Idzie sztorm - zagadkowy Tytan

Do zaćmienia pozostało 40 godzin*. Resztki zwiewnej mgły podświetlanej lekką łuną nisko skradającego się Słońca rozmywają rudą bryłę wyspy Mayda**. Powierzchnię Kraken Mare*** rzeźbi coraz więcej nerwowych dreszczy, łamiących lśniącą gładź powierzchni morza. Lodowaty wiatr, coraz śmielej porywający kurtyny grubych kropel, wróży rychłą zmianę. Pierwsze cętki białych chmur pojawiły się nad południowym horyzontem. Na razie można je dostrzec tylko na tle rozedrganego mirażu Saturna, jako słabo kontrastujące duchy szalejącego na południu sztormu. Najwyższy czas znaleźć sobie jakąś osłoniętą, bezpieczną zatoczkę. Temperatura sięgnęła -170*C i wciąż rośnie. W nocy rozpęta się tu polarne piekło.



Fragment opowieści SF? Możliwe, ale bazujący na dzisiejszej prognozie pogody. Prognozie możliwej do przedstawienia dzięki modelowi tytańskiej pogody opracowanej w laboratoriach Caltechu (California Institute of Technology). To ważny krok w badaniach tajemniczego, mroźnego Tytana. Jeszcze kilka miesięcy temu, przy analizach grubej atmosfery polarnego księżyca, naukowcy musieli podpierać się w swoich badaniach modelami opartymi o bardzo egzotyczne zjawiska, takie jak regularne erupcje z kriowulkanu Sotra Facula****

Foto Credit: NASA  (wszystkie materiały w arcie)


Bazowanie na modelach opartych na tak wyjątkowych czynnikach niesie ze sobą ryzyko pracy na błędnych założeniach. Dodatkowe analizy materiałów zebranych przez sondę Cassini przeprowadzone przez naukowców z JPL (Jet Propulsion Laboratory - California Institute of Technology) w pierwszym kwartale zeszłego roku ostudziły nie tylko łowców życia na Tytanie ale i exo-meteorologów. 

Tytan okazał się nie tak aktywny geologicznie jak zakładano. Wszystkie "podejrzane" formacje na powierzchni Tytana, zostały jednoznacznie zidentyfikowane jako uformowane przez siły zewnętrzne - wiatr, deszcz, erozję, spływ ciekłego metanu i kratery po-impaktowe. Oznaczało to kłopoty dla astrobiologów poszukujących życia w podpowierzchniowych wodach geotermalnych i konieczność budowy nowych modeli atmosfery Tytana i cyrkulacji węglowodorów, wyjaśniającego obserwowane zjawiska klimatyczne w sposób prosty i spójny.


Badania Tytana mają już ładnych parę lat historii. Pierwsze konkretne dane naukowcy otrzymali do rąk pod koniec 1979 z sondy Pioneer 11. Skryty pod niezwykle mroźną atmosferą księżyc nie zdradził szczegółów. W rok później ponownie próbowano szczęścia z sondą Voyager 1. Ponownie nieprzeźroczysta atmosfera nie zdradziła tajemnic polarnego księżyca. Kolejnym ważnym krokiem były dopiero materiały zbierane w podczerwieni za pomocą teleskopu Hubble'a blisko 15 lat później. Analizy sugerowały młodą geologicznie skorupę o bogatej strukturze i możliwość występowania cieczy na powierzchni. Tytan stał się bardzo interesującym obiektem dla naukowców. Jednak dopiero lata 2004-2008 uczyniły Tytana światem medialnym. Wspólna misja NASA, EASA i ASI - Cassini-Huygens, dostarczyła dowodów na obecność dużych zbiorników ciekłych węglowodorów w rejonach podbiegunowych księżyca.


Zebrano też wiele danych o zjawiskach pogodowych zachodzących w atmosferze. Próbnik Huygens wystrzelony w kierunku Tytana pod koniec roku 2004 pozwolił pokoleniom nie pamiętającym lądowania na Księżycu choć na moment poczuć dreszcz odwiedzania dziewiczego, nieznanego świata. Mars był już zbyt oswojony w tej roli... no i nie miał mórz. Wisienką na tort okazało się zdjęcie z sondy Cassini wykonane w lipcu 2009 roku (już po formalnym zakończeniu misji), a opublikowane blisko pół roku później*****, ukazujące kosmicznego zajączka puszczanego przez Kraken Mare. Tytan, stał się dla wielu młodych ludzi ikoną obcego świata równie silną co Mars lub Europa. Ikoną nieco problematyczną dla pedagogów i popularyzatorów, bo mimo wielu zjawisk tak bardzo przypominających procesy zachodzące na Ziemi, krępująco skrytą i nieznaną. Na bezpośrednie pytania nastolatków z Teksasu, Geteborga czy Splitu, trzeba było odpowiadać "nie wiemy", lub tłumaczyć zawiłe procesy, co do poprawności których, sami twórcy nie byli do końca przekonani.

