Wellenbildung auf Titansee

[Frank]

http://astronews.com/news/artikel/2009/ ... -023.shtml

Warum sollte die Wellenbildung auf Titan höher sein?Sicher ist die Gravitation niedriger als auf der Erde,aber wer weis schon wie sich flüssige Kohlennwasserstoffe verhalten?
Das übersteigt doch meinen Horizont.Was meinen die Experten hier?

Gruß

Gonzo

[tomS]

Ich denke, das ist ein relativ einfaches Problem der Hydrodynamik; die Wellenbildung wird angeregt durch Wind, die Reaktion der Flüssigkeit darauf wird durch hydrodynamische Gleichungen (Navier-Stokes-Gl.; näherungsweise die Euler-Gleichungen) einige wenige Parameter (Dichte, Druck, Viskosität) sowie die Schwerkraft beschrieben.

Wenn diese Parameter bekannt sind, dann sollte das Problem eigentlich einfach lösbar sein.

Ich bin da jedoch kein Experte und kann nicht sagen, welchen Einfluss die o.g. Parameter auf die Wellenhöhe von flüssigem Methan haben.

[gravi]

Ich bin mir da auch nicht sicher, könnte mir jedoch vorstellen, dass die geringere Gravitation im Zusammenspiel mit einem geringeren Atmosphärendruck und der Viskosität zu höheren Wellen führen könnten.
Rätselhafter dagegen ist, wieso die Oberfläche des Sees so spiegelglatt ist...

Gruß
gravi

[wilfried]

Tag Gonzo und Tom

aus völlig anderen Gründen habe ich mich seinerzeit mit Wellen beschäftigt. Mich hat interessiert, wie die Bestimmungsgleichung für die Rumpfgeschwindigkeit eines Bootes zustande kommt. Aufbauend auf meinen MAPLE Berechnungen und einigen Internet Recherchen habe ich einen kleinen Aufsatz für meine Segelfreunde verfasst. Den stelle ich einfach mal hier in pdf Formatierung hinein, besser der Werner wird das tun.

Darin sind genau diese von Tom gemeinten "einfachen" Berechnungen zu ersehen und diese sind interpretiert. Ganz so einfach ist das für manche auch nicht, ein wenig Anhung von Wellen, deren Beschreibung in Differentialform und auch deren Überlagerungen muss schon vorhanden sein. Aber Tom sagt ja auch "relativ einfach".

http://abenteuer-universum.de/userfiles ... igkeit.pdf

Gruß

Wilfried

[tomS]

Könnte es sich um eine gefrorene Oberfläche handeln, wobei sich Methangas extrem langsam und daher ohne Risse o.ä. auf einer Oberfläche niederschlägt? Oder hat Methan einen sehr geringeren Ausdehungskoeffizienten, so dass Rissbildung u.ä. unterbleibt?

[gravi]

Nein, der See soll flüssig sein, soweit ich weiß.

Gruß
gravi

[wilfried]

Tag zusammebn

Gravi schrieb:

Rätselhafter dagegen ist, wieso die Oberfläche des Sees so spiegelglatt ist...

Nun die Frage ist auch hier zunächst eine völlig andere:

stimmen die Daten, die Messergebnisse??

Es macht keinen Sinn einerseits von Wellen zu reden und andererseits ein völlig bewegungsloses Stück Fläche zu haben.

Ich meine, daß wir es hier mit einem Atmosphärenphänomen zu tun haben können:

einmal totale Windstille, dazu die entsprechende Konsistenz der Flüssigkeit, die eventuell (Hypothese) eine sehr große Dämpfung besitzt und andererseits Wind, der die Flüssigkeit in Bewegung versetzt.

Haben wir einen See, soll heißen: in Nachbarschaft ufer, so haben wir Kreuzseen. Das sind Reflexionen, die wie wir Skipper sagen "konfuse" Seen erzeugen, steile kurze Wellen.

Mag es sein, daß es dort so ein Phänomen gibt?

Öl hat solche Eigenschaften. Es kann schnell in Wellen gebracht werden udn ist auch sehr schnell wieder ruhig.

Fragen, nur Fragen, kein Wissen!

