Na księżycu Saturna, Tytanie, znajdują się znikające „magiczne wyspy”. Mogą być skupiskami materiału organicznego

Sonda Cassini wyśledziła znikające „magiczne wyspy” na morzu o nazwie Ligeia Mare na Tytanie, księżycu Saturna. Fot. NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell.

Początkowo sądzono, że te efemeryczne obiekty składają się z pęcherzyków gazu, ale obecnie astronomowie uważają, że mogą to być lodowce przypominające plastry miodu, wykonane z materiału organicznego, który spada na powierzchnię księżyca.

Naukowcy uważają Tytana za jeden z najbardziej fascynujących księżyców w naszym Układzie Słonecznym, ponieważ wykazuje on pewne podobieństwa do Ziemi. Pod wieloma względami przedstawia on jednak również zaskakujący, obcy krajobraz.

Tytan, większy zarówno od naszego księżyca, jak i planety Merkury, jest jedynym księżycem w naszym Układzie Słonecznym z gęstą atmosferą. Atmosfera składa się głównie z azotu z niewielką domieszką metanu, który nadaje Tytanowi rozmyty pomarańczowy wygląd. Według NASA ciśnienie atmosferyczne na Tytanie jest o około 60% wyższe niż na Ziemi, więc wywiera takie ciśnienie, jakie ludzie odczuwają pływając około 15 metrów pod powierzchnią oceanu.

Tytan to także jedyne poza Ziemią środowisko w naszym Układzie Słonecznym, które posiada na powierzchni ciała płynne, choć w tym przypadku rzeki, jeziora i morza składają się z ciekłego etanu i metanu. Związki te tworzą chmury i wywołują zjawisko deszczu składającego się z gazu w ciekłej formie.

Wyspy rozpływające się w powietrzu

Orbiter misji Cassini, na którym znajdowała się sonda Huygens, która wylądowała na Tytanie w 2005 r., przeprowadził ponad 100 przelotów obok Tytana w latach 2004– 2017, ujawniając większość tego, co naukowcy wiedzą dzisiaj o tym Księżycu.

Do najbardziej zagadkowych aspektów Tytana należą jego magiczne wyspy, obserwowane przez naukowców jako poruszające się jasne plamy na powierzchni morza księżyca, które mogą utrzymywać się przez kilka godzin, do nawet kilku/kilkunastu tygodni. Obrazy radarowe wykonane przez sondę Cassini uchwyciły niewyjaśnione jasne obszary w Ligeia Mare, drugim co do wielkości ciele płynnym na powierzchni Tytana. Morze jest o 50% większe od jeziora Superior i składa się z ciekłych gazów, metanu, etanu i azotu.

Astronomowie sądzili, że obszary te mogą być zbitymi bąbelkami azotu, prawdziwymi wyspami zbudowanymi z pływających ciał stałych lub falami (chociaż te osiągają jedynie kilka milimetrów wysokości).

Planetolog Xinting Yu, adiunkt na Uniwersytecie Teksasu w San Antonio, skupił się na analizie powiązań między atmosferą Tytana, ciałami płynnymi i materiałami stałymi opadającymi jak śnieg, by sprawdzić, czy mogą być one powiązane z tymi magicznymi wyspami.

„Chciałem zbadać, czy magiczne wyspy mogą w rzeczywistości składać się z substancji organicznych unoszących się na powierzchni, jak pumeks. Na Ziemi materiał ten może unosić się przez pewien czas na wodzie, ale ostatecznie tonie”. – mówi Yu, główny autor badania opublikowanego 4 stycznia w czasopiśmie Geophysical Research Letters.

Naukowcy chcą dowiedzieć się jak najwięcej o Tytanie przed wysłaniem dedykowanej misji na Księżyc. Oczekuje się, że misja Dragonfly, kierowana przez Johns Hopkins Applied Physics Laboratory we współpracy z NASA, wystartuje w 2028 r. i dotrze do Tytana w latach 30. XXI wieku.

