Tytan (księżyc)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Tytan
Zdjęcie Tytana wykonane przez sondę Cassini, w naturalnych barwach.
Zdjęcie Tytana wykonane przez sondę Cassini, w naturalnych barwach.
Planeta Saturn
Odkrył Christiaan Huygens
Data odkrycia 25 marca 1655
Charakterystyka orbity
Półoś wielka 1 221 865[1] km
Mimośród 0,0288[1]
Okres obiegu 15,945[1] d
Nachylenie do płaszczyzny Laplace’a 0,306[1]°
Długość węzła wstępującego 28,060[1]°
Argument perycentrum 180,532[1]°
Anomalia średnia 163,310[1]°
Własności fizyczne
Średnica równikowa 5150 km
Powierzchnia 8,3 ×107 km2
Masa 1,345 ×1023 kg
Średnia gęstość 1,88 g/cm3
Przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni 1,35 m/s2
Prędkość ucieczki 2,639 km/s
Okres obrotu wokół własnej osi synchroniczny z okresem obiegu
Albedo 0,22
Jasność obserwowana
(z Ziemi)
8,28[2]m
Temperatura powierzchni 93,7 K
Ciśnienie atmosferyczne 146,7 k Pa
Skład atmosfery 98,4% azot
1,6% metan

Tytan (Saturn VI) – największy księżyc Saturna, jedyny księżyc w Układzie Słonecznym posiadający gęstą atmosferę, w której zachodzą skomplikowane zjawiska atmosferyczne. Jest to również jedyne ciało poza Ziemią, na powierzchni którego odkryto powierzchniowe zbiorniki cieczy – jeziora. Nie wypełnia ich jednak woda, ale ciekły metan, który na Ziemi występuje w postaci palnego gazu.

Nazwa[edytuj]

Ziemia (po prawej), Księżyc (u góry po lewej) i Tytan (na dole po lewej) w identycznej skali

Tytan został odkryty w 1655 roku przez Christiaana Huygensa, jako pierwszy spośród naturalnych satelitów Saturna. Nazwa księżyca pochodzi od tytanów z mitologii greckiej, którzy byli synami i córkami Uranosa (Nieba) i Gai (Ziemi).

Właściwości fizyczne[edytuj]

Tytan jest większy od najmniejszej planety w Układzie SłonecznymMerkurego. Jest zarazem drugim pod względem wielkości księżycem w naszym Układzie. Aż do przybycia sondy Voyager 1 w 1980 do układu Saturna uważano, że jest nawet większy od Ganimedesa, jednak kiedy została odkryta atmosfera Tytana, okazało się, że ma on nieznacznie mniejszą średnicę.

Atmosfera[edytuj]

Górne warstwy atmosfery Tytana w naturalnych kolorach

Niektóre księżyce w Układzie Słonecznym, np. księżyce galileuszowe, posiadają nikłą otoczkę gazową. Jednak jedynie Tytan posiada gęstą atmosferę, gęstszą nawet od atmosfery ziemskiej. Ma ona pomarańczowy kolor i jest nieprzejrzysta w szerokim zakresie fal elektromagnetycznych (w tym w zakresie widzialnym). Jej istnienie jako pierwszy zasugerował w 1907 roku Josep Comas Solá, a potwierdził w 1944 roku Gerard Kuiper.

Atmosfera składa się głównie z azotu z domieszką argonu, metanu i innych związków organicznych, takich jak etan i acetylen, które powstają w górnych warstwach atmosfery w wyniku oddziaływania na metan promieniowania ultrafioletowego pochodzącego ze Słońca. Związki chemiczne w atmosferze Tytana przepuszczają jedynie około 10% promieni słonecznych, przy czym atmosfera jest niemal całkowicie przepuszczalna dla średniej (termalnej) podczerwieni, co prowadzi do obniżenia temperatury powierzchni; efekt ten jest jednak kompensowany z nawiązką przez efekt cieplarniany, związany z wysoką zawartością metanu. Ciśnienie przy powierzchni wynosi 1,5 bara, czyli jest o 50% większe niż na Ziemi. Podczas lądowania próbnika Huygens zmierzono także prędkość wiatru, która wynosiła 60 km/h. Badania atmosfery tego ciała niebieskiego są szczególnie interesujące ze względu na jej podobieństwo do atmosfery, jaką posiadała Ziemia około czterech miliardów lat temu. Grubość atmosfery Tytana szacuje się na od 200 do 880 km. Tytan nie posiada własnego pola magnetycznego, a magnetosfera Saturna chroni go przed wiatrem słonecznym tylko częściowo.

