Titan ist Saturns großer Mond. Einige haben Eisvulkane vorgeschlagen, um bestimmte Merkmale der Mondoberfläche zu erklären. Aber eine dicke, starre Eisschale würde Eisvulkane unwahrscheinlich machen.
Eine Analyse der Gravitations- und Topografiedaten von Saturns größtem Mond, Titan, hat unerwartete Merkmale der äußeren Eisschale des Mondes ergeben. Die beste Erklärung für die Ergebnisse, so die Autoren, ist, dass die Titan-Eisschale starr ist und dass relativ kleine topografische Merkmale auf der Oberfläche mit großen Wurzeln verbunden sind, die sich in den darunter liegenden Ozean erstrecken. Die Studie wurde in der Ausgabe vom 29. August der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Cassini hat dieses Saturnbild mit dem größten Mond, Titan, am 29. August 2012 im Vordergrund aufgenommen. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech / SSI
Die von den Planetenforschern Douglas Hemingway und Francis Nimmo von der University of California in Santa Cruz angeführte Studie verwendete neue Daten aus dem NASA-Raumschiff Cassini. Die Forscher waren überrascht, eine negative Korrelation zwischen den Gravitations- und Topographiesignalen auf Titan zu finden.
„Wenn Sie über einen Berg fliegen, erwarten Sie normalerweise eine Zunahme der Schwerkraft aufgrund der zusätzlichen Masse des Berges. Wenn Sie auf Titan über einen Berg fliegen, wird die Schwerkraft geringer. Das ist eine sehr merkwürdige Beobachtung “, sagte Nimmo, Professor für Erd- und Planetenwissenschaften an der UC Santa Cruz.
Um diese Beobachtung zu erklären, entwickelten die Forscher ein Modell, bei dem jede Erhebung in der Topographie auf der Oberfläche von Titan durch eine tiefere „Wurzel“ ausgeglichen wird, die groß genug ist, um den Gravitationseffekt der Erhebung auf der Oberfläche zu überwinden. Die Wurzel ist wie ein Eisberg, der sich unter der Eisschale in den Ozean darunter erstreckt. „Da Eis eine geringere Dichte als Wasser hat, ist die Schwerkraft geringer, wenn Sie dort einen großen Eisblock haben, als wenn Sie Wasser haben“, erklärte Nimmo.
Ein im Wasser schwimmender Eisberg ist im Gleichgewicht, sein Auftrieb gleicht sein Gewicht aus. Bei diesem Titan-Modell sind die Wurzeln, die sich unter der Eisdecke erstrecken, jedoch so viel größer als die Unebenheiten auf der Oberfläche, dass sie durch ihren Auftrieb gegen die Eisdecke gedrückt werden. "Es ist wie ein großer Wasserball unter dem Eisschild, der darauf aufschiebt, und die einzige Möglichkeit, ihn unter Wasser zu halten, besteht darin, dass das Eisschild stark ist", sagte Hemingway, Doktorand für Planetengeophysik am UCSC und Hauptautor des Papiers . "Wenn große Wurzeln der Grund für die negative Korrelation sind, bedeutet dies, dass die Titan-Eisschale eine sehr dicke starre Schicht aufweisen muss."
Dieses Diagramm eines Querschnitts durch die Titan-Eisschale zeigt Merkmale, die die Anomalie der Schwerkraft erklären können: eine Eislinse mit niedriger Dichte, die durch regionales basales Gefrieren erzeugt wird; eine starre Eisschale, die einer Ablenkung nach oben widersteht; und Oberflächenverwitterung, die die Topographie klein hält. (Bildnachweis: D. Hemingway
Die Forscher errechneten, dass in diesem Modell die Titan-Eisschale eine starre Schicht mit einer Dicke von mindestens 40 Kilometern aufweisen muss. Sie fanden auch heraus, dass Hunderte von Metern Oberflächenerosion und -ablagerung erforderlich sind, um das beobachtete Ungleichgewicht zwischen den großen Wurzeln und der kleinen Oberflächentopographie zu erklären. Die Ergebnisse ihres Modells ähneln Schätzungen von Geomorphologen, die die Erosion von Einschlagskratern und anderen Merkmalen auf Titan untersuchen.
Diese Ergebnisse haben mehrere Implikationen. Beispielsweise erschwert eine dicke starre Eisschale die Herstellung von Eisvulkanen, von denen einige vorgeschlagen haben, bestimmte an der Oberfläche sichtbare Merkmale zu erklären.
Im Gegensatz zur geologisch aktiven Erdkruste wird die Titan-Eisschale nicht durch Konvektion oder Plattentektonik recycelt. "Es sitzt einfach nur da und Wetter und Erosion wirken sich darauf aus, indem sie Dinge bewegen und Sedimente wieder ablagern", sagte Nimmo. "Es könnte sein, als ob die Oberfläche der Erde wäre, wenn Sie die Plattentektonik ausschalten würden."
Die Forscher sind sich nicht sicher, was zu Titans topografischen Merkmalen mit ihren tiefen Wurzeln hätte führen können. Die exzentrische Umlaufbahn des Titans um den Saturn erzeugt Gezeiten, die die Mondoberfläche beugen und Gezeitenerwärmung erzeugen, was dazu führen könnte, dass sich die Dicke der Eisschale ändert, sagte Hemingway.
Über Universität von Kalifornien Santa Cruz