Titán tavak: folyékony metán és etán a Szaturnusz holdján
Fedezd fel Titán titokzatos tavait: folyékony metán és etán, Cassini felfedezései, sarki tavak és felszíni folyamatok a Szaturnusz holdján.
A Szaturnusz egyik holdjának, a Titánnak a tavai elsősorban folyékony metánból és etánból állnak. A tavak létezésére vonatkozó hipotéziseket már a Voyager 1 és Voyager 2 adatai felvetették: ezek alapján a Titán vastag légköre képes lehetett felszíni folyadékok fenntartására. Az első erősebb bizonyítékokat az 1995-ös Hubble-teleszkóp és más földi teleszkópok adatai szolgáltatták, amelyek a felszíni folyadék jelenlétét valószínűsítették. A közvetlen, részletes megfigyeléseket azonban a Cassini-Huygens küldetés hozta el.
Felfedezés és bizonyítékok
A Cassini 2004-es érkezésekor a kutatók remélték, hogy a felszínről visszaverődő napfényben szénhidrogén-tavakat vagy óceánokat látnak, de kezdetben nem találtak visszaverődést. Ennek ellenére a műholdradaros és infravörös mérések hamarosan egyértelműbb képet adtak: 2006–2007 során a radarképek és a spektrális vizsgálatok több, a felszínen sima, folyadékot tartalmazó területet azonosítottak a pólusok környékén. 2007 januárjában a csapat bejelentette, hogy "végleges bizonyíték van arra, hogy a Szaturnusz Titán nevű holdján metánnal teli tavak vannak".
A tavak jellemzői
A Titánon talált nagyobb, összefüggő szénhidrogén-tavakat gyakran maria (tengerek) néven, a kisebbeket lacūs (tavak) néven említik. A legnagyobb, az északi pólus közelében található tenger a Kraken Mare, mellettük ismertek a Ligeia és a Punga nevű kiterjedt víztestek; a déli féltekén pedig a viszonylag kis Ontario Lacus az egyik legismertebb. A Cassini műszerei olyan hatalmas, folyékony szénhidrogéneket tartalmazó területeket azonosítottak, melyek kiterjedése több tízezer—százezer négyzetkilométer lehet.
A tavak összetétele főként etán és metán, de nyomokban más szénhidrogéneket és oldott anyagokat is tartalmaznak. Mérések szerint a tavak mélysége területtől függően több tíz és több száz méter közötti tartományban lehet, azaz nem csupán sekély pocsolyákról van szó. A teljes tavi felszín a Titán felszínének globális arányában kicsi: a tavak a felszín 0,002–0,02%-át borítják, ugyanakkor a sarkvidéki területek egy jelentős hányadát elfoglalják.
Huygens leszállása és a felszín
A Cassini-Huygens küldetés egyik fontos pillanata volt a Huygens leszállása 2005. január 14-én. A leszállóegység a Titán egy középső latitúdójú lakott területére érkezett, ahol a felvételek nem mutattak nyílt folyadékos tavat, hanem inkább kiszáradt folyók, hordalékos síkságok és kavicsos területek voltak láthatók. A leszállás során egy penetrométer is vizsgálta a felszínt: a mérések azt sugallták, hogy a felszín egyes helyeken nedves, agyagszerű anyagot tartalmazhat, ugyanakkor a leszállási hely főként szilárd, folyadékmentes volt. A kavicsok részben lekerekítettek voltak, ami arra utal, hogy a múltban folyékony anyagok formálták őket.
Mit tanultunk a Cassini későbbi méréseiből?
A Cassini 2007–2017 közötti mérései során a radar-, látható és infravörös mérések egymást kiegészítve erős bizonyítékot szolgáltattak a felszíni folyadékok jelenlétére. A radarképek sima, nagy kontrasztú területeket mutattak az északi póluson, több nagy kiterjedésű tónak vagy tengernek megfelelő struktúrával. 2008-ban a Cassini látható és infravörös térképező spektrométere egyértelműen megerősítette a folyékony etán jelenlétét egy déli tóban (Ontario Lacus).
