https://www.faz.net/-gwz-8x4tp

Abschied von Titan : See-Idyll mit Leichtbenzin

Das Nordpolargebiet des Titan auf Radaraufnahmen, die während Vorbeiflügen der Sonde Cassini zwischen 2004 und 2013 entstanden. Gelb eingefärbt die Landflächen, blau die Kohlenwasserstoffseen. Die Auflösung schwankt zwischen 300 Metern und 200 Kilometern. Bild: Nasa/JPL-Caltech/ASI/Esa

Die Raumsonde „Cassini“ hat ein letztes Mal Saturns größten Mond Titan angeflogen. Zum Abschied das Wichtigste über den einzigen Ort im Sonnensystem außerhalb der Erde, auf dem man nass werden kann.

          8 Min.

          Spiegelglatt dehnt sich der See unter einem schummrigen orangen Himmel. Die Uferhänge sind aus hellem Fels, doch das sieht nur, wer die bräunliche Schmiere abkratzt, die hier alles überzieht. Das teerige Zeug dümpelt auch an der Wasserlinie, wie man auf der Erde sagen würde. Hier ist das eine Fehlbezeichnung. Das erkennt man spätestens, wenn man ein Stück hinausrudern und eine Probe entnehmen würde. Klar und leichtbeweglich ist das vermeintliche Seewasser, wie Benzin.

          Ulf von Rauchhaupt

          Verantwortlich für das Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.

          Es ist etwas Ähnliches: eine Mischung aus 71 Prozent Methan, 11 Prozent Ethan und gelöstem Stickstoff. Deswegen sollte man hier vorsichtig sein. Nicht mit Feuer – Sauerstoff gibt es hier nur im eigenen Atemgerät –, aber mit dem Rudern. Eine Störung tieferer Flüssigkeitsschichten könnte zu einer spontanen Entmischung des Stickstoffs führen, der dann alles aufschäumt wie frisch entkorkten Champagner und einen womöglich kentern lässt. Schwimmen wäre dann schwieriger als zu Hause, infolge der geringen Dichte der Flüssigkeit und der Körperwärme, die um einen herum alles zum Kochen brächte. Immerhin hätte man dichte Schutzkleidung an. Keinen Druckanzug, denn die Luft ist sogar dichter als auf der Erde, lastet aber nicht stärker auf dem Körper als Wasser am Grund eines tiefen Schwimmbeckens. Nein, den Anzug braucht man gegen die Kälte. Minus 180 Grad Celsius. Wärmer wird es nicht, schließlich ist man hier zehnmal so weit von der Sonne entfernt wie auf der Erde.

          Ein letzter Besuch vor dem Sturz in die Lücke

          Willkommen auf dem Titan, dem größten Mond des Saturn. Mit 40 Prozent des Erddurchmessers ist er größer als unser Mond und übertrifft sogar den Planeten Merkur. Natürlich hat ihn in Wahrheit noch kein Mensch betreten, das wäre auch ein ganzes Stück schwieriger zu bewerkstelligen als ein Flug zum Mars. Doch ist die Raumsonde „Cassini“ seit 2004 insgesamt 127 Mal am Titan vorbeigeflogen, zuletzt am vergangenen Samstag, den 22. April. Seine Schwerkraft lenkte die Sonde dabei auf einen Kurs, der sie am kommenden Donnerstag zwischen dem Saturn und seinen Ringen hindurch fliegen lassen wird. Dieses Manöver wird danach noch 21 Mal wiederholt, bevor Cassini am 15. September in der Atmosphäre des Saturns verglüht. „Die Mission wurde ja bereits zweimal verlängert“, tröstet sich Ralph Lorenz von der Johns Hopkins University, einer der Planetologen, die mit Cassini all die Jahre den Titan studiert haben. „Es war schon mutig, 2010 noch einmal sieben Jahre zu beantragen. Jetzt laufen wir auf dem letzten Tropfen Treibstoff.“

          Zum Abschied gibt es nun einen der engsten Titan-Flybys überhaupt. „Das Radar wird Bilder von einigen Regionen machen, die noch nie hochaufgelöst aufgenommen wurden“, freute sich zuvor Jason Hofgartner von der Cornell University. „Und es geht noch einmal über Ligeia Mare.“

