Wissenswertes: Ionosphäre von Titan
Ein Himmelskörper mit einer so dichten Atmosphäre wie Titan sollte auch eine ausgeprägte Ionosphäre besitzen. Durch Voyager 1, Cassini und Huygens wurden drei verschiedene Ionosphärenschichten nachgewiesen, die jeweils im Vorfeld durch theoretische Modelle postuliert wurden.
Ionosphären auf Titan
| Höhe (km) | Elektronendichte (cm-3) | Mechanismus | Nachweis |
|---|---|---|---|
| 1200 | 1500-2400 | solare EUV, magnetosphärische Elektronen | Voyager 1, Cassini |
| 500 | 400-1600 | metallische Ionen aus Meteoroiden | Cassini |
| 60 | 450 | kosmische Strahlung | Huygens |
Die Hauptionosphärenschicht in 1200 km Höhe entsteht durch Photoionisation (solare EUV-Strahlung) und Stoßionisation mit magnetosphärischen Elektronen. Die Elektronendichte varriert mit der Tageszeit jedoch ist die Ionosphäre auch auf der Nachtseite deutlich zu erkennen. In 500 km Höhe befindet sich eine zweite Ionosphäre, die wahrscheinlich durch metallische Ionen aus verglühenden Meteoroiden entsteht. Ferner befindet sich in 60 km Höhe eine dritte Ionosphäre, die durch galaktische kosmische Strahlung entsteht.
Der obere Rand der Ionosphäre ist die Ionopause. An dieser Grenze herrscht Druckgleichgewicht zwischen der inneren Ionosphäre Titans und dem anströmenden magnetosphärischen Plasma. Deshalb wird eine Vermischung der beiden Plasmen praktisch ausgeschlossen und das magnetosphärische Plasma umfließt Titan.
Die Bildung der Ionopause hängt stark von der ionosphärischen Dichte ab. Ist diese zu niedrig, kann der Druck dem Druck des anströmenden Plasma nicht standhalten. In einem solchen Fall kann das magnetosphärische Plasma tief in die Ionosphäre eindringen und wird langsam abgebremst. Aufgrund der starken Variation der Plasmaumgebung Titans kann dies in der Tat vorkommen. Details dazu finden Sie auf unserer Seite über Plamawechselwirkung.
In der oberen Ionosphäre enthalten die chemischen Reaktionspfade der Ionen und Neutralteilchen Reaktionen für die Bildung von H2CN+, die Hauptspezies in der Hauptregion der Ionosphäre sind (ca. 1000 - 1200 km Höhe). H2CN+ im Plasmaschweif könnte aus dieser Region stammen, wobei es durch die Ionopause diffundiert und die Exosphäre erreicht.
In der durch komische Strahlung produzierten unteren Ionosphäre dominieren Clusterionen und langkettige Kohlenwasserstoffionen. Die Elektronenverteilung in der unteren Ionosphäre, besonders in der Troposphäre, wird letzten Endes von der Häufigkeit elektrophiler Spezies abhängen. Photochemische Modelle sagen die Existenz solcher Moleküle voraus. Wenn jedoch deren Häufigkeit vernachlässigbar sein sollte, sollte die Elektronenanzahldichte deutlich höher sein als auf der Erde, weil kein Sauerstoff existiert, der unmittelbar freie Elektronen binden würde.