Gruß

Wilfried

[tomS]

Öl, d.h. hohe Viskosität, wäre eine Erklärung. Aber Methan sollte aufgrund seiner chemischen Struktur ja wohl eher eine niedrige Viskosität haben, oder?

Kennt jemand die entsprechenden Daten?

[gravi]

Ich habe gerade vergeblich gesucht, nichts zu finden über die Viskosität des flüssigen Methans.

Als einfachste Kohlenstoffverbindung sollte die allerdings ziemlich niedrig sein. Wie ein klarer Schnaps - oder so

Gruß
gravi

[gravi]

Hab nochmals überlegt: Eigentlich sollte Methan bei diesen Temperaturen sehr niedrigviskos sein.
Wir sind zwar noch eine Ecke entfernt von der Eigenschaft der Supraflüssigkeit - aber so weit dann auch wieder nicht.

Zudem ist Methan auch von der Molmasse her leichter als Wasser, sollte daher auch flüssiger sein.

Gruß
gravi

[wilfried]

Tag zusammen

mich wundert es, daß ihr Methan erwähnt, da diese Beobachtung eher auf niedrigviskose Flüssigkeiten schließen läßt. Alle diese Kohlenwasserstoffe müssen doch sehr hochviskos sein, da sie schnell flüchtig sind.

Was in Frage kommt, wenn es denn tatsächlich eine starke Dämpfung von Wellen dort geben sollte wären allenfalls Verbindungen auf Aliphaten beruhend; irgendwelche Arten von Bitumen, Teere, Öle etc. also langkettige und stark verzwigtkettige Kohlenwasserstoffverbindung.

Werner, was gibt es denn in dieser Art als naürliche Vorkommen außer denen, die gerade nannte. Ich meine außer denen, die in Erdölquellen vorkommen?

Gruß

Wilfried

[tomS]

Gute Frage; ich weiß auch nicht, wann und wo Methan zuerst erwähnt wurde. Genügend langkette Kohlenwasserstoffe werden sicher die benötigte Viskosität aufweisen sicher

[gravi]

Meine Lieben,

um langkettige C-Verbindungen herzustellen, bedarf es schon lebender Organismen - denkt doch mal daran, wie bei uns das Erdöl entstand, aus dem Teer und all das ganze Zeug gewonnen werden.

In der kosmischen Chemie werden zwar auch bis hin zu Aminosäuren Verbindungen produziert, allerdings nur in ganz geringem Umfang (zu finden in Meteoriten). Die Hauptmenge der flüchtigen Gase, die auf entfernten Körpern durch die niedrigen Temperaturen flüssig sind, bleibt aber den einfachen Elementen bzw. Verbindungen vorbehalten. Stickstoff, Sauerstoff, Methan, Ethan - das wars dann auch schon. Propan oder Butan wird man nur noch schwerlich finden. Wasserstoff ist zwar nicht auszuklammern, aber eben sehr leicht flüchtig, Helium dagegen eher selten. Ein paar einfache Verbindungen wie z.B. Kohlenmon- und dioxid oder Ammoniak mögen den Reigen noch erweitern.

Doch alle diese Verbindungen sind in flüssiger Form ziemlich niedrigviskos (mit einigen Ausnahmen wie z.B. CO[down]2[/down], das als Trockeneis schon bei rund -80°C fest ist und oberhalb sublimiert), denkt mal an das berühmte Beispiel einer in flüssigen Stickstoff getauchten Blume.
Ich hatte selber schon öfter mit diesen kalten Dingen zu tun und bin mir der niedrigen Viskosität daher ziemlich sicher.
Also wie gesagt, langkettige Aliphate oder gar Aromate werden wir dort draußen bestimmt nicht in Form von Seen finden. Der glatte Methansee bleibt also noch ein wenig rätselhaft!