          Eismond mit Regenwetter

          Das lateinische Wort für „Meer“ hat die für planetare Onomastik zuständige Arbeitsgruppe der Internationalen Astronomischen Union den drei größten Flüssigkeitsansammlungen auf dem Titan zuerkannt. Tatsächlich übertrifft Rekordhalter Kraken Mare die Ausdehnung des Kaspischen Meeres. Insgesamt 574 kleinere Körper wurden als „Lacus“ (See) eingestuft, wobei eine titanare Kohlenwasserstoffpfütze mindestens einen Quadratkilometer groß sein muss, damit Cassini sie registrieren kann. Im Vergleich zu den 180.000 irdischen Seen oberhalb dieser Größe nimmt sich das zwar bescheiden aus, doch immerhin sind damit 1,1 Prozent der Titanoberfläche von stehender Flüssigkeit bedeckt, was von den 2,7 Prozent auf den Landmassen der Erde (deren Ozeane also ausgenommen) nicht mehr so weit entfernt ist. Dabei sind die Titanseen keine statischen Gebilde. Verzweigte Flusstäler und Deltagebiete weisen sie als Teil eines Kreislaufs aus Verdampfung und Niederschlag aus. Auf dem Titan gibt es also etwas, das man sonst nur von der Erde kennt: Regen.

          Nur, dass es eben kein Wasser regnet. Was nicht heißt, dass es keines gibt. Im Gegenteil. Bei -180°C ist es allerdings nicht nur gefroren, sondern hart wie Stein und nimmt auf dem Titan auch genau die Rolle der Basalte oder Granite auf der Erde ein: es bildet seine Kruste. Die titanare Wasserkruste ist vermutlich etwas dicker als die Silikatkruste der Erde, hundert bis zweihundert Kilometer vielleicht, und darunter ist das Wasser tatsächlich flüssig, was aber nichts Ungewöhnliches ist. Unter Eisoberflächen etlicher anderer Monde des äußeren Sonnensystems schwappen ebenfalls Wasserozeane. Radioaktive Spurenelemente und die Reibung der Gezeiten im Schwerefeld ihrer Planeten sorgen dafür, dass diese Monde trotz der spärlichen Sonneneinstrahlung nicht durchfrieren.

          Auch hier ein unterirdischer Ozean

          Auf einem anderen Saturntrabanten, dem deutlich kleineren Enceladus, dringt das Wasser sogar durch Spalten an seinem Südpol an die Oberfläche und entweicht in hohen Fontänen aus Eiskristallen ins Weltall. Erst vergangene Woche machten die Kristall-Geysire auf Enceladus wieder Schlagzeilen, als gemeldet wurde, Cassinis Instrumente hätten darin Wasserstoffmoleküle entdeckt. Von diesem energiereichen Gas ernähren sich auf der Erde einige Mikrobenarten. Sowieso darf in keinem Bericht über die Wasserschichten im Inneren solcher Eismonde die Bemerkung fehlen, Wärme und flüssiges Wasser seien notwendige Voraussetzungen für Leben. Auch das Innere des Titan kommt für spekulativ gestimmte Forscher als mögliche Heimstatt einfacher Mikroben in Frage. Nur wenige gehen allerdings so weit, sich dergleichen auch in den Seen und Flüssen seiner Oberfläche vorzustellen.

          Dabei war bereits lange vor Cassinis Ankunft klar, dass der Titan weniger ein Traumland für klassische Geologen ist – Silikatgestein gibt es auf seiner Oberfläche gar nicht – als eines für organische Chemiker. Schon mit erdgebundenen Teleskopen konnte man feststellen, dass dieser Mond als einziger im Sonnensystem über eine dichte Atmosphäre verfügt. Wie die der Erde besteht sie hauptsächlich aus Stickstoff, enthält aber fünf Prozent Methan. Dieses bildet in der oberen Atmosphäre unter der Einwirkung von Sonnenlicht längerkettige Kohlenwasserstoffe, vor allem Ethan. Da dieses unterhalb -88°C flüssig wird, vermutete man lange, der gesamte Mond könnte von einem bis zu 600 Meter tiefen Ozean aus Ethan bedeckt sein.

