Woher (zum Teufel) wissen sie, dass einige Seen auf Titan 100 Meter tief sind?

Das Papier selbst (ich habe Zugriff) sagt und zeigt, dass sie mit ihrem Radar den Grund einiger Seen mit einer maximalen Tiefe von 105 +/- 6 Metern erkennen. Die Radarreflexion am Boden ist viel schwächer als an der Oberfläche, aber immer noch deutlich und klar.

Die Dämpfung (17 dB/us) passt zu einer hauptsächlich aus Methan bestehenden Zusammensetzung (am besten zu 69 % Methan, der Rest hauptsächlich zwischen N2 und C2H6 aufgeteilt), aber wenn der See hauptsächlich aus Ethan, Propan oder Kohlenwasserstoffen höherer Ordnung bestanden hätte, wäre dies der Fall gewesen war zu viel Dämpfung, um den Grund des Sees zu sehen.

Aus dem Nature Astronomy Paper Deep and Methan-rich Lakes on Titan vom 15. April 2019

Wir haben Superauflösungsalgorithmen verwendet, die zuvor auf Radardaten angewendet wurden, die über Ligeia Mare, Punga Mare und Ontario Lacus ^10,11,12,13 erfasst wurden, um die Radarentfernungsauflösung ^{15 zu verbessern}und Verbesserung der bathymetrischen Erkennungsfähigkeiten. Die Ergebnisse der Verarbeitung zeigten zusätzlich zu den von der Seeoberfläche reflektierten Echos eine klare Erkennung des Grunds des Sees E entlang eines 20 km langen Radarquerschnitts. Abbildung 3c zeigt die Bathymetrie des Sees E, der eine maximale Tiefe von 105 ± 6 m (1σ) erreicht und ein asymmetrisches Seebett mit einer relativ sanften Neigung (etwa 0,16 ° ± 0,03 °) nach Osten und einem starken Anstieg zu haben scheint die Westseite. Dies könnte die in leeren Seebecken beobachtete abgestufte Topographie darstellen, die zusammen mit anderen morphometrischen Hinweisen7 als Beweis für eine Beckenagglomeration durch Steilhänge interpretiert werden kann.

Anwendung der Methode wie in ref. 10 wird eine Flüssigkeitsdämpfung von 17 ± 7 dB μs–1 (entsprechend einem Verlustfaktor von 4,6 ± 1,8 × 10–5) aus dem Verhältnis der Oberflächen- zur Untergrundleistung (Ps/Pss) als Funktion der zunehmenden Tiefe geschätzt ( Abb. 3e). Wir fanden heraus, dass die Dämpfung von Winnipeg Lacus, ähnlich wie bei Ligeia Mare, eine Methan-Stickstoff-dominierte Zusammensetzung erfordert (Best-Fit-Werte von 69 % CH4, 15 % C2H6 und 16 % N2 und 1σ-Fehlerwerte von 54–80 % CH4, 35– 0 % C2H6 und 11–20 % N2 im Volumen), um den Labormessungen der Kohlenwasserstoffverlusttangenten zu entsprechen16. Wenn ein signifikanter Anteil (> ~ 50 %) von Ethan oder Komponenten höherer Ordnung (z. B. Propan) vorhanden gewesen wäre, wäre die Dämpfung größer als die beobachtete gewesen und hätte die unterirdischen Rücksendungen unterdrücken können (siehe ergänzende Abb. 1 ) . .

Abbildung 3 von Research Gate

Bathymetrie und Flüssigkeitsdämpfung von Winnipeg Lacus a, SAR-Mosaik, das Winnipeg Lacus und die Position der strahlbegrenzten Höhenmesser-Fußabdrücke von −3 dB über Flüssigkeit zeigt (rote Kreise). b, Radargramm, das nach Superauflösungsverarbeitung erhalten wurde (siehe Details in Methoden). c, d, Bathymetrie (c) und relative Werte für das Intensitätsverhältnis von Oberflächen-Untergrund-Echos (Ps/Pss) (d), gemessen über Winnipeg. Fehlerbalken sind relativ zur Unsicherheit von 1σ. e, Schätzung der spezifischen Dämpfung der Flüssigkeit in Winnipeg Lacus beträgt 17 ± 7 dB μs⁻¹ (beste Anpassung einer Verlusttangente gleich 4,6 × 10⁻⁵), wobei wir für Ligeia Mare 16 ± 4 dB μs⁻¹ ( beste Anpassung einer Verlusttangente gleich 4,4 x 10&supmin;&sup5;) und 22,5 dB Schnittpunkt für beide. Der Abschnitt legt nahe, dass der Seeboden von Winnipeg im Vergleich zum Meeresboden von Ligeia ähnliche Rückstreuwerte aufweist, was auf eine ähnliche Zusammensetzung hinweist.

