Fachbereich 14 - Geowissenschaften
Institut für Planetologie
Planetenphysik

Modelle des inneren Aufbaus des Saturntrabanten Titan

Titan, der größte Trabant des Saturn, ist aufgrund seiner stickstoffreichen Atmosphäre einzigartig unter den Monden des Sonnensystems. Im Hinblick auf seine Masse, Größe und Dichte nimmt Titan bei einem ähnlichen Gesamtverhältnis von Gestein zu Eis eine Mittelstellung zwischen Ganymed und Callisto, den größten Trabanten des Jupiter, ein. Es wurden thermische und mechanische Gleichgewichtsmodelle des Titaninneren entwickelt, wobei im Einklang mit modernen Vorstellungen von der Formation des Satelliten eine frühe vollständige Differentiation in einen Gestein-Eisen-Kern, eine Hochdruckeisschicht, einen internen Ammoniak-Wasser-Ozean und eine oberflächennahe Eis I-Schicht vorausgesetzt wird. Um einen Vergleich mit geplanten Schwerefeldmessungen durch die Cassini-Mission zu ermöglichen, wurden zusätzlich zur Dichteverteilung innerhalb Titans die zugehörigen Trägheitsfaktoren und gezeitenbedingten Loveschen Zahlen bestimmt. Die Eis I Schicht erreicht bei einem aus kosmochemischer Sicht größtmöglichen Ammoniakanteil des Eismantels von 15 Gew.% eine Mächtigkeit von 60 bis 70 Kilometern und wird von einem mehrere hundert Kilometer mächtigen Ammoniak-Wasser-Ozean unterlagert. Die Bestimmung der gezeitenbedingten Loveschen Zahlen, die linear von der Mächtigkeit der Eis I-Schicht abhängen, im Rahmen der Cassini-Mission wird zeigen, ob Titan über einen solchen internen Ozean verfügt oder nicht. Zur Parametrisierung des konvektiven Wärmetransports innerhalb der Eis I-Schicht wurde in Anlehnung an experimentelle Untersuchungen und neuere numerische Berechnungen ein stark temperaturabhängiger Ansatz für die Viskosität gewählt. Demzufolge wird der überwiegende Teil der Eis I-Schicht von einer oberflächennahen elastischen, konduktiven, stagnanten Schicht eingenommen. Die Dissipation von Gezeitenenergie innerhalb der unterlagerten warmen, konvektiven Schicht kann gegenüber der radiogenen Wärmeproduktion im Gestein-Eisen-Kern vernachlässigt werden. Die Kerngrösse beträgt 1500 bis 1800 km und der Trägheitsfaktor liegt zwischen 0.295 und 0.31.

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. F. Sohl, Dr. H. Hussmann, Prof. Dr. T. Spohn

Veröffentlichungen:

Sohl, F., H. Hussmann, B. Schwentker, T. Spohn, R.D. Lorenz: Thermal structure and internal constitution of Titan, 33rd Annual Meeting of the Division for Planetary Sciences AAS, Bull. Am. Astr. Soc., 33, 1109, New Orleans, 2001.

Sohl, F., H. Hussmann, B. Schwentker, T. Spohn, R.D. Lorenz: Interior structure models and tidal Love numbers of Titan, XXVII General Assembly European Geophysical Society, Geophys. Res. Abstr. (CD-ROM), 4, PS5.01, Nice, 2002a.

Sohl, F., T. Spohn, D. Breuer, K. Nagel: Implications from Galileo observations on the interior structure and chemistry of the Galilean satellites, Icarus, 157, 104-119, 2002b.

Sohl, F., H. Hussmann, B. Schwentker, T. Spohn, R.D. Lorenz: Interior structure models and tidal Love numbers of Titan, J. Geophys. Res., eingereicht, 2003a.

Sohl, F., H. Hussmann, B. Schwentker, T. Spohn, R.D. Lorenz: Tidal response and thermal structure of Titan, XXVIII General Assembly European Geophysical Society, Geophys. Res. Abstr. (CD-ROM), 5, PS9, Nice, 2003b.