          So sieht es dort aus: Die Landestelle von Cassinis Tochtersonde Huygens am 14. Januar 2005. Rechts daneben zum Skalenvergleich das Bild eines Astronauten auf dem Mond.

          Überprüfen ließ sich das lange Zeit nicht. Denn neben Ethan und anderen einfachen Alkanen erzeugt das Sonnenlicht auch höhermolekulare Verbindungen, zuweilen unter Beteiligung von Stickstoffatomen. Dann entstehen Blausäure samt ihren längerkettigen Verwandten, den Nitrilen, und schließlich komplexe Substanzen, welche die Titanatmosphäre mit einem orangen Dunstschleier anfüllen. Optischen Fernrohren ist dadurch jeglicher Blick auf die Oberfläche verwehrt. Mit Radar und Infrarotkameras dagegen lässt sich der Dunst durchdringen, und so stellte man bereits in den 1990er Jahren fest, dass es den globalen Ethanozean nicht gibt. Wie es auf dem Titan aber wirklich aussieht, begann sich erst mit Cassinis erstem Vorbeiflug im Oktober 2004 abzuzeichnen – und im Januar 2005, als die amerikanische Raumsonde ihr europäisches Beiboot „Huygens“ etwas südlich des Titanäquators auf der Oberfläche absetzte.

          Huygens war die erste und bislang einzige Landemission im äußeren Sonnensystem, und trotz einer technischen Panne bei der Datenübermittlung war es ein Triumph der europäischen Esa und der beteiligten Wissenschaftler. Die Sonde setzte nicht auf hartem Eis auf, sondern auf weichem Boden. Dabei konnte es sich aber nicht allein um den asphaltartigen Niederschlag aus Dunstpartikeln handeln, wie man ihn bei Laborexperimenten zur Simulation der Photochemie in der Titanatmosphäre erhalten hatte. Der amerikanische Astronom Carl Sagan hatte den klebrigen Resultaten solcher Versuche einst den Namen „Tholine“ gegeben, vom griechischen Wort „tholós“ für „Schlamm“. Huygens’ Landeort war indes weniger schlammig als vielmehr sandig, und obendrein lagen dort rundgeschliffene Kiesel herum (siehe Bild links) – wie in einem ehemaligen See oder Flussbett. Doch ganz anders als die vor Jahrmilliarden ausgetrockneten Gewässer auf dem Mars, muss Huygens’ Landeplatz noch vor geologisch kurzer Zeit überschwemmt gewesen sein. Denn der Sand war noch feucht. Die Sensordaten eines an der Unterseite des Landers angebrachten, acht Zentimeter langen sogenannten Penetrometers legten nahe, dass die Feuchtigkeit mit der Tiefe zunahm. Außerdem dampfte der Ort vor entweichendem Methan.

          Die Sonne (heller Fleck) spiegelt sich in einem der nördlichen Seen auf dem Titan.

          Drei Jahre später, 2007, entdeckten die Instrumente an Bord Cassinis auch aktive Flüssigkeitsansammlungen. Doch fanden sie sich vor allem im Nordpolargebiet des Mondes. Die drei großen Maria, aber auch die meisten Lacus, liegen oberhalb 55 Grad nördlicher Breite. Die Oberflächen der Maria liegen obendrein auch noch alle auf der gleichen topographischen Höhe, die drei scheinen also über einen gemeinsamen „Grundwasserspiegel“ hydraulisch verbunden zu sein.

          Der einzige größere See im Süden ist der 230 Kilometer lange Ontario Lacus, der mit bis zu 90 Metern nur etwa halb so tief ist wie seine nördlichen Artgenossen und auch sonst einige Unterschiede aufweist. Während deren Ufer, etwa die von Ligeia Mare, aussehen wie frisch überschwemmte Täler, sind die des Ontario Lacus so glatt, wie wir das von den meisten irdischen Seen gewohnt sind, und weisen zugleich Strukturen auf, welche die Planetologen für trockengefallene Flussdeltas halten. Obendrein zeigt er auf Infrarotaufnahmen so etwas wie „Badewannenringe“: organische Sedimente, die offenbar beim Zurückweichen der Uferlinie abgelagert wurden. Schließlich scheint Ontario einen deutlich höheren Gehalt an dem schwerer flüchtigen Ethan zu enthalten. Der Grund dürfte der gleiche sein wie der für den hohen Salzgehalt des Toten Meeres: eine übermäßige Verdunstung.