Gruß
gravi

[msueper]

Hallo,
hmmm, Titan ist aber auch ein bitterkalter Ort. Wellen stellen ein Mittel zum Energietransport dar. Wo nur wenig Energie ist, muss auch nur wenig transportiert werden. Dann sind die Wellen im See halt niedrig...
Ausserdem werden die Wellen auf der Erde auch nur in der Brandung richtig gross (im Vergleich).
Zudem sind die Seen halt eben Seen und keine Ozeane.
Martin

[wilfried]

Tag zusammen

Martin schrieb:

Wellen auf der Erde auch nur in der Brandung richtig gross

das kann ich als Skipper nicht bestätigen. Wellen werden auch in tiefer See groß. So beispielsweise, wenn sich auf dem Ozean in großer Entfernung -1000 sm und mehr- ein Orkan oder Hurrikan abspielt, können Seen von einigen Metern Höhe erwartet werden. Diese sind recht langwellig und wenig von kurzen Wellen begleitet. Aber halt hoch!

Gravi schrieb:

langkettige C-Verbindungen herzustellen, bedarf es schon lebender Organismen

da stimme ich zu, doch: wer sagt, daß in dieser Flüssigkeit keine Organismen leben. Dieser Beweis steht noch aus; deshalb kann ich mit diesem Argument heute noch nicht mit Dir gehen.

Gruß

Wilfried

[gravi]

@Wilfried:
Der Glaube mag ja Berge versetzen - aber Leben schaffen unter solch widerwärtigen Bedingungen, das halte ich für absolut ausgeschlossen. Dagegen ist es auf dem Mars recht gemütlich und "anheimelnd", aber der ist nachweislich auch steril.
Und selbst wenn es wider all meinen Erwartungen Leben auf Titan geben sollte, so kann das nicht ein üppiges sein wie das, welches auf der Erde zu den Öl- und Kohlelagerstätten führte.

Also, ich für meinen Teil schließe Leben, sei es noch so primitiv, und damit größere organische Verbindungen vollkommen aus.

Schönen Gruß
gravi

[Skeltek]

Ich denke mal die Lösung wird wohl die Entstehung des Sees sein, man weiss ja nicht ob es ein gefrorenes Gebilde oder nicht ist.
Wenn es nicht gefroren ist, müsste es Wellen aufweisen.
Wenn es gefroren ist, müsste es beim frieren Risse gebildet haben.

Vielleicht ist die Flüssigkeit ja Atom für Atom im Laufe eines sehr langen Zeitraums an einer günstigen geografischen Lage kondensiert?
Dadurch dürften sich keine Risse bilden, wie wenn ein bereits vorhandener flüssiger See zufriert?

[tomS]

Warum müssen beim Gefrieren Risse entstehen? Doch nur dann, wenn es eine entsprechende Ausdehnung (beim Wasser) oder Schrumpfung (bei vielen anderen Flüssigkeiten) gibt. Kann es nicht sein, dass bei Methan (oder was auch immer) diese Spannunsgrisse eben nicht auftreten? Insbs. dann nicht, wenn z.B. ein extrem langsames Gefrieren vorliegt? Oder eine Art Kristallisation wie bei der Herstellung von Siliziumkristallen aus Schmelzen? Oder z.B. eine Umkehrung der Sublimierung, d.h. z.B. das langsame und spannungsfreie Anlagern von Molekülen aus der gasförmigen Phase?

[gravi]

Der Schmelzpunkt von Methan liegt bei rund -182°C, es siedet bei -162°C.

Die Oberflächentemperatur des Titan liegt bei -178°C ziemlich nahe am Tripelpunkt, die Verbindung kann somit in allen Aggregatzuständen vorkommen. Bekannt ist ja, dass es Wolken aus Titan gibt (also gasförmig), aus denen es regnet (flüssig).
Die Seen werden vermutlich nicht gefroren sein, wenn auch nur 4 Grad am Erstarrungspunkt fehlen. Ich denke, solch ein See wird auch nicht aus "absolutem" Methan bestehen, sondern noch Beimengungen anderer Verbindungen enthalten, wie z.B. Ethan, Acetylen, Cyanwasserstoff oder Ammoniak. Diese "Verunreinigungen" dürften den Erstarrungspunkt dann doch noch etwas absenken.

Gruß
gravi

[Frank]

Kann es was mit dem Atmosphärendruck zu tun haben?

