorschlag für @CassiniSaturn.

Planetenwissenschaftler sind nicht die geduldigsten Leute in der Wissenschaft, daher nutzen sie Teleskope auf der Erde und im Orbit, Computermodelle und Experimente im Labor, um herauszufinden, was denn da auf Titan vor sich geht. Und es kamen immer neue Fragen auf. Beispielsweise sollte das Methan in der Atmosphäre von Titan in einigen 10 Millionen Jahren vollständig zersetzt werden. Das ist aber VIEL kürzer als das Alter des Sonnensystems. Also woher kommt der Nachschub an Methan? Zusätzlich bildet die Chemie, die das Methan abbaut, auch Ethan (C2H6), das bei den Bedingungen auf Titan eine Flüssigkeit ist. Gibt es daher einen riesigen Ozean aus Ethan dort oben?

Dazu kommt eine ganze Welt voller organischer Verbindungen, die nur drauf warten, von … irgendwas? gefuttert zu werden. Welche Geheimnisse verbirgt Saturn da unter seinem undurchdringlichen Schleier in der Atmosphäre? Also hat (nach diversen Umstrukturierungen, Verwicklungen und beinahe einem internationalen Zwischenfall und ehrlicherweise am Ende mit einer ganzen Herde von Anwälten – aber das ist eine ganz andere Geschichte) die Cassini-Mission 1997 in einer Demonstration von wissenschaftlicher Durchsetzungskraft die Erde verlassen.

Wer mehr zu den «Verwicklungen» im Vorfeld der Mission erfahren möchte, kann das entsprechende Kapitel in der Wikipedia sowie die verlinkten Quellen lesen.

Cassini-Huygens (die in der amerkianischen Literatur oft als «Cassini-Saturn» bezeichnet wird) kommt dann 2004 am Saturn an (zu der Zeit fange ich in dieser Szene an) und forscht sich die Seele aus dem Leib und aus Saturn. 😉 Cassini trug auch den Huygens-Lander, der durch Titans Atmosphäre sank und im Januar 2005 auf der Oberfläche landete. Von da übertrug die Sonde dieses Bild:

Bild von der Oberfläche des Titan

Die Huygens-Sonde landete in etwas, das wir jetzt als «dry wash» bezeichnen und was Sie da auf dem Bild sehen sind runde «Kiesel» die Anzeichen für eine Erosion durch Flüssigkeit (»fluviale Erosion») auf einer anderen Welt als der Erde zeigen. An dieser Stelle muss ich Euch daran erinnern, dass die Flüssigkeiten auf der Oberfläche von Titan Methan (CH<4) und Ethan (C2H6) sind und die festen Körper so eine Kombination sind aus Wassereis, das sich als Felsen verkleidet und organischem Material, dass sich verkleidet als …Felsen. Die Dinge, die wir ganz erdbezogen als «Felsen» bezeichnen sind in der Mitte von Titan und haben mit dieser Geschichte überhaupt nichts zu tun (weil Physik).

Da sind wir nun. Ein Mond mit einer dichten Atmosphäre (seltsam), die aus Stickstoff besteht (seltsam), voll mit organischen Molekülen (seltsam) mit Seen und Flüssen und Regen aus Methan und Ethan (seltsam), die «Gesteine» aus Wassereis und organischen Molekülen (seltsam) erodieren. Dann finden wir durch die Cassini-Huygens Mission heraus, dass es sich nicht um die «haushaltsüblichen» Sachen handelt, die beispielsweise in der Atmosphäre von Jupiter herum schwirren. Nein, das Zeug sind handwerklich wertvolle Erbstücke, die es so nirgendwo im Sonnensystem gibt: SUPER DUPER KOMPLIZIERTE organische Verbindungen also.

Ich bin der Meinung, dass ich im Bereich der Wissenschaftskommunikation ein gewisses Talent habe und ich habe ein Jahrzehnt lang damit gekämpft, diese Dinge irgendjemand zu erklären, der nicht Chemiker ist. Aber sogar die Chemiker gucken sich die Daten an und machen dann …

Allerdings hatten wir keine Ahnung von diesen super-komplizierten Molekülen, als die Cassini-Huygens Mission geplant wurde und haben daher nur Instrumente eingebaut, die uns anzeigten, dass sie existieren, aber nicht, wie sie aufgebaut sind (sagte ich schon, dass Titan nicht besonders hilfreich ist?).

Flüssigkeiten: CHECK. Energie auf der Oberfläche: CHECK. Komplexe organische Verbindungen: VOLLER VIER ACHSEN CHECK! Das sind die grundlegenden Dinge, von denen wir denken, dass sie die Voraussetzung für Leben sind.

Titan besitzt viele, viele erdähnliche physikalische Prozesse, was bedeutet, dass es ein FASZINIERENDER Ort dafür ist, um unsere Vorstellungen davon zu erforschen, wie die Erde funktioniert, wie Planeten funktionieren und wie planetare Prozesse funktionieren. UND UND UND UND – Titan kann uns so viel darüber erzählen, wie weit organische Chemie auf einer Welt kommen kann und was das für den Ursprung des Lebens bedeutet. Was das für die Bewohnbarkeit von Welten im Allgemeinen und die Möglichkeit für Leben auf Titan im Besonderen bedeutet. Auf diesem Stand waren wir, als Cassini-Huygens endete.

Aber, ums nochmal zu sagen: TITAN ist einfach nicht hilfsbereit. Titan ist so unglaublich schwer aus dem Orbit zu erforschen, weil diese spektakuläre «Liebe meines Lebens»-Chemie organischer Verbindungen in seiner Atmosphäre es so schwierig machen, die Oberfläche zu sehen. Besonders dann, wenn wir die Zusammensetzung der Oberfläche bestimmen wollen.

Also müssen wir runter auf die Oberfläche, um Titan zu verstehen. Aber nicht nur an eine einzige Stelle. Weil die Oberfläche von Titan Seen und Flüsse und Ozeane sind. Es gibt Dünen. Es gibt einen Ort, den wir die «blandlands» nennen, der ich-habe-keine-Ahnung ist. Es gibt Einschlagskrater und möglicherweise Kryovulkane und alte Ozeane. Wenn wir Titan also wirklich verstehen wollen, müssen wir mehr als einen Ort besuchen.

Aber Titan ist ein wirklich schrecklicher Ort zum herumfahren, schlimmer noch als Baltimore. Dagegen ist aufgrund der geringen Schwerkraft, der dichten Atmosphäre und der geringen Windgeschwindigkeiten eigentlich jeder Tag ein guter Tag zum Fliegen.

Auftritt Dragonfly.

Dragonfly Modell

Also haben wir die NASA gefragt, ob sie denn Bitte, Bitte einen Quadcopter mit jeweils zwei Rotoren vollgestopft mit wissenschaftlichen Instrumenten zum Titan schicken könnten. Weil wir so viele wunderbare Fragen haben, für die wir wissen, wie wir an die Daten kommen, um diese Fragen zu beantworten, wenn die NASA nur bitte «Ja» sagen würde. Und, liebe Leserinnen und Leser, die NASA hat JA gesagt!

GO DRAGONFLY!

Für alle Neugierigen

Ich kann an dieser Stelle nur dazu ermuntern, Prof. Sarah Hörst auf Twitter zu folgen. Neben einer ganzen Reihe hochinteressanter Themen aus dem Bereich der Planetenforschung und der Atmosphärenforschung des Sonnensystem werden Sie zu bestimmten Zeiten im Jahr auch über einige Tweets zu Schlittenhunderennen stoßen, eine Leidenschaft, die Prof. Hörst mit mir teilt. 😉

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