Titan verblüfft mit paradoxem Verhalten

Verkehrte Welt: Beim Saturnmond Titan strahlt die Nachtseite heller als seine Tagseite. Je weiter die Sonne hinter ihm steht, desto heller erscheint der Himmelskörper – ein im Sonnensystem einzigartiges Verhalten. Die Erklärung für diesen scheinbar paradoxen Effekt liefert die Titan-Atmosphäre: Ihre große Ausdehnung und Schichtung lenkt das Licht quasi von hinten auf die Schattenseite des Mondes um, wie Forscher im Fachmagazin „Nature Astronomy“, berichten.

Der Saturnmond Titan ist nicht nur der der zweitgrößte Mond in unserem Sonnensystem, er ist auch in vieler Hinsicht ungewöhnlich: Er besitzt Seen und Flüsse aus flüssigen Kohlenwasserstoffen, Dünen, die in die falsche Richtung zu zeigen scheinen und einen Ozean unter seiner Kruste.

Anders als alle anderen

Eine weitere, verblüffende Eigenheit des Saturnmonds haben nun Antonio García Muñoz von der TU Berlin und seine Kollegen entdeckt. Als die Forscher Daten der NASA-Raumsonde Cassini auswerten, stießen sie auf ein seltsames Phänomen: Entgegen allen Erwartungen scheint die Nachtseite des Mondes heller als seine Tagseite.

„Dieses Verhalten ist einzigartig im Sonnensystem“, konstatieren die Forscher. „Das gibt es nur beim Titan.“ Denn normalerweise wird die Tagseite eines Himmelskörpers voll von der Sonne angestrahlt und wirft daher auch das meiste Licht in den Weltraum zurück. Der Vollmond beispielweise erscheint deshalb so hell, weil wir direkt auf seine der Sonne zugekehrte Tagseite blicken.

Dämmerung ist am hellsten

Anders beim Titan: Er scheint dann am hellsten, wenn die Sonne vom Betrachter aus gesehen schräg hinter dem Mond steht. Anders ausgedrückt: Fällt das Sonnenlicht in einem mehr als 150-Grad-Winkel auf den Mond, reflektiert der Titan am meisten Licht. Bis zu 200-fach heller als bei Tag erscheint der Titan in dieser Phase dadurch. „Die Dämmerung überstrahlt das Tageslicht dann in mehreren Wellenlängenbereichen“, berichten die Forscher.

Sie vermuten, dass dieser Effekt sogar noch stärker sein könnte, wenn die Sonne direkt hinter dem Saturnmond steht. „Wir erwarten, dass die Helligkeit des Titan bei einem Einfallswinkel von 180 Grad die Helligkeit der Tagseite sogar um eine Größenordnung oder mehr übertreffen könnte – je nach Beobachtungswellenlänge“, so García Muñoz und seine Kollegen.

Die ausgedehnte und geschichtete Atmosphäre des Titan erzeugt den paradoxen "Nachtlicht"-Effekt. © NASA/JPL/ Space Science Institute

Atmosphäre entscheidend

Doch wie ist dieser scheinbar paradoxe Effekt zu erklären? Die Ursache ist die extrem ausgedehnte und stark geschichtete Atmosphäre des Saturnmonds. Tagsüber absorbieren und streuen Dunst und Gase bestimmte Wellenlängen des Lichts sehr effektiv und schlucken dadurch einen Teil der Helligkeit. „Die Photonen werden bei kleinen Einfallswinkeln Dutzende Male gestreut, bevor sie die Atmosphäre wieder verlassen“, erklären die Forscher.

Anders in der Titan-Dämmerung: Das schräg von hinten einfallende Licht strahlt vor allem durch die oberen Atmosphärenbereiche. Dort wird es an den Aerosolpartikeln so gestreut, dass das Licht von der Schattenseite aus gesehen sogar noch verstärkt erscheint. Kein anderer Mond oder Planet im Sonnensystem zeigt ein ähnliches Verhalten.

Phänomen auch bei Exoplaneten möglich

„Dies ist eine höchst interessante Perspektive auch für die Erforschung von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, den Exoplaneten“, kommentiert die nicht an der Studie beteiligte Atmosphärenforscherin Heike Rauer vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Denn auch einige Exoplaneten könnte Atmosphären besitzen, die sie bei Gegenlicht ungewöhnlich hell erscheinen lassen.

„Würde man dieses Phänomen bei einem extrasolaren Planeten finden, könnte man dessen Atmosphäre genauer charakterisieren, etwa die atmosphärische Schichtung oder die Dunstglocke, die den Planeten umgibt.“ (Nature Astronomy, 2017; doi: 10.1038/s41550-017-0114)

(Technische Universität Berlin, 28.04.2017 – NPO)