Die Untersuchungen durch die Voyager-Sonden haben ergeben, dass der atmosphärische Druck auf Titans Oberfläche ca. 1,5 Bar beträgt und somit um rund 50 Prozent höher ist als der auf der Erdoberfläche. Auf Grund der geringen Schwerkraft auf Titan bedeutet das je Quadratmeter eine rund zehnfach größere Gasmasse, als ein Quadratmeter der Erde trägt. Die Dichte der Titanatmosphäre ist in Bodennähe fünfmal so groß wie die Dichte der Erdatmosphäre.

Quelle:

http://de.wikipedia.org/wiki/Titan_(Mond)

Vieleicht hat der Druck ja so einen Einfluss auf die Wellenbildung....

[gravi]

Das kann man durchaus in Betracht ziehen - eine "schwere" Atmosphäre könnte durchaus Oberflächenbewegungen von Flüssigkeiten dämpfen. Allerdings könnte auch im umgekehrten Fall eine solche Atmosphäre, wenn sie heftig in Bewegung gerät, auch ordentliche Wellen erzeugen.

In jedem Fall aber, da muss ich Dir Recht geben Gonzo, trägt der höhere Atmosphärendruck mit dazu bei, dass Methan flüssig bleibt. Man kann ja durch hohen Druck eine Flüssigkeit weit unter den Gefrierpunkt abkühlen, ohne dass sie erstarrt.

Gruß gravi

[msueper]

was mich mal interessiert: über welchen Zeitraum wurde der See so genau beobachtet? Stand das dabei? Wenn ja, habe ich's überlesen.

[Skeltek]

Der See wurde kurz überflogen mit der Sonde soweit ich gelesen habe und kurz das Echo gemessen.
Wie ist das eigentlich bei z.B. erhöhter Gravitation bei fehlender Atmosphäre?
Erhöhte Schwerkraft müsste den Siedepunkt herabsetzen während fehlende Atmosphäre den Staudruck der sublimierten Atome schneller abbauen hilft?

Vielleicht steht der See auch leicht im Schatten? ^^ Die Temperatur dort ist ja sicherlich nicht homogen?

[gravi]

Hierzu muss jetzt das Stichwort Dampfdruck fallen.
Dieser ist stoffspezifisch und temperaturabhängig. Er zeigt das Bestreben einer Substanz auf, in den gasförmigen Zustand überzugehen. Er gilt für jede beliebige Substanz - also auch für das Holz unseres Schreibtisches, das Glas des Fensters oder einen massiven Amboss aus Stahl. All dieses Stoffe verdampfen, wenn auch nur sehr langsam.

Wenn der Dampfdruck einer Substanz nun dem umgebenden Atmosphärendruck entspricht, so beginnt sie zu Sieden (einige Stoffe wie z.B. Jod sublimieren, d.h. sie gehen direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über). Moleküle bzw. Atome können dann nämlich dem Verbund entfliehen, der sie zuvor miteinander verband.
Nun dürfte auch klar sein, weshalb Wasser auf dem Mont Blanc bei deutlich niedrigerer Temperatur kocht als auf Höhe des Meeresspiegels: Der Atmosphärendruck ist dort oben viel geringer. Die Gravitation hat also keinen Einfluss auf den Dampfdruck und damit auf den Siedepunkt.

Eine fehlende Atmosphäre aber lässt damit Stoffe leichter verdunsten bzw. verdampfen.
Diesen Effekt macht man sich auch häufig in der Technik zunutze in so genannten Vakuumverdampfern. Durch Absaugen der Luft aus einem Gefäß kann Wasser z.B. schon bei 20 oder 30°C zum Sieden gebracht werden, was letztendlich eine enorme Einsparung an aufzuwendender Heizenergie bedeutet.

Sonntäglichen Gruß
gravi

[Skeltek]

Eine fehlende Atmosphäre aber lässt damit Stoffe leichter verdunsten bzw. verdampfen.

Ist es nicht so, dass so losgelöste Partikel in der Regel nicht viel an Höhe gewinnen und ohne Abtransport durch Wind oder ähnliches rechts schnell wieder zurück fallen/kondensieren? Is doch wie bei dem Bodennebel in einer Tasse Kaffe bei absoluter Windstille?