Zrozumienie mechanizmów napędzających klimat innej planety nie jest proste. Wydawało by się, że zjawiska takie jak mgła, deszcz, burza czy pustynny huragan z samej swej natury będą takie same na różnych planetach. Tak nie jest. Atmosfera Tytana mimo, że zdaje się zachowywać podobnie do ziemskiej, jest bardzo odległa od tego co dzieje się u nas za oknem. Trzeba uzmysłowić sobie jak bardzo jest odmienna. 


Atmosfera Tytana to mieszanina głównie azotu - blisko 98,4% metanu - ok.1,4% i niewielkich ilości wodoru, osiągająca przy powierzchni blisko 146,7kPa******. Dla klimatu to istotny czynnik. Przy niewielkim ciążeniu na Tytanie (0.14g) oznacza to, że mogli byśmy latać machając prostymi skrzydłami przypiętymi do ramion. Niemożliwe na Ziemi jest możliwe na Tytanie. Mimo niewielkich rozmiarów księżyca (ok. 0,4 promienia Ziemi) świat ten ma masywniejszą atmosferę od naszej (ok. 120% masy ziemskiej atmosfery). Do tego wszystkiego należy dodać ekstremalnie niskie temperatury, oscylujące w okolicach -180*C przy powierzchni*******, oraz fakt, że atmosfera Tytana jest w wielu pasmach nieprzezroczysta, co uniemożliwia w pełni swobodną rejestrację zachodzących przy powierzchni procesów. Opadający lądownik Huygens nie był w stanie ustalić w którym kierunku jest Słońce, mimo że zdołał wykonywać zdjęcia powierzchni księżyca. Biorąc to wszystko pod uwagę, zaczyna być jasne jak skomplikowanym procesem jest budowa modelu klimatycznego Tytana. Modelu obejmującego obserwowaną sezonowość zachodzących na nim zjawisk, smogu cząsteczek organicznych, procesów formujących etanowe chmury, źródła mgieł, oraz sprawnie wyjaśniającego zjawiska na które mamy pośrednie dowody takie jak ciągnące się na setki kilometrów równikowe wydmy z drobinek wodnego lodu, świadczące o występowaniu pływowych wiatrów, lub całą gamę form podobnych do jezior, rzek i mórz ulokowanych w dosyć nieregularnie konkretnych rejonach, świadczących o rozbudowanym mechanizmie opadów i cyrkulacji etanu.

Najnowszy model klimatyczny Tytana po raz pierwszy, wyjaśnia wiele obserwowanych zjawisk w sposób stosunkowo prosty i spójny. Do największych zalet nowego modelu zalicza się wyjaśnienie trzech zaskakujących obserwacji dokonanych w ostatnich latach na Tytanie.

  • Dlaczego metanowe jeziora zgromadziły się wokół biegunów i dlaczego jest więcej jezior na półkuli północnej niż na południu?
  • Dlaczego na suchych obszarach, w niskich szerokości geograficznych, w pobliżu równika Tytana (gdzie wylądował próbnik Huygens w 2005r), zarejestrowano kanały wydrążone przez płynącą ciecz lub deszcz i jak wyjaśnić "tropikalną" burzę szalejącą w tych rejonach, zarejestrowaną 2008 roku********?
  • Dlaczego letnie chmury obserwowane w ciągu ostatniej dekady, skupiały się wokół południowych i środkowych szerokości geograficznych księżyca?


Zespół naukowców zdołał za pomocą nowego modelu klimatycznego zasymulować rozkład chmur zgodny z obserwacjami. Udało się również zasymulować podbiegunowy rozkład węglowodorowych jezior dzięki prawidłowemu rozkładowi energii dostarczanej na powierzchnię przez światło słoneczne. Zespół zdołał "odparować" nadmiar metanu w strefie równikowej i zgromadzić go w mniej nasłonecznionych rejonach podbiegunowych w postaci jezior. Uwzględnienie faktu, że Saturn posiada lekko ekscentryczną orbitę wyjaśniło też większą ilość zbiorników ciekłego metanu na półkuli północnej. Upraszczając, Tytan jest dalej od Słońca, gdy jest lato na półkuli północnej. W rezultacie, na północy lato jest nieco dłuższe niż na południu, a lato na Tytanie oznacza porę deszczową w regionach polarnych. Dłuższa pora deszczowa na północy, nawet jeśli letnie deszcze na półkuli południowej są bardziej intensywne z powodu silniejszego działania promieni słonecznych, oznacza, że więcej metanowego deszczu wypełnia północne jeziora. Do największych zagadek należały jednak ślady spływu cieczy w rejonie w pobliżu równika, gdzie wylądował próbnik Huygens, uważane za "spieczone", suche obszary gdzie całymi latami może nie spaść nawet kropla węglowodorowego deszczu. Luka we wcześniejszych modelach klimatycznych Tytana okazała się jeszcze poważniejsza, kiedy naukowcy zobaczyli na zdjęciach księżyca sporą burzę szalejącą nad podobno bezdeszczowym obszarze. Dopiero najnowszy model klimatyczny był w stanie stworzyć intensywne ulewy podczas wiosennej i jesiennej równonocy dostarczające na powierzchnię wystarczającą ilość ciekłych węglowodorów by wyżłobić formacje obserwowane przez Huygensa. Cytując jednego z naukowców pracujących nad modelem klimatycznym: "Deszcz pada bardzo rzadko w niskich szerokościach geograficznych (Tytana),ale kiedy już pada, to leje".