Idővel a megfigyelések a tavak időbeli változásait is feltárták: partvonalak elmozdulása, periódikus töltődés és kiszáradás, valamit felhőképződés és hullócsapadékok kapcsolata látszott. Egyes elemzések arra utaltak, hogy a Titán felszínén lévő folyadékok a felszíni és légköri körforgás (a metán-hidrológiai ciklus) révén mozognak: párolgás, felhőképződés, eső és lefolyás formájában, hasonlóan a Földön ismert vízciklushoz, de szénhidrogénekből állva.
Fizikai jelenségek és nyitott kérdések
- A tavak felszínén a hullámok és a szél hatása kezdetben nem volt egyértelműen észlelhető: az erősen alacsony hőmérséklet és az atmoszféra sűrűsége miatt a felszíni szélviszonyok nagyon gyengék, így a hullámok is jellemzően kicsik; a Cassini viszont később részleges jelét adta olyan felszíni jelenségeknek, amelyek hullámszerű folyamatokra utalhatnak.
- A tavak anyagának pontos kémiai összetétele és oldott komponensei fontosak: a felszíni szénhidrogének és a légkör kémiai kölcsönhatásai prebiotikus szerves vegyületek képződéséhez vezethetnek, bár a körülmények nagyon hidegek és eltérnek a földi habitátumtól.
- Létezhetnek felszín alatti, folyékony szénhidrogén-rendszerek (alkanoferek), és a hold belsejében egy víz–ammónia keverékből álló, globális vagy helyi óceán lehet — ez további fontos kérdés a belső geofizikai modellezéshez és az esetleges kémiai kicserélődések megértéséhez.
Jelentőség
A Titán annak a kevés égitestnek az egyike, amelynek felszínén stabilan jelenlévő folyadékok találhatók: ez teszi különösen értékessé az időjárástudomány, a bolygófejlődés és az asztrobiológia szempontjából. A hold szénhidrogén-alapú ciklusa segíthet megérteni, hogy hogyan működhetnek hidrológia-szerű rendszerek más hőmérsékleti és kémiai viszonyok között, és milyen kémiai utakon jöhetnek létre összetett organikus molekulák.
A Titán felhőzetére és tavainak szezonális viselkedésére vonatkozó előrejelzések szerint egy szaturnuszi év (kb. 29,5 földi év) során a csapadék és a folyadékok eloszlása az egyenlítőtől a pólusok felé vándorolhat, a szezonalitás hatására. A Cassini által gyűjtött adatok és a Huygens leszállóegység mérései együtt rendkívül gazdag képet adtak, de több részlet — például a tavak pontos, hosszú távú tömeg- és anyagforgalma, illetve a partvonalak és mélységek finom változásai — még mindig kutatás tárgyát képezik.
A Huygens leszállásának idején készült felvétel a Titánról, amelyen dombok, folyók és tengerpartok láthatók.
A Ligeia Mare és a Lake Superior mérete.
Folyékony etánból, metánból és nitrogénből álló tavak. Kék és barna színűek. Fényképek A Kraken Mare, a balra lent látható nagy tó kétszer akkora, mint az itt látható.
A titánok tavainak és tengereinek neve
A titániai maria (nagy szénhidrogéntengerek) a földi tengeri szörnyekről kapták a nevüket.
| Név | Szélesség | Hosszúság | Átmérő (km) | A név forrása |
| 68.0N | 310.0W | 1,170.0 | A Kraken, norvég tengeri szörny. | |
| Ligeia Mare | 79.0N | 248.0W | 500.0 | Ligeia, az egyik szirén, görög szörnyeteg |
A Lacus nevű területek feltehetően metántavak. Nevüket a földi tavakról kapták.