Analiza niezwykłego świata

W górnych warstwach atmosfery Tytana występuje różnorodna gama cząsteczek organicznych, w tym nitryle, węglowodory i benzen. Temperatura powierzchni jest bardzo niska i wynosi minus 179 stopni Celsjusza. Sprawia ona, że rzeki i jeziora są tam rzeźbione przez ciekły metan – w taki sam sposób, w jaki skały i lawa pomogły w utworzeniu struktur i kanałów na Ziemi.

Cząsteczki organiczne w atmosferze Tytana łączą się w grudki, zanim zamarzną i spadną na powierzchnię Księżyca. Dostrzeżono tam równiny i ciemne wydmy materii organicznej, a naukowcy uważają, że struktury te powstały w dużej mierze przez „śnieg” Tytana.

Ale co się stanie, gdy śnieg węglowodorowy spadnie na niesamowicie gładkie powierzchnie jezior i rzek ciekłego gazu na Tytanie? Yu i jej współpracownicy zbadali różne scenariusze, które mogą wystąpić.

Zespół Yu ustalił, że stały materiał organiczny opadający z górnych warstw atmosfery nie rozpuści się, gdy wyląduje na płynnych ciałach Tytana, ponieważ są one już nasycone cząsteczkami organicznymi.

„Abyśmy mogli zobaczyć magiczne wyspy, nie mogą one po prostu unosić się na wodzie przez sekundę, a potem zatonąć” – powiedział Yu. „Muszą pływać na powierzchni przez jakiś czas, ale też nie powstają na zawsze”.

Jednak ciekły etan i metan mają niskie napięcie powierzchniowe, co oznacza, że ciała stałe trudniej się na nich unoszą.

Zespół Yu przeprowadził symulację różnych modeli i ustalił, że zamrożony materiał stały nie będzie pływał, jeśli nie będzie porowaty, jak plaster miodu lub ser szwajcarski. Małe cząsteczki prawdopodobnie nie unosiłyby się same, chyba że byłyby wystarczająco duże.

Analiza zespołu doprowadziła do scenariusza, w którym zamarznięte ciała stałe węglowodorów zbijają się w pobliżu brzegu, następnie odrywają się i unoszą po powierzchni niczym lodowce na Ziemi. Ciekły metan powoli przenika do zamarzniętych brył, ostatecznie powodując ich zniknięcie z pola widzenia.

Ponadto zdaniem naukowców możliwość istnienia cienkiej warstwy zamarzniętych ciał stałych na morzach i jeziorach Tytana może wyjaśniać, dlaczego ciała płynne Księżyca są tak gładkie.

Zbliżymy się do Tytana

Oczekuje się, że w nadchodzącej dekadzie Dragonfly będzie głównie badał równiny materiału organicznego w obszarze równikowym Tytana, a nie jego ciała płynne.

Lądownik wiropłatu pobierze próbki materiałów z powierzchni Tytana, zbada możliwości zamieszkania w jego unikalnym środowisku i określi, jakie procesy chemiczne zachodzą na Księżycu.

Na Tytanie znajdują się także organiczne substancje chemiczne niezbędne do życia na Ziemi, takie jak azot, tlen i inne cząsteczki oparte na węglu. Pod grubą skorupą Tytana, zbudowaną z lodu, znajduje się także wewnętrzny ocean słonej wody, co ma miejsce także w przypadku innych intrygujących księżyców świata oceanicznego krążących wokół Saturna, takich jak Enceladus czy naturalnego satelity Jowisza, Europy, które są uważane za jedne z najlepszych miejsc do poszukiwania życia poza Ziemią.

Według NASA Tytan wydaje się niegościnny, ale możliwe jest, że panujące tam warunki będą sprzyjać życiu opartemu na różnych substancjach chemicznych i formach w sposób wykraczający poza nasze obecne zrozumienie.