Webb und Keck Telescope schließen sich zusammen, um Wolken auf dem Saturnmond Titan zu verfolgen

/ chrisdauck

Anmerkung des Herausgebers: Dieser Beitrag hebt Daten von Webb Science in Progress hervor, die noch nicht den Peer-Review-Prozess durchlaufen haben.

Am Samstagmorgen, dem 5. November, wachte ein internationales Team von Planetenwissenschaftlern mit großer Freude über die ersten Webb-Bilder von Titan, dem größten Saturnmond, auf. Hier beschreiben Principal Investigator Conor Nixon und andere Mitglieder des Teams des Guaranteed Time Observation (GTO) -Programms 1251 , die Webb zur Untersuchung der Atmosphäre und des Klimas von Titan verwenden, ihre ersten Reaktionen auf das Sehen der Daten.

Titan ist der einzige Mond im Sonnensystem mit einer dichten Atmosphäre, und es ist auch der einzige Planetenkörper außer der Erde, der derzeit Flüsse, Seen und Meere hat. Im Gegensatz zur Erde besteht die Flüssigkeit auf der Oberfläche von Titan jedoch aus Kohlenwasserstoffen, einschließlich Methan und Ethan, nicht aus Wasser. Seine Atmosphäre ist mit dichtem Dunst gefüllt, der sichtbares Licht verdeckt, das von der Oberfläche reflektiert wird.

Wir hatten jahrelang darauf gewartet, Webbs Infrarot-Sichtgerät zu verwenden, um Titans Atmosphäre zu untersuchen, einschließlich seiner faszinierenden Wettermuster und seiner gasförmigen Zusammensetzung, und auch durch den Dunst zu sehen, um Albedo-Merkmale (helle und dunkle Flecken) auf der Oberfläche zu untersuchen. Die Atmosphäre von Titan ist unglaublich interessant, nicht nur wegen ihrer Methanwolken und Stürme, sondern auch wegen dessen, was sie uns über die Vergangenheit und Zukunft von Titan sagen kann – einschließlich der Frage, ob sie schon immer eine Atmosphäre hatte. Wir waren absolut begeistert von den ersten Ergebnissen.

Teammitglied Sebastien Rodriguez von der Universite Paris Cité war der erste, der die neuen Bilder sah, und alarmierte den Rest von uns per E-Mail: „ Was für ein Aufwachen heute Morgen (Pariser Zeit)! Viele Benachrichtigungen in meiner Mailbox! Ich ging direkt zu meinem Computer und begann sofort, die Daten herunterzuladen. Auf den ersten Blick einfach außergewöhnlich! Ich glaube, wir sehen eine Wolke!“ Webb Solar System GTO-Projektleiterin Heidi Hammel von der Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) hatte eine ähnliche Reaktion: „Fantastisch! Ich liebe es, die Wolke und die offensichtlichen Albedo-Markierungen zu sehen. Freue mich also auf die Spektren! Herzlichen Glückwunsch, alle!!! Vielen Dank!“

So begann ein Tag hektischer Aktivität. Durch den Vergleich verschiedener Bilder, die von Webbs Nahinfrarotkamera (NIRCam) aufgenommen wurden, bestätigten wir bald, dass ein heller Fleck, der auf der Nordhalbkugel von Titan sichtbar war, tatsächlich eine große Wolke war. Kurz darauf bemerkten wir eine zweite Wolke. Das Erkennen von Wolken ist aufregend, weil es lang gehegte Vorhersagen von Computermodellen über das Klima auf Titan bestätigt, dass sich während des Spätsommers, wenn die Oberfläche von der Sonne erwärmt wird, leicht Wolken auf der mittleren Nordhalbkugel bilden würden.

Bilder des Saturnmondes Titan nebeneinander, aufgenommen von Webbs Nahinfrarotkamera am 4. November 2022. Das linke Bild mit der Bezeichnung „untere Atmosphäre und Wolken“ zeigt verschiedene Rotschattierungen, von fast schwarz bis fast weiß. Drei helle Flecken sind gekennzeichnet. Der Punkt am Rand bei 11 Uhr ist mit „Wolke A“ gekennzeichnet. Ein größerer, heller Punkt bei 1 Uhr ist mit „Wolke B“ gekennzeichnet. Ein fast weißer, sichelförmiger Fleck entlang der Unterseite von etwa 5 bis 7 Uhr ist mit „Atmospheric Haze“ gekennzeichnet. Das rechte Bild mit der Bezeichnung „Atmosphäre und Oberfläche“ ist in Weiß-, Blau- und Brauntönen gehalten. Die Wolken A und B sind helle Flecken an denselben Orten wie im linken Bild. Wolke A um 11 Uhr ist ziemlich klein und subtil. Wolke B bei 1 Uhr ist heller und erscheint größer als im linken Bild. Drei Oberflächenmerkmale sind gekennzeichnet: Dunkler Fleck in der Nähe von Wolke A mit der Aufschrift „Kraken Mare. „Dunkler Fleck im mittleren unteren rechten Quadranten mit der Aufschrift „Belet“. Heller Fleck direkt am Rand bei etwa 4 Uhr mit der Aufschrift „Adiri“.
Bilder des Saturnmondes Titan, aufgenommen vom NIRCam-Instrument des James-Webb-Weltraumteleskops am 4. November 2022. Links: Bild mit F212N, einem 2,12-Mikron-Filter, der für die untere Atmosphäre von Titan empfindlich ist. Die hellen Flecken sind markante Wolken auf der Nordhalbkugel. Rechts: Zusammengesetztes Farbbild mit einer Kombination von NIRCam-Filtern: Blau=F140M (1,40 Mikron), Grün=F150W (1,50 Mikron), Rot=F200W (1,99 Mikron), Helligkeit=F210M (2,09 Mikron). Mehrere markante Oberflächenmerkmale sind gekennzeichnet: Kraken Mare gilt als Methanmeer; Belet besteht aus dunklen Sanddünen; Adiri ist ein helles Albedo-Merkmal. Laden Sie die Version in voller Auflösung vom Space Telescope Science Institute herunter . Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, A. Pagan (STScI). Wissenschaft: Webb Titan GTO-Team.