| Név | Szélesség | Hosszúság | Átmérő (km) | A név forrása |
| Abaya Lacus | 73.17N | 45.55W | 65.0 | Abaya-tó, Etiópia |
| Bolsena Lacus | 75.75N | 10.28W | 101.0 | Bolsena-tó, Olaszország |
| Feia Lacus | 73.7N | 64.41W | 47.0 | Feia-tó, Brazília |
| Koitere Lacus | 79.4N | 36.14W | 68.0 | Koitere, Finnország |
| Mackay Lacus | 78.32N | 97.53W | 180.0 | Mackay-tó, Ausztrália |
| Mývatn Lacus | 78.19N | 135.28W | 55.0 | Mývatn, Izland |
| Neagh Lacus | 81.11N | 32.16W | 98.0 | Lough Neagh, Észak-Írország |
| Oneida Lacus | 76.14N | 131.83W | 51.0 | Oneida Lake, USA |
| Ontario Lacus | 72.0S | 183.0W | 235.0 | Ontario-tó, Kanada és az Egyesült Államok határán. |
| Sotonera Lacus | 76.75N | 17.49W | 63.0 | Sotonera-tó, Spanyolország |
| Veréb Lacus | 84.3N | 64.7W | 81.4 | Sparrow Lake, Kanada |
| Waikare Lacus | 81.6N | 126.0W | 52.5 | Waikare-tó, Új-Zéland |
Metántavak a Titánon: Cassini radarkép, 2006
Kapcsolódó oldalak
- Naprendszer
Kérdések és válaszok
K: Mi a Cassini-Huygens űrszonda?
V: A Cassini-Huygens űrszonda a NASA, az Európai Űrügynökség (ESA) és az Olasz Űrügynökség (ASI) közös missziója, amelyet 1997-ben indítottak a Szaturnusz és holdjainak tanulmányozására. Ennek köszönhető a folyékony metántavak felfedezése a Titánon, a Szaturnusz egyik holdján.
K. Hogyan nevezik a Titánon található nagyobb tavakat?
V: A Titán nagyobb tavai maria, azaz tengerek néven ismertek.
K: Hogyan jutottak a tudósok először arra a következtetésre, hogy a Titánon folyékony metánból álló tengerek vannak?
V: A tudósok először a Voyager 1 és Voyager 2 adataiból következtettek arra, hogy a Titánon folyékony metánból álló tengerek vannak, miután elolvasták a Voyager 1 és Voyager 2 adatait, amelyek azt mutatták, hogy a Titánnak vastag légköre van, amely képes tavak fenntartására. Végleges bizonyítékot azonban csak 1995-ben találtak, amikor a Hubble-hez hasonló teleszkópok által készített felvételek megmutatták, hogy a Földhöz hasonló tavakban vagy bolygóméretű óceánokban folyékony metán lehetett jelen.
K: Mikor bizonyította a Cassini-program, hogy a Titánon folyékony tavak vannak?
V: A Cassini-misszió 2007 januárjában bebizonyította, hogy a Titánnak folyékony tavai vannak, amikor elrepült mellette, és radarképeket készített a déli pólusáról, amelyeken egy nagy, Ontario Lacus nevű sötét területet - valószínűleg esőfelhők területét - és egy lehetséges partvonalat mutattak.
K: Milyen vegyi anyagokat találtak a Titán sarki tavaiban?
V: A Cassini-Huygens űrszonda által készített infravörös felvételeket tanulmányozó tudósok megállapították, hogy a Titán egy vagy több nagy sarki tavában szénhidrogének, például etán és metán található.
K: Mennyi víz borítja a Titán felszínét?
V: A Cassini-Huygens űrszonda 2007. decemberi elrepülése során gyűjtött adatok szerint a Titán felszínének 0,002-0,02%-át borítja víz.
K: A Huygens-Cassinis leszállóhelyéről gyűjtött adatok alapján a tudósok szerint hol található a Titán közepe közelében?
V: A tudósok úgy vélik, hogy a Titán központja közelében nedves agyag lehet, mert a Huygens-Cassinis leszállóhelyről gyűjtött adatok nem mutattak nyílt folyékony területeket, de kiszáradt folyókat és egy nagy, vízjégből álló sziklákkal borított sík területet igen, ami arra utal, hogy ezen a helyen valaha folyadékok voltak.
Keres