Beobachtungen durch Teleskope haben sehr große Isotopenanomalien in der Titanatmosphäre festgestellt. Diese Tatsache ist ein Hinweis, dass die Atmosphäre des Saturnmondes eine faszinierende Vergangenheit aufweist. Die erste Entdeckung einer 15N / 14N Isotopenanomalie gelang durch eine Beobachtung des Spektrums im Millimeterwellenlängenbereich von HC15N / HC14N Isotopen. Die Messungen legen nahe, dass die Stickstoffatmosphäre von Titan durch das schwerere 15N Isotop angereichert ist. Dabei wird der 4,5-fache Relativwert des irdischen Stickstoffisotopenverhältnisses erreicht. Im Allgemeinen kann man davon ausgehen, dass der irdische Wert das Verhältnis zum Beginn des Sonnensystems wiederspiegelt und in etwa auch in der Titanatmosphäre zu finden sein soll. Damit man dieses Rätsel lösen kann, untersuchte das IWF-Team alle denkbaren "nicht-thermischen" Atmosphärenfluchtprozesse wie, dissoziative Rekombination von molekularen Stickstoffionen, die Dissoziation von Stickstoffmolekülen durch Elektronen Impakt, exothermische photochemische Reaktionen, Atmosphären-Sputtering durch Sonnenwind Teilchen und durch, aus der Saturnmagnetosphäre stammendes Plasma, Sonnenwind "pick-up" Prozesse und schließlich die Umwandlung durch kosmische Strahlung von 14N in 14C. Durch die Entwicklung eines Monte Carlo-Modells konnten wir aufzeigen, dass durch Elektronen Impakt und durch niederenergetische dissoziative Rekombinationsprozesse eine Fraktionierung zwischen den Stickstoffisotopen eintreten kann, da die durch die Prozesse freiwerdende Energie der etwas schwereren 15N Isotope geringer ist als die Fluchtenergie der Titanatmosphäre. Durch unser Model können wir aufzeigen, dass Prozesse bei denen höhere Energien im Spiel sind eine geringere Fraktionierung zwischen den Stickstoffisotopen verursachen. Der für die Fraktionierung wichtigste Prozess ist aber die aufgrund des Schwerefeldes verursachte diffusive Isotopenseparation. Die wichtigste Entdeckung dieser Studie ist aber, ein Hinweis, dass die frühe Sonnen eine sehr aktive Post-T-Tauri-Phase durchlaufen haben muss. Durch einen vielfach stärkeren Sonnenwindfluss in den ersten 600 Millionen Jahren nach der Entstehung des Sonnensystems kann die Stickstoffisotopenanomalie in der Titanatmosphäre erklärt werden. Unsere Studien legen nahe, dass Titan in seiner Frühzeit etwa, das 30-fache seiner gegenwärtigen Atmosphärenmasse verloren hat. Genaue Aufschlüsse über diese Hinweise kann das Massenspektrometer GCMS an Bord der Eintrittssonde Huygens liefern. Eine direkte Bestätigung dieser Isotopenanomalien gibt den Planetenforschern ein besseres Verständnis über die Entstehung und Evolution von planetaren Atmosphären in unserem Sonnensystem.
|
