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Titan ist mit einem Durchmesser von 5150 Kilometern der größte Saturnmond und nach dem Jupitermond Ganymed der zweitgrößte Mond im Sonnensystem. Entdeckt wurde er im Jahre 1655 von Christiaan Huygens. Seine Dichte ist mit 1880 kg/m3 die höchste aller Saturnmonde, neben Eis weist Titan deshalb in seinem Inneren auch einen erhöhten Anteil schwerer Stoffe z.B. in Form von Silikaten auf. Er ist der einzige Trabant eines Planeten mit einer dichten, hoch reichenden Atmosphäre. Titans Gashülle besteht hauptsächlich aus Stickstoff, mit Spuren von Methan, Ethan, Acetylen, Propan, Diacetylen, Methylacetylen, Wasserstoff, Cyanid, Cyanoacetylen, Kohlendioxid und -monoxid und zeigt eine rötlichorange Färbung. Mit ihrer hauptsächlich aus Stickstoff bestehenden Atmosphäre ist die Gashülle von Titan derjenigen der Erde sehr ähnlich. Wegen der tiefen Temperaturen laufen chemische Reaktionen in der Titanatmosphäre allerdings sehr viel langsamer ab als auf der Erde. Die Atmosphäre ist im sichtbaren Licht undurchsichtig und verhüllt daher die Oberfläche.

Drei Ansichten von Titan: (links) in Echtfarben die vor allem die orange gefärbte dichte Atmosphäre zeigen, (mitte) im nahen Infrarot (928 nm), in dem Titans Oberfläche teilweise sichtbar wird und (rechts) ein Falschfarbenbild, welches Einzelbilder aufgenommen im nahen Infrarot (bei 938 und 889 nm) und im sichtbaren Licht (428 nm) kombiniert. (© NASA/JPL/Space Science Institute)Drei Ansichten von Titan: (links) in Echtfarben die vor allem die orange gefärbte dichte Atmosphäre zeigen, (mitte) im nahen Infrarot (928 nm), in dem Titans Oberfläche teilweise sichtbar wird und (rechts) ein Falschfarbenbild, welches Einzelbilder aufgenommen im nahen Infrarot (bei 938 und 889 nm) und im sichtbaren Licht (428 nm) kombiniert. (© NASA/JPL/Space Science Institute)Sensoren, die Signale in infraroten Wellenlängen aufzeichnen können, wie das auf Cassini eingesetzte abbildende Spektrometer VIMS, oder aktive Sensoren wie Radar können die Oberfläche grob aufgelöst abbilden. Titan war auch das Ziel der europäischen Landesonde Huygens, die am 25. Dezember 2004 von der Muttersonde Cassini abgetrennt wurde, am 14. Januar 2005 mehrere Stunden am Fallschirm durch die Titanatmosphäre schwebte und schließlich auf der Titanoberfläche landete.

Die Oberflächenformen von Titan ähneln in mancher Hinsicht denen der Erde. Allerdings besteht die Titanoberfläche überwiegend aus Eis. Die wenigen Einschlagskrater deuten auf eine besonders junge Oberfläche hin. Manche Gebiete scheinen durch intensive Erosion verändert zu sein, ähnlich den Karstlandschaften auf der Erde. Langgezogene Dünen aus dunklem Material, vermutlich kohlenstoffhaltige Partikel, zeugen von der intensiven Wirkung des Windes. Langgestreckte Bergrücken, Calderen und annähernd kreisrunde, schildförmige Gebilde, ähnlich den Vulkanen auf Hawaii, deuten auf tektonische und vulkanische Aktivität hin. Cassini-Huygens hat auf Titan sogar Flusstäler entdeckt, die in Seebecken münden. Anders als auf der Erde fließt auf der rund −160 Grad Celsius kalten Titanoberfläche darin jedoch kein Wasser, sondern ein Gemisch aus flüssigem Methan (CH4) und Ethan (C2H6). Huygens landete in einem ausgetrockneten Seebecken, in das mehrere solcher Flusstäler münden. Durch Cassini-Beobachtungen von spiegelnden Oberflächen konnte gezeigt werden, dass einige der „Seen“ mit flüssigen Kohlenwasserstoffen gefüllt sind.