Nowy model różni się od poprzednich tym, że jest trójwymiarową symulacją atmosfery obejmującą 135 tytańskich lat, co odpowiada 3000 lat na Ziemi. Dzięki temu jest to symulacja wyjątkowo stabilna. Nowy model klimatyczny uwzględnia również pełną cyrkulację węglowodorów pomiędzy atmosferą księżyca, a zbiornikami metanu na powierzchni. Naukowcom udało się odtworzyć na komputerach nie tylko to co zaobserwowano na Tytanie. Po raz pierwszy stoimy przed możliwością stawiania prognozy klimatycznej na najbliższe lata. Jedna z postawionych prognoz opracowanych w Caltech przewiduje podniesienie się poziomu metanowych jezior na północnej półkuli w ciągu najbliższych 15 lat. "Krótkoterminowa" prognoza opisuje zwiększone zachmurzenie nad biegunem północnym w ciągu najbliższych dwóch lat. Nie pozostaje nam nic innego, jak sprawdzić poprawność opracowań. Oby były trafniejsze niż to co serwuje nam co wieczór pogodynka.

* Okres orbitalny Tytana trwa 15,945 dni i jest identyczny jak jego okres obrotowy. Rotacja Tytana jest synchronizowana z rotacją wokół Saturna - zawsze pokazuje jedną twarz władcy pierścieni. Można dzięki temu wyznaczyć na jego powierzchni punkt z którego Saturn wydaje się wisieć idealnie w zenicie. Szerokości geograficzne na Tytanie są mierzone na zachód od tego punktu. Oznacza to również regularne zaćmienia.

** Mayda Insula - 79.1N; 312.2W - Duża wyspa w północnej części Kraken Mare.

*** Kraken Mare - 68.0N; 310.0W (geograficzny środek) - Zbiornik mieszaniny ciekłego metanu i etanu. Rozmiarami nieco przewyższający Morze Kaspijskie. (pow. ok. 400K km2)

**** http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sotra_Facula.jpg - formacja do niedawna uważana za kriowulkan. Tworzy grupę wzniesień na powierzchni o długości około 65 km w najszerszym miejscu. Posiada kilka szczytów, gdzie dwa największe osiągają wysokość względną około 1000m. i 1500m. Wierzchołki otaczają głęboką dolinę/centralne zagłębienie o głębokości szacowanej na 1500m. jeszcze niedawno uważane za krater wulkaniczny. Na części zdjęć dopatrywano się na zboczach formacji, będących śladami spływów cieczy, o szacowanej grubości nawet do 100m.

***** http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA12481

****** Ponieważ metan skrapla się w atmosferze Tytana na dużych wysokościach, skład gazowy powietrza ulega zmianie wraz z zagłębianiem się w kierunku powierzchni księżyca. Poniżej tropopauzy, na wysokości 32 km, stężenie metanu osiąga prawie 5%, a nad samą powierzchnią, poniżej 8 km, w składzie atmosfery pojawiają się śladowe ilości innych węglowodorów takich jak etan, dwuacetylen, metyloacetylen, acetylen, propan, cyjanowodór, dwutlenek węgla, tlenek węgla, cyjan, argon i hel. W najwyższych warstwach pojawiają się bardziej skomplikowane, organiczne związki węglowodorowe, powstające z rozpadu metanu pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ze Słońca. To aerozol z tego typu cząsteczek jest odpowiedzialny za specyficzny odcień Tytana, tworząc gruby, pomarańczowy smog.

