Titan
Die Erde ist nicht der einzige Planet mit einer Atmosphärenhülle. Bis auf den Merkur besitzen alle Planeten sowie einige Planetenmonde eine Atmosphäre.
Die großen Planeten (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) haben eine sonnenähnliche Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium. Sie haben anscheinend innere Wärmequellen, die für die Erhaltung der berühmten Strömungsmuster sorgen. Uranus und Neptun erscheinen blau, weil das Methan in großen Höhen den roten Anteil des Lichts absorbiert. Die Jupiter-Atmosphäre wurde vor kurzem von der Galileo-Sonde näher untersucht, deren erste Ergebnisse (Informationen von der DLR) bereits vorliegen.
Die Atmosphären der erdähnlichen Planeten zeigen keine einheitliche Struktur. Die Venus hat eine dichte und heiße Atmosphäre mit Kohlendioxid als Hauptbestandteil. Wegen der dichten Schwefeldioxid-Wolken, die das Licht stark reflektieren, erscheint die Venus am Morgen- und Abendhimmel als hellster Stern. Der Mars hat dagegen eine dünne, trockene Atmosphäre aus Kohlendioxid. Starke Temperaturschwankungen und Staubstürme kennzeichnen das Mars-Klima.
Der Pluto hat wahrscheinlich eine dünne Atmosphäre aus Stickstoff, Kohlenmonoxid und Methan, die nur in der Nähe des Perihels in Gasphase vorliegen und ansonsten gefroren sind. Bessere Einsicht in die Pluto-Atmosphäre erhofft man sich von der Mission Pluto Express.
Von den zahlreichen Planetenmonden besitzen der Saturn-Mond Titan, die Jupiter-Monde Io, Europa und Ganymed und der Neptun-Mond Triton eine Atmosphäre.
Die Kometen besitzen eine Koma aus Neutralgas, das vom Kometenkern emittiert wird. Dessen Hauptbestandteil ist Wasserdampf, jedoch sind Kohlenmonoxid und zahlreiche andere Kohlenwasserstoffe nachgewiesen. Die Sonden Giotto oder Rosetta liefern einen wichtigen Beitrag für das Verständnis der Kometenatmosphären.
Ein Vergleich der Atmosphären der verschiedenen Himmelskörper stellt einen sehr interessanten Aspekt für das Verständnis sowohl der Meteorologie als auch der Entstehung des Sonnensystems dar.
TitanDie Atmosphäre des Saturn-Mondes Titan zeigt unter den bisher bekannten extraterrestrischen Atmosphären die größte Ähnlichkeit mit der Erd-Atmosphäre. Genauso wie bei der Erde ist Stickstoff der Hauptbestandteil des Gases, der Bodenluftdruck liegt in der Größenordnung von 1 bar. Aufgrund der zahlreichen organischen Moleküle, die in kleinen Mengen in der Atmosphäre vorhanden sind, wurden früher sogar Lebewesen spekuliert, was mittlererweile wegen der sehr niedrigen Bodentemperatur von ca. -180 Grad Celsius unwahrscheinlich erscheint. Die Titan- Atmosphäre mit ihrer komplexen Photochemie stellt somit ein einzigartiges natürliches Labor dar. Insbesondere könnte die Evolutionsgeschichte unserer Erde anhand von Titan geklärt werden.
Zum ersten Mal in der Geschichte von Titan wird im Jahre 2004 eine Sonde (Cassini/Huygens-Mission der NASA und ESA) in diese Atmosphäre absteigen und die Geheimnisse lüften.
Die Arbeitsgruppe von Dr. Tetsuya Tokano entwickelt ein dreidimensionales Zirkulationsmodell der Atmosphäre mit besonderer Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen der Oberfläche und der Atmosphäre.
Sie sind eingeladen, mehr über Titan auf unserer interdisziplinären Titan-Seite zu lesen, die von der Titan-Entdeckung bis zu unserer Forschung vorstellt.
MarsDer Mars hat eine sehr dünne, staubige Atmosphäre aus Kohlendioxid. Weil der Mars eine mit der Erde vergleichbare Rotationsgeschwindigkeit, Planetenradius und Ekliptikschiefe besitzt, findet man auf dem Mars zum Teil erdähnliche Windsysteme, so z. B. Passatwinde, Strahlströme oder wandernde Tiefdruck- und Frontensysteme. Die starke Topographie des Mars erzeugt Phänomene wie rotierende Berg- und Talwinde oder starke Kanalwinde, die durch die Täler strömen.
Der fehlende Ozean und die sehr dünne Atmosphäre sorgen für ein extrem kontinentales Klima mit starken Temperaturschwankungen.
Im Winter sublimiert in Polnähe etwa 20 % des globalen Kohlendioxids zu einer Polkappe. Wenn im Frühling diese Polkappe schmilzt, entstehen große Druckänderungen, die das globale Windsystem dominieren. Bei sehr starken Winden, besonders im Nordherbst, werden große Mengen Staub aufgewirbelt, die durch die Hadley-Zirkulation auf den gesamten Mars verteilt werden. Diese Staubstürme (Staubteufel) haben wegen der geringen Schwerkraft und der fehlenden Niederschläge, die die Luft von Staub reinigen könnten, eine relativ lange Lebensdauer.
IoDie Atmosphäre des Jupiter-Mondes Io verdankt ihre Entstehung ihrem eigenen Vulkanismus, der am aktivsten im gesamten Sonnensystem ist. Dieser Vulkanismus wird durch die starken Gezeitenkräfte durch den Jupiter und dem Io-Nachbarmond Europa hervorgerufen. Das von den Vulkanen freigesetzte Schwefeldioxid bildet den Hauptbestandteil der dünnen Io-Atmosphäre.
Die Bodentemperatur der Io-Atmosphäre schwankt je nach der Sonneneinstrahlung zwischen 90 und 130 K. Die Sublimation und das Gefrieren von Schwefeldioxid am Boden bestimmen das Gasgehalt.
Die Atmosphäre wird von außen vom Plasma angeströmt, das mit dem Magnetfeld des Jupiters korotiert. Die elektrodynamische Wechselwirkung mit dem Plasma hat einen großen Einfluß auf die thermische Struktur der Atmosphäre.
Leider konnte die Galileo-Sonde bei ihrem einzigen Vorbeiflug an Io im Dezember 1995 wegen eines Magnetband-Defektes keine genaueren Messungen der Atmosphäre durchführen.
Allerdings wird zur Zeit in Erwägung gezogen, während der geplanten Pluto Express Mission eine Io-Probe auf die Oberfläche abzusetzen.
Die Arbeitsgruppe von Ina Geyer entwickelt ein quasi-dreidimensionales nicht-hydrostatisches Zirkulationsmodell der Atmosphäre. Wichtig ist dabei die genaue Prognose der Oberflächentemperatur, weil diese den Sättigungsdampfdruck von Schwefeldioxid bestimmt. Diese erfolgt mit einer eindimensionalen Wärmeleitungsgleichung. Außerdem werden die wichtigen Wechselwirkungen mit dem Plasma berücksichtigt.
Autor: Tetsuya Tokano
