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Eine Illustration des Saturnmondes Titan mit dem Gasriesenplaneten im Hintergrund (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Wissenschaftler haben entdeckt, dass die eisige Hülle des größten Saturnmondes, Titan, eine isolierte, 9,7 Kilometer dicke Schicht aus Methaneis unter seiner Oberfläche besitzen könnte. Ironischerweise könnte diese Schicht die Entdeckung von Lebenszeichen aus dem unterirdischen Ozean des Titans erleichtern. Und auf lange Sicht könnte die Entdeckung dem Kampf gegen den vom Menschen verursachten Klimawandel auf der Erde zugute kommen.

Titan ist zwar ein Mond, aber er ist der Erde ähnlicher als jeder andere Planet des Sonnensystems. Das liegt daran, dass er der einzige Planet oder Mond im Sonnensystem außer der Erde ist, der eine Atmosphäre sowie flüssige Flüsse, Seen und Meere besitzt. Aufgrund der eisigen Temperaturen auf Titan besteht diese Flüssigkeit jedoch aus Kohlenwasserstoffen wie Methan und Ethan. Dennoch besteht das Oberflächeneis des Titan tatsächlich aus Wasser.

Die neuen Ergebnisse eines Teams von Planetenforschern der University of Hawaii at Mānoa zeigen, dass Methangas auch in der Eishülle des Titan eingeschlossen sein kann und eine bis zu sechs Meilen dicke Kruste bildet. Dieses Gas könnte die darunter liegende Eishülle erwärmen und dazu beitragen, dass Moleküle an die Oberfläche des Titan aufsteigen, von denen einige auf das Vorhandensein von Leben hinweisen könnten. Diese Erwärmung könnte auch dazu beitragen, die methanreiche Atmosphäre des Titan zu erklären.

„Wenn es im Ozean des Titan unter der dicken Eishülle Leben gibt, müssten alle Anzeichen von Leben, die Biomarker, durch die Eishülle des Titan nach oben transportiert werden, damit wir sie mit zukünftigen Missionen leichter erreichen oder betrachten können“, sagte die Leiterin des Forschungsteams und Wissenschaftlerin der University of Hawaii, Lauren Schurmeier, in einer Erklärung. „Dies ist wahrscheinlicher, wenn die Eishülle des Titans warm ist und sich verbindet.“

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Das Team wurde erstmals durch das Vorhandensein von flachen Einschlagskratern auf Titan auf die mögliche Existenz dieser Verbindungsschicht aus Methaneis aufmerksam gemacht. Nur 90 Einschlagskrater wurden auf der Oberfläche des Saturnmondes entdeckt, und diese waren verwirrend zu beobachten, weil sie Hunderte von Metern tiefer sein sollten als sie tatsächlich sind.

„Das war sehr überraschend, weil wir auf der Grundlage anderer Monde viel mehr Einschlagskrater auf der Oberfläche erwarten und Krater, die viel tiefer sind als das, was wir auf Titan beobachten“, sagte Schurmeier. „Wir erkannten, dass etwas, das es nur auf Titan gibt, dafür sorgt, dass sie flacher werden und relativ schnell verschwinden.“

Untersuchung von Titans flachen Kratern

Um dem Geheimnis der Einschlagskrater auf Titan weiter auf den Grund zu gehen, wandten sich Schurmeier und Kollegen der Computermodellierung zu. So konnten sie testen, wie stark sich die Oberfläche des größten Saturnmondes nach einem Asteroideneinschlag entspannen und zurückfedern würde, wenn seine Eishülle mit einer isolierenden Schicht aus Methanclathrat überzogen wäre.

Methanclathrat oder „Methanhydrat“ ist eine feste Verbindung, bei der eine große Menge Methan in der kristallinen Struktur von Wasser eingeschlossen ist und einen eisähnlichen Feststoff bildet.

Anhand von Kratern ähnlicher Größe auf dem Jupitermond Ganymed, der mit dem Titan vergleichbar ist, konnten die Forscher mögliche Tiefen von Einschlagskratern auf dem Saturnmond vergleichen.

„Mithilfe dieses Modellierungsansatzes konnten wir die Dicke der Methanclathratkruste auf fünf bis zehn Kilometer begrenzen, da Simulationen mit dieser Dicke Kratertiefen ergaben, die am besten mit den beobachteten Kratern übereinstimmten“, so Schurmeier. „Die Methan-Clathrat-Kruste erwärmt das Innere des Titan und verursacht eine überraschend schnelle topografische Entspannung, die zu einer Abflachung der Krater mit einer Geschwindigkeit führt, die derjenigen von sich schnell bewegenden warmen Gletschern auf der Erde nahe kommt.

Cassini-SAR-Bilder (Radar mit synthetischer Apertur) von Einschlagskratern auf Titan. Die Pfeile zeigen mögliche Formen von Kraterveränderungen an: Dünen und Sande (violett), Kanäle (blau) und erhebliche Erosion der Kraterränder (rosa). (Bildnachweis: NASA/Cassini)

Die Dicke dieser Methan-Eishülle ist von Bedeutung, weil sie schließlich erklären könnte, warum die Atmosphäre des Titan besonders reich an diesem Kohlenwasserstoff ist. Außerdem könnte sie den Wissenschaftlern helfen, den Kohlenstoffkreislauf des Titan, seinen auf flüssigem Methan basierenden „Wasserkreislauf“ und das sich verändernde Klima des Saturnmondes besser zu verstehen.

„Titan ist ein natürliches Labor, um zu untersuchen, wie sich das Treibhausgas Methan erwärmt und durch die Atmosphäre zirkuliert“, erklärt Schurmeier. „Die Methan-Clathrathydrate der Erde, die sich im Permafrostboden Sibiriens und unter dem arktischen Meeresboden befinden, destabilisieren sich derzeit und setzen Methan frei.

„Die Erkenntnisse vom Titan können also wichtige Einblicke in die Vorgänge auf der Erde liefern.“

Vorgeschlagenes Diagramm des Titan-Inneren (nicht maßstabsgetreu), das eine Methanclathratkruste über einer konvektiven Eishülle zeigt. (Bildnachweis: Schurmeier, et al., 2024)

Die Dicke der Methan-Clathrat-Kruste bedeutet im Hinblick auf die Topographie des Titan, dass das Innere des Saturnmondes wahrscheinlich warm und flexibel ist und nicht kalt und starr, wie früher angenommen.

„Methanclathrat ist fester und isolierender als normales Wassereis“, so Schurmeier weiter. „Eine Clathratkruste isoliert das Innere des Titan, macht die Wassereishülle sehr warm und dehnbar und deutet darauf hin, dass die Eishülle des Titan langsam konvektiv ist oder war.

Diese Forschungsergebnisse könnten den NASA-Wissenschaftlern, die den Titan mit der geplanten Raumsonde Dragonfly erforschen wollen, als hilfreicher Leitfaden dienen. Dragonfly soll 2028 starten und hoffentlich 2034 das Saturnsystem erreichen, um die eisige Oberfläche des Titan aus nächster Nähe zu beobachten.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 30. September in der Zeitschrift The Planetary Science Journal veröffentlicht.