          „Magic Island“ nannten es die Forscher, als sie auf Cassinis Radar vor einer Halbinsel im Ligeia Mare neues Land auftauchen und wieder verschwinden sahen. Ganz geklärt ist das Phänomen bis heute nicht. Möglicherweise handelt es sich um Blasen emporsprudelnden Stickstoffs.

          Nimmt man nun noch die großen Flächen im Süden dazu, welche die Forscher für ausgetrocknete Seen halten, so ergibt sich ein stimmiges Bild: Die Seen und Meere im Norden haben sich in jüngerer Vergangenheit ausgedehnt, während es im Süden ähnlich großflächige Seen und Maria gegeben haben muss, die heute bis auf schrumpfende Reste verschwunden sind. Die wahrscheinliche Erklärung dafür liefert das Zusammenspiel der Saturnbahn mit der Achsenneigung des Titan: Gegenwärtig ist auf der Südhalbkugel des Mondes immer dann Sommer, wenn Saturn (und damit Titan) sich nahe am sonnennächsten Punkt seines Orbits um die Sonne befindet, wodurch der Süden 25 Prozent mehr Wärme abbekommt als der Norden. Daher verdampfen die südlichen Seen allmählich, und die Feuchtigkeit verlagert sich nordwärts. Dahinter stecken also analoge Zyklen wie hinter den Kalt- und Warmzeiten auf der Erde. Entsprechend wird sich die gegenwärtige Verlagerung der Feuchtigkeit auf dem Titan von Süd nach Nord im Laufe von zehn- bis hunderttausend Jahren abschwächen und schließlich wieder umkehren.

          Die Äquatorregionen des Titan hingegen bleiben vergleichsweise trocken mit ausgedehnten Dünenfeldern fast wie in der Sahara. Wobei Cassini auch Hinweise auf frische Regenfälle am Äquator gefunden hat. Die Feuchtigkeit an Huygens’ Landeort spricht ebenfalls für gelegentliche tropische Platzregen, die bevorzugt zur Zeit der Tagundnachtgleiche im Frühling fallen, also gerade der Zeit, in der Cassini den Titan beobachten konnte. Dass es keine dauerhafte tropische Regenzone gibt wie auf der Erde, erklären sich die Forscher mit einer anderen Atmosphärenzirkulation infolge der sehr langsamen Rotation des Titans: Wie uns der Erdmond weist er dem Saturn stets dieselbe Seite zu, ein Tag ist also so lang wie ein Umlauf um seinen Planeten, knapp sechzehn Erdtage. Mit solchen Befunden hilft die Titanforschung auch generell dem Verständnis planetarer Klimasysteme, einschließlich dem unserer Erde, das bisher nur an sich selbst in seinem gegenwärtigen Zustand studiert werden konnte. Die rund 3,3 Milliarden Dollar, die Huygens-Cassini insgesamt gekostet hat, haben also nicht nur die Freunde ferner Eismonde weitergebracht.

          Dabei wurden am Ende natürlich mindestens so viel neue Fragen aufgeworfen wie alte beantwortet. So bleibt etwa rätselhaft, was mit all dem Ethan passiert ist, das sich im Laufe der Jahrmillionen in der Titanatmosphäre gebildet haben muss, sofern deren Zusammensetzung in etwa die gleiche geblieben ist. Die schätzungsweise 70 000 Kubikkilometer Kohlenwasserstoffe in den bekannten Maria und Lacus (immerhin das 300-Fache aller irdischen Erdgasvorräte) sind viel zu wenig, zumal weit mehr als die Hälfte davon aus Methan besteht. Wurde ein Teil des vermissten Kohlenstoffs vielleicht in Form niedermolekularer und damit löslicher organischer Stoffe wie Acetylen abgelagert? Karstartige Erosionsspuren, die an dem in flüssigen Kohlenwasserstoffen unlöslichen Wassereis nicht erklärbar sind, könnten darauf hindeuten.

