Tajemnice atmosfery Tytana

0

Tytan, największy księżyc Saturna, jest jednym z nielicznych ciał Układu Słonecznego posiadających atmosferę. Jest mniej masywny niż Ziemia, przez co jego grawitacja jest słabsza. Wpływa to na rozciągnięcie powłoki gazowej (10 razy większa niż atmosfera Ziemi). Jest ona także cztery razy gęstsza przy powierzchni niż atmosfera ziemska. Ciśnienie wywierane na powierzchnię ma półtorakrotnie większą wartość niż nacisk powietrza na naszej planecie na poziomie morza. Atmosfera Tytana jest doskonałym poletkiem doświadczalnym z zakresu badań nad dynamiką płynów i gazów. I wciąż zaskakuje nowymi, globalnymi zjawiskami.

Warunki na powierzchni

Na powierzchni Tytana panują ekstremalne warunki. Temperatura wynosi -179°C, ze względu na grubą zasłonę węglowodorowych oparów w atmosferze oraz znaczną odległość od Słońca panuje półmrok.

Gdybyśmy oglądali ów księżyc w zakresie widma podczerwonego, moglibyśmy się przebić przez tę pomarańczową mgłę i ujrzeć powierzchnię. Na biegunie północnym zobaczylibyśmy metanowe morza i jeziora, a na niższych szerokościach geograficznych rzeki. Dalej, poprzez równik, ciągnie się pole węglowodrowych wydm targanych wiatrami.

Warunki w atmosferze

Atmosfera Tytana składa się przede wszystkim z azotu (98%) i metanu (2%) oraz małych stężeń cząstek bogatych w węgiel. Metan występuje na Tytanie wszędzie – w postaci stałej, płynnej i gazowej. Tajemnicą pozostaje jego źródło. Wcześniej zakładano, iż na obieg tej cząstki między księżycem a jego powłoką gazową wpływa kriowulkanizm, jednakże dane, które by na to wskazywały (domniemany lodowy wulkan sfotografowany przez sondę Cassini), mogą równie dobrze przedstawiać kratery pouderzeniowe, które uległy erozji.

Zjonizowane cząstki przyspieszane w polu magnetycznym Saturna i słoneczne promieniowanie UV rozdzierają atmosferyczne cząstki metanu i azotu. Powstają w ten sposób bardziej skomplikowane związki organiczne – węglowodory i tholiny.

Niektóre z tych węglowodorów opadają powoli na powierzchnię Tytana wraz z płynnym metananem, którego krople są dwa razy większe niż krople ziemskiego deszczu. Ich trajektoria, ze względu na gęstość ośrodka, przypomina bardziej opadanie płatków śniegu niż wody. Takie zjawiska atmosferyczne mogą trwać tygodniami.

Tholinowe opary

Pochodne tholinów odkryto dzięki narzędziom lądownika Huygens. Instrument Aerosol Collector and Pyrolyzer (ACP) przeprowadził pirolizę wychwyconych z aerozolu, skomplikowanych związków węgla. Mniejsze fragmenty zostały odparowane do Gas Chromatograph Mass Spectrometer (GCMS), gdzie określono, jakimi są molekułami. W ten sposób zidentyfikowano benzen, który jest składnikiem bardziej rozbudowanych azotowo-węglowodorowych polimerów.

To właśnie ów opar zawierający związki organiczne nadaje Tytanowi pomarańczową barwę i uniemożliwia jego obserwację w świetle widzialnym i ultrafioletowym.

Opary pokrywające większą część powierzchni Tytana nie są tym samym co ziemskie chmury. Te drugie zwykle posiadają wyraźnie zarysowane granice, składają się z drobinek wody lub kryształków lodu. Czasem występują pod postacią mgły (unoszącej się tuż nad powierzchnia Ziemi) albo chmur pyłowych.

Na Ziemi oparami podobnymi do tych tytanicznych są aerozole. Łączą w sobie wodę, dym albo popioły wulkaniczne i zanieczyszczenia. Na Tytanie w metanowo-azotowym gazie zawieszone są smołopodobne cząstki, polimery składające się z węgla, wodoru i azotu – czyli wspomniane już wcześniej tholiny. Najnowsze badania i porównanie danych zebranych przez sondę Cassini ujawniają dziwne zachowanie tych oparów.

W ciągu trzech lat (między 2007 a 2010 rokiem) warstwa tholinowego smogu znacznie się skurczyła. Opadła z wysokości 500 na 380 kilometrów. Ma to związek z porami roku na największym księżycu Saturna, które trwają około 7 lat.

Zmiana zasięgu tholinowej zasłony jest istotna, gdyż warstwa ta wpływa na:

– powierzchnię księżyca,

– temperaturę i rozmieszczenie pozostałych warstw atmosfery,

– przepływ energii między poszczególnymi częściami atmosfery,

– reakcje chemiczne w atmosferze,

– powstawanie związków organicznych opadających na powierzchnię.

Jej zachowanie jest kluczem do odkrycia zasad cyrkulacji atmosfery w trakcie sezonowych zmian oświetlenia Tytana.

Opadanie tholinowych oparów jest szybką odpowiedzią na równonoc, czyli pierwszy dzień wiosny/jesieni na obu półkulach. Z czasem, kilka lat po równonocy, będzie można dostrzec wyraźny kontrast między jasnością (głębią pomarańczowej barwy) obu półkul. Zimowa półkula w siedem lat, w okolicach przesilenia, wyraźnie ściemnieje. Zgromadzi się nad nią większa ilość oparów.

Aktualnie jaśnieje północna (wiosenna), a ciemnieje południowa (jesienna) półkula Tytana.

Badania tholinowych oparów nie są łatwe, ponieważ tworzą one nieciągłą warstwę. Aby uniknąć błędów, porównano 81 ilustracji wykonanych na przestrzeni sześciu lat, z dokładnością do 1px. Przedstawiały one dysk Tytana we wszystkich fazach. Używano filtrów UV, niebieskich i zielonych. Nowe zdjęcia wciąż będą wykonywane, lecz już to porównanie pozwoliło na dostrzeżenie nieciągłości w grubości warstwy – 269 dni po równonocy tholinowy opar znajdował się 30 kilometrów wyżej nad równikiem niż nad biegunami. Świadczy to o postępujących zmianach w atmosferze.

Misja sondy Cassini będzie trwała do 2017 roku. Nadal kontynuowane będą pomiary sezonowych zmian w atmosferze Tytana.

Źródło: NASA/JPL

{module [346]}

Ilustracje tarczy Tytana i warstwy oparów w atmosferze, wskazują ich zmniejszanie się wraz z upływem czasu (zbliżaniem się do równonocy). Zdjęcie panelu a) uzyskano 3 maja 2006 roku, panelu b) 2 kwietnia 2010 roku (kilka miesięcy po równonocy w 2009 roku). Panele c) i d) wskazują krawędzie tholinowej warstwy i ich opadanie - z 500 do 380 kilometrów. (Credits: NASA/JPL/SSI)Zdjęcie wykonane przez sondę Voyager 2 (23 sierpnia 1981) przedstawia różnice jasności półkul Tytana. Wyraźnie ciemniejsza półkula północna świadczy o większym zgromadzeniu nad nią tholinowych oparów. (Credits: NASA/JPL)

Share.

Comments are closed.