Abbildung 4 von Research Gate

Mehrdeutige Erkennungen des Seebodens von Oneida Lacus und Lake C Mehrdeutige Erkennungen treten auf, wenn Wellenformen aufgrund des niedrigen Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) oder der Radarauflösung keine eindeutigen Echos unter der Oberfläche zeigen. a–c, SAR-Mosaiken und –3-dB-strahlbegrenzte Höhenmesser-Fußabdrücke (rote Kreise) über Flüssigkeit für Oneida Lacus bzw. die östlichen und westlichen Teile von See C. d–f, superaufgelöste Radargramme derselben Seen und Teile des Sees. g, eine Wellenform, die über dem zentralen Teil von Oneida erfasst wurde. Die Erkennung des Seebodens ist aufgrund des niedrigen SNR mehrdeutig. Einige Echos weisen auf Tiefen von mehr als 150 m hin. h, i, Wellenformen, die über dem S-förmigen See oder See C erfasst wurden, zeigen unterirdische Echos, die nicht oder teilweise durch Superauflösungsalgorithmen aufgelöst wurden. Diese Wellenformen weisen darauf hin, dass die beobachteten Regionen flach sind und Tiefen von nicht mehr als 20–30 m aufweisen.

Abbildung 6 von Research Gate

Wellenformen von Ligeia Mare und Winnipeg Lacus, aufgenommen in ähnlichen Tiefen a,b, Wellenformen, aufgenommen in etwa 90 m Tiefe. c,d, Wellenformen, aufgenommen in etwa 75 m Tiefe. Beachten Sie, dass Wellenformen in Form und Intensität ähnlich erscheinen, was auf eine Ähnlichkeit in der Flüssigkeitszusammensetzung und im Untergrund hinweist.

Aus Cassini- Beobachtungen geht hervor, dass das Methan-Ethan-Gemisch (mit Methan als weitaus größter Komponente, vielleicht mit etwas gelöstem Stickstoff) so rein erscheint, dass sein Absorptionsvermögen bei der Ka-Band-Frequenz des RADAR-Instruments ziemlich niedrig ist. Deshalb konnte es so tief sehen – nicht nur 100 m, sondern 160-170 m.

Die Arbeit The Bathymetry of a Titan Sea von Marco Mastrogiuseppe et al. (Geophysical Research Letters. 41. 10.1002/2013GL058618) behandelt die beim T91 Titan-Vorbeiflug (23. Mai 2013) verwendete Technik und die Ergebnisse. Das Radar blickte direkt nach unten, diente als Höhenmesser und maximierte die Spiegelreflexionsintensität aus dem Nadirbereich. Ein Höhenmesser zeichnet das Signal auf, das von einem auf den Nadir gerichteten Sender, entweder Radio oder Lidar, zurückgesendet wird, und aus der Ausbreitungszeit können Sie sehr genau auf die Entfernung zum Raumfahrzeug schließen. Wenn die erste reflektierende Oberfläche eine transparente Flüssigkeit ist, können nachfolgende Reflexionen von tieferen Grenzflächen in den Daten gesehen werden, und genau das hat Mastrogiuseppe gesehen. Die Radarspur überquerte Kraken Mare und der Empfänger erhielt deutliche sekundäre Echos vom Meeresboden. ich war in derCassini Science Team Meeting, als er dies ankündigte – es sorgte für ziemliches Aufsehen! (Nicht horizontale reflektierende Oberflächen, wie z. B. ein abfallender Meeresboden, können den Spiegelpunkt vom exakten Nadir weg verschieben.)

Eine weitere Radarbeobachtung, ein bistatisches Experiment, bei dem das Cassini RADAR-Instrument ein Signal vom großen Sender des Deep Space Network in Goldstone empfing, das von der Oberfläche von Ligeia Mare reflektiert worden war, zeigte die nahezu reine Methanzusammensetzung dieses Meeres. Die Zusammensetzung wurde aus der experimentellen Messung des Brechungsindex (eigentlich der elektrischen Permittivität) der Flüssigkeit abgeleitet. Es wird erwartet, dass die Zusammensetzung von Kraken Mare im Wesentlichen der von Ligeia entspricht. Diese Pressemitteilung des JPL beschreibt dieses Experiment. Ich füge keine wissenschaftliche Referenz hinzu, weil der PI dieses Experiments die Ergebnisse noch nicht offiziell veröffentlicht hat!Wenn Sie den Brechungsindex kennen, erhalten Sie auf jeden Fall die Geschwindigkeit der Funkwellen im Medium, sodass Sie die Zwei-Wege-Ausbreitungszeit in den Höhenmesserdaten in eine Tiefe übersetzen können.

Was die Seen (kleiner als die Meere) betrifft, wie die von Ihnen zitierten Quellen angeben, verwendete der letzte nahe Cassini- Vorbeiflug von Titan diese Technik, um die Tiefen einiger dieser Seen zu messen. Einige Forscher hatten vorgeschlagen, dass die Seen erheblich flacher sind als die Meere. Dieses Experiment setzte dieser Idee ein Ende!