Dann erkannten wir, dass es wichtig war, herauszufinden, ob sich die Wolken bewegten oder ihre Form änderten, was Informationen über die Luftströmung in Titans Atmosphäre liefern könnte. Also wandten wir uns schnell an Kollegen, um an diesem Abend Folgebeobachtungen mit dem Keck-Observatorium in Hawaii anzufordern. Unser Webb-Titan-Teamleiter Conor Nixon vom Goddard Space Flight Center der NASA schrieb an Imke de Pater von der University of California, Berkeley, und an Katherine de Kleerbei Caltech, die über umfangreiche Erfahrung mit Keck verfügen: „Wir haben gerade unsere ersten Bilder von Titan von Webb erhalten, die letzte Nacht aufgenommen wurden. Sehr aufregend! Wir glauben, dass es eine große Wolke über der nördlichen Polarregion in der Nähe von Kraken Mare gibt. Wir haben uns über eine schnelle Reaktion auf eine Folgebeobachtung auf Keck gewundert, um eine Entwicklung in der Cloud zu sehen?“

Nach Verhandlungen mit den Keck-Mitarbeitern und Beobachtern, die bereits für den Abend mit dem Teleskop eingeplant waren, stellten Imke und Katherine schnell eine Reihe von Beobachtungen in die Warteschlange. Das Ziel war, Titan von seiner Stratosphäre bis zur Oberfläche zu untersuchen, um zu versuchen, die Wolken einzufangen, die wir mit Webb gesehen haben. Die Beobachtungen waren ein Erfolg! Imke de Pater kommentierte: „Wir waren besorgt, dass die Wolken verschwunden sein würden, als wir uns zwei Tage später mit Keck den Titan ansahen, aber zu unserer Freude gab es Wolken an denselben Positionen, die aussahen, als hätten sie ihre Form verändert.“

Nebeneinander liegende Bilder der Atmosphäre und der Oberfläche des Saturnmondes Titan, aufgenommen von Webb (links) und Keck (rechts). Beide Bilder sind in verschiedenen Weiß-, Blau- und Brauntönen gehalten. Links: Webb NIRCam-Bild, aufgenommen am 4. November 2022. Drei Merkmale sind gekennzeichnet: Ein heller Fleck am Rand bei 11 Uhr ist mit „Wolke A“ gekennzeichnet. Ein größerer, heller Punkt bei 1 Uhr ist mit „Wolke B“ gekennzeichnet. Ein dunkler Fleck im mittleren unteren rechten Quadranten ist mit „Belet“ gekennzeichnet. Rechts: Keck NIRC-2-Bild, aufgenommen am 6. November 2022. Dieselben drei Merkmale sind gekennzeichnet. Sie befinden sich relativ zueinander in denselben Positionen, scheinen sich jedoch leicht nach rechts verschoben oder gedreht zu haben. Wolke A erscheint etwas größer als auf dem Webb-Bild vom 4. November. Wolke B erscheint etwas kleiner. Belet, ein dunkles Merkmal, befindet sich jetzt näher am östlichen Rand der sichtbaren Hemisphäre.
Entwicklung der Wolken auf Titan über 30 Stunden zwischen dem 4. und 6. November 2022, gesehen von Webb NIRCam (links) und Keck NIRC-2 (rechts). Titans hintere Hemisphäre, die hier zu sehen ist, dreht sich von links (Morgendämmerung) nach rechts (Abend), von der Erde und der Sonne aus gesehen. Wolke A scheint sich ins Sichtfeld zu drehen, während Wolke B sich entweder aufzulösen scheint oder sich hinter Titans Glied bewegt (in Richtung der von uns abgewandten Hemisphäre). Wolken sind auf Titan oder der Erde nicht langlebig, daher sind die am 4. November gesehenen möglicherweise nicht die gleichen wie die am 6. November. Das NIRCam-Bild verwendete die folgenden Filter: Blau = F140M (1,40 Mikrometer), Grün = F150W (1,50 Mikrometer), Rot=F200W (1,99 Mikrometer), Helligkeit=F210M (2,09 Mikrometer). Das verwendete Keck-NIRC-2-Bild: Rot = He1b (2,06 Mikrometer), Grün = Kp (2,12 Mikrometer), Blau = H2 1-0 (2,13 Mikrometer).Laden Sie die Version in voller Auflösung vom Space Telescope Science Institute herunter . Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, WM Keck Observatory, A. Pagan (STScI). Wissenschaft: Webb Titan GTO-Team.