******* Szczegółowe dane o temperaturach panujących na Tytanie dostarczył naukowcom dopiero próbnik Huygens Europejskiej Agencji Kosmicznej. Odnotowana temperatura przy powierzchni globu wynosiła -179*C. W tej temperaturze lód wodny nie może sublimować lub odparować. Oznacza to, że atmosfera jest prawie wolna od pary wodnej. Mgła w atmosferze Tytana działa na jego niekorzyść. Odbija światło słoneczne z powrotem w przestrzeń tworząc efekt anty-cieplarniany. Biorąc pod uwagę fakt, że Tytan otrzymuje tylko około 1% energii jaką otrzymuje Ziemia od Słońca, w połączeniu ze wspomnianymi właściwościami wszechobecnej, pomarańczowej mgły księżyc ten powinien być zmrożoną na kość śnieżką. Z pomocą przychodzą mu metanowe i etanowe chmury oraz rozproszone związki organiczne w niższych partiach atmosfery, wywołujące zwykły już efekt cieplarniany.

******** Tytan, generalnie wygląda raczej nijakio, bez śladu chmur przez długie okresy. Oznacza to, że naukowcy próbujący rozumieć meteorologiczny cykl Tytana, mają kłopot. Nikt nie chce tracić czasu dużych teleskopów czekając na coś co się nie zdarza. Jednak jeżeli coś zdarza się bardzo rzadko, nie oznacza to, że czasami patrząc w odpowiednie miejsce i w odpowiednim czasie, nie można złapać ekscytującego zjawiska niejako na gorącym uczynku. Udało się to studentce Emily Schaller w kwietniu 2008 roku, gdy duży system chmur pojawił się niespodziewanie w pozornie suchych, średnich szerokościach geograficznych, a następnie powędrował na południowy wschód wywołując chmurę-potwora i tropikalny sztorm na Tytanie. Sztorm wykryto z Gemini Observatory of Titan - AURA / Lowell Obserwatory.

Warto wiedzieć:

Czy istnieje życie na Tytanie, największym księżycu Saturna, ciągle pozostaje pytaniem otwartym. Pomimo braku wody na powierzchni ze względu na ekstremalnie niskie temperatury, nie jest wykluczone istnienie życia podobnego do prymitywnych organizmów ziemskich w ciekłych oceanach wodno-amoniakowych skrywanych głęboko pod powierzchnią księżyca. W świecie naukowym, ciągle dyskutowanym tematem jest również Tytanowe życie oparte na "metanowej" biologii.

Atmosfera Tytana jest gęsta i aktywna chemicznie. Wykryto w niej duże ilości różnorodnych i skomplikowanych związków organicznych. Skład atmosfery Tytana przypomina mieszaninę tego co gotowało się na młodej ziemi z wyjątkiem braku pary wodnej i znacznie niższych temperatur. Mimo tych różnic, powstało wiele hipotez opisujących potencjalną ewolucję biologiczną na Tytanie. W październiku 2010, Sarah Horst z University of Arizona stwierdziła, że pomimo braku wody udało jej się osiągnąć pięć nukleotydów - budulec DNA i RNA, oraz wiele aminokwasów - składników białek, wśród związków możliwych do wyprodukowania w naturalny sposób z mieszaniny gazów, odpowiadających atmosferze Tytana.

Atmosfera Tytana zawiera także niewielkie ilości wodoru. W czerwcu 2010 roku, naukowcy analizujący dane z sondy Cassini-Huygens dopatrzyli się anomalii w składzie powietrza w przypowierzchniowych warstwach atmosfery. Wodór gdzieś tajemniczo znika na Tytanie. Może to potencjalnie oznaczać, że w metanowych jeziorach i rzekach księżyca żyją organizmy używające do pozyskania energii nie tlenu, a wodoru reagującego z również obecnym w atmosferze z acetylenem. Możliwa biochemia takich organizmów dosyć dobrze wpisywała by się w pozostałe składowe atmosfery Tytana, ponieważ jej efektem była by produkcja metanu zamiast dwutlenku węgla. (należy wspomnieć, że znane są bakterie ziemskie pozyskujące energię z reakcji wodoru z dwutlenkiem węgla i wydalające metan i wodę).

Bazując na:
http://www.caltech.edu/content/news
http://www.caltech.edu/article/13282
http://en.wikipedia.org/wiki/Titan_(moon)
http://en.wikipedia.org/wiki/Sotra_Facula
http://en.wikipedia.org/wiki/Lakes_of_Titan
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_geological_features_on_Titan
http://en.wikipedia.org/wiki/Kraken_Mare
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA12481
http://pl.wikipedia.org/wiki/Metanogeny
http://www.space.com/8547-strange-discovery-titan-leads-speculation-alien-life.html
http://planetarynames.wr.usgs.gov
http://saturn.jpl.nasa.gov/mission/introduction/
http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Cassini-Huygens/The_mission
http://solarsystem.nasa.gov/index.cfm

Opublikowany - IX.2012

Pliki cookie ułatwiają świadczenie naszych usług. Korzystając z naszych usług, zgadzasz się, że używamy plików cookie.
Ok