          Umgekehrt müsste der Atmosphäre längst das Methan ausgegangen sein, welches das Sonnenlicht unablässig zu komplexen Verbindungen verarbeitet. Die Volumina der Seen sind zu klein, um den Methannachschub zu erklären. Viele Forscher vermuten, die Eiskruste könnte größere Mengen Methans in Form sogenannter Clathrate gebunden halten. Dies könnte langsam ausgasen, vielleicht unter Beteiligung von Kryovulkanismus, bei dem Wasser oder warmes, weiches Eis die Rolle der Lava spielt. Zweifelsfrei nachweisen konnten Cassinis Beobachtungen solchen Vulkanismus indes nicht. Vielleicht wird das Krustenmethan auch durch einsickerndes Ethan verdrängt und gelangt dadurch in die Atmosphäre.

          Aber auch bei fortgesetztem Methannachschub kann der jetzige Zustand der Titanatmosphäre höchstens während der vergangenen knappen Milliarde Jahre und damit weniger als ein Viertel der Geschichte des Mondes der heutige gewesen sein. Andernfalls hätte Huygens-Cassini darin ein anderes Verhältnis der beiden stabilen Kohlenstoffisotope finden müssen, da dieses sich im Zuge der photochemischen Reaktionen allmählich verschiebt. Irgendwas hat den Titan also innerhalb der letzten paar hundert Millionen Jahre massiv verändert. Aber was? Ohne neue Daten über die Zusammensetzung seiner Kruste, seiner Seen und ihrer Ablagerungen – das heißt, ohne eine neue Expedition zum Titan – werden wir dies und manches andere nie erfahren. Man muss dazu auch keine Astronauten schicken, die auf seinen Seen herumrudern. Fürs Erste jedenfalls nicht.

          Weitere Themen

          Opiate fürs Volk

          FAZ Plus Artikel: Drogenkrise in Amerika : Opiate fürs Volk

          Die Drogenkrise zerstört Millionen Leben in den Vereinigten Staaten. Schuld tragen nicht die Mexikaner, wie Donald Trump sagt, sondern die amerikanische Pharmaindustrie. Ärzte verschreiben zuhauf Schmerzmittel, die süchtig machen.

          Topmeldungen

          Segregierte Schulen : Das weiße Amerika bleibt unter sich

          Heute gibt es in Amerika mehr Schulen mit fast nur weißen oder fast keinen weißen Schülern als vor 30 Jahren. Das liegt auch an den Entscheidungen weißer Eltern – auch solchen, die seit Wochen „Black Lives Matter“ rufen.
          Ein Coronatest in Gütersloh Ende Juni

          Nach dem Gütersloh-Beschluss : Leitplanken für Lockdowns

          Darf ein Land keine Ausgangssperren mehr verhängen, wenn ein Corona-Hotspot auftaucht? Doch, sagen die Richter in ihrem Gütersloh-Beschluss. Es darf nur nicht Ungleiches gleich behandeln.
          Wie viele Klamotten, die wir besitzen, tragen wir eigentlich?

          Nachhaltiges Design : Wie kann Mode die Welt verändern?

          Nina Lorenzen, Vreni Jäckle und Jana Braumüller beschäftigen sich seit Jahren mit nachhaltiger Mode. Nun haben sie ein Buch darüber herausgebracht, das zeigen soll: Mit Mode kann man die Welt verändern.
          Bela B Felsenheimer von Die Ärzte

          Künstler gegen Viagogo : Und das soll Demokratisierung sein?

          Wer im Internet Konzertkarten kauft, landet oft bei der Ticketbörse Viagogo. Bands wie Rammstein und Die Ärzte wehren sich gegen den Zweitmarkt für Eintrittskarten, der wächst – und Besuchern überteuerte oder ungültige Karten andreht.

          Newsletter

          Immer auf dem Laufenden Sie haben Post! Abonnieren Sie unsere FAZ.NET-Newsletter und wir liefern die wichtigsten Nachrichten direkt in Ihre Mailbox. Es ist ein Fehler aufgetreten. Bitte versuchen Sie es erneut.
          Vielen Dank für Ihr Interesse an den F.A.Z.-Newslettern. Sie erhalten in wenigen Minuten eine E-Mail, um Ihre Newsletterbestellung zu bestätigen.