Nachdem wir die Keck-Daten erhalten hatten, wandten wir uns an atmosphärische Modellierungsexperten, um bei der Interpretation zu helfen. Einer dieser Experten, Juan Lora von der Yale University, bemerkte: „In der Tat aufregend! Ich bin froh, dass wir das sehen, da wir für diese Saison ein gutes Stück Wolkenaktivität vorhergesagt haben! Wir können nicht sicher sein, dass die Wolken am 4. und 6. November die gleichen Wolken sind, aber sie sind eine Bestätigung für saisonale Wettermuster.“

Das Team sammelte auch Spektren mit dem Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) von Webb, der uns Zugang zu vielen Wellenlängen verschafft, die für bodengestützte Teleskope wie Keck durch die Erdatmosphäre blockiert sind. Diese Daten, die wir noch analysieren, werden es uns ermöglichen, die Zusammensetzung der unteren Atmosphäre und der Oberfläche von Titan auf eine Weise zu untersuchen, die selbst die Raumsonde Cassini nicht konnte, und mehr darüber zu erfahren, was das helle Merkmal verursacht, das über dem Südpol zu sehen ist.

Wir erwarten weitere Titan-Daten von NIRCam und NIRSpec sowie unsere ersten Daten von Webbs Mid-Infrared Instrument (MIRI) im Mai oder Juni 2023. Die MIRI-Daten werden einen noch größeren Teil des Spektrums von Titan offenbaren, einschließlich einiger Wellenlängen, die wir haben noch nie vorher gesehen. Dies wird uns Informationen über die komplexen Gase in Titans Atmosphäre sowie entscheidende Hinweise geben, um zu entschlüsseln, warum Titan der einzige Mond im Sonnensystem mit einer dichten Atmosphäre ist.

Maël Es-Sayeh , Doktorand an der Universite Paris Cité, freut sich besonders auf diese Beobachtungen: „Ich werde die Daten von Webb in meiner Doktorarbeit verwenden, daher ist es sehr aufregend, nach jahrelangen Simulationen endlich die echten Daten zu erhalten . Ich kann es kaum erwarten zu sehen, was nächstes Jahr in Teil zwei kommt!“

Über die Autoren

    • Conor Nixon ist ein Planetenwissenschaftler am NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, und dient als leitender Forscher des Webb Cycle 1 Guaranteed Time Observation Program 1251 .
    • Co-Ermittlerin Heidi Hammel ist Planetenforscherin. Sie ist Vizepräsidentin für Wissenschaft bei AURA und leitet die JWST Solar System Science Group.
    • Co-Forscher Sébastien Rodriguez ist Planetenwissenschaftler am Institut de Physique du Globe de Paris an der Universite Paris Cité in Frankreich.
    • Imke de Pater ist emeritierte Professorin für Astronomie an der University of California, Berkeley, und leitet das Keck Titan Observing Team.
    • Katherine de Kleer ist Assistenzprofessorin für Planetenwissenschaften und Astronomie am Caltech in Pasadena, Kalifornien, und Mitglied des Keck Titan Observing Teams.
    • Juan Lora ist Assistenzprofessor für Erd- und Planetenwissenschaften an der Yale University in New Haven, Connecticut.
    • Maël Es-Sayeh ist Doktorand der Planetenwissenschaften am Institut de Physique du Globe de Paris der Universite Paris Cité in Frankreich. 

– Margaret W. Carruthers, Büro für Öffentlichkeitsarbeit, Space Telescope Science Institute

Quelle: https://blogs.nasa.gov/webb/2022/12/01/webb-keck-telescopes-team-up-to-track-clouds-on-saturns-moon-titan/?utm_source=TWITTER&utm_medium=NASAWebb&utm_campaign=NASASocial&linkId=191975399

Cool! Freue mich schon auf Daten vom Saturnmond Enceladus. Ob wir da wohl auch Daten vom „Webb Science in Progress“ bekommen?! Würde mir sehr gefallen. Das James Webb Teleskop ist klasse.

Dear Christian,

The observations are now being planned to take place in October, November and in December. Several orbital restrictions and observatory operational and scheduling restrictions will define on which specific dates the different observing blocks will take place.

At this stage, the MRS observations are not being planned, and will take place once the issues with the instrument are resolved.

Best,
Geronimo


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Dr. Geronimo Villanueva (he/him)
Planetary Systems Laboratory
NASA – Goddard Space Flight Center