Pomimo małej przepuszczalności promieni Słońca przez grubą atmosferę, na powierzchni Tytana panuje wyraźny cykl dobowy. W ciągu dnia Słońce nagrzewa powierzchnię księżyca, co ma znaczący wpływ na jego atmosferę. Sama atmosfera Tytana pod względem układu przypomina atmosferę Ziemi, podzielona jest na kilka wyraźnie oddzielonych warstw. Najniższa część atmosfery podzielona jest na dwie warstwy graniczne. Grubość niższej z nich zmienia się w cyklu dziennym, co powodowane jest podgrzewaniem się powierzchni Tytana od promieni Słońca. Grubość wyższej warstwy granicznej zmienia w dłuższym cyklu i kontroluje ona klimat panujący na Tytanie[3].

Budowa wewnętrzna[edytuj]

Przypuszczalna budowa wewnętrzna Tytana

Tytan zalicza się do księżyców lodowych, jako że zbudowany jest w dużej mierze z lodu wodnego. Pod kilkukilometrowej grubości lodową skorupą prawdopodobnie znajduje się warstwa ciekłej wody, przypominająca podpowierzchniowe oceany na Europie i Ganimedesie. Jeszcze głębiej znajduje się warstwa wysokociśnieniowego lodu VI i jądro złożone ze skał z dużą zawartością wody, którego średnicę szacuje się na około 2000 km[4].

Powierzchnia[edytuj]

Mapa powierzchni Tytana, stan wiedzy z czerwca 2015 roku
PIA19657-SaturnMoon-Titan-NorthPole-20140407.jpg
PIA19657-SaturnMoon-Titan-SouthPole-20140407.jpg
Mapy obszarów podbiegunowych Tytana, stan wiedzy z kwietnia 2014 roku

Obserwacje powierzchni Tytana są bardzo utrudnione z powodu gęstej i nieprzezroczystej atmosfery. Dzięki misji sondy Cassini udało się uzyskać wiele istotnych danych, a także wykonać pierwsze zdjęcia powierzchni księżyca. Do najciekawszych zaobserwowanych tam struktur należą:

  • Jeziora ciekłego metanu w obszarach podbiegunowych. Ich obecność podejrzewano od dawna. Naukowcy mieli nadzieję, że lądownik Huygens wyląduje w jednym ze zbiorników, co jednak nie nastąpiło. Niemniej jednak na wielu zdjęciach wykonanych podczas lądowania widać struktury, które najprawdopodobniej są jeziorami płynnych węglowodorów. Te ciemne obszary mogą jednak być także pozostałościami po takich zbiornikach, które w niedawnej przeszłości wyparowały. Aby potwierdzić którąś z teorii, potrzebne są obserwacje długoterminowe, gdyż opady atmosferyczne występują sezonowo, a pory roku na Tytanie trwają latami.
  • Na zdjęciach ukazujących ciemne obszary widać także ciemne kanały, przecinające obszary o jasnej barwie. Są to najprawdopodobniej węglowodorowe rzeki i strumienie. Sugeruje to ich kształt, rozgałęzienia tworzące sieć dopływów i ujścia wychodzące w kierunku ciemnych obszarów, o charakterze delty rzecznej. Niektóre z takich kanałów mają 100 kilometrów długości.
Mapa północnego bieguna Tytana w fałszywych kolorach, ukazująca zbiorniki ciekłych węglowodorów
  • W okolicach biegunów Tytana zaobserwowano duże, ciemne formacje, również będące jeziorami węglowodorów. Największe z nich, Kraken Mare, jest wielkości Morza Kaspijskiego i w skali księżyca jest prawdziwym morzem. Na zdjęciu widać również wyspy, w tym łańcuch wysp będący wyraźnym przedłużeniem grzbietu wzgórz, widocznych na brzegu. Nie zostało jeszcze sfotografowane w całości.
Tortola Facula, początkowo interpretowana jako wulkan lodowy na Tytanie, obecnie uznawana za wzniesienie otoczone przez ciemne wydmy[5]
  • Na kilku zdjęciach zaobserwowano twory, które kształtem przypominają wulkany na Ziemi czy na innych ciałach Układu Słonecznego. Mogą to być kriowulkany wyrzucające z siebie mieszaninę lodu wodnego i metanu. By potwierdzić ich istnienie, kluczowe jest odnalezienie źródła energii, która podgrzewa wnętrze Tytana. Być może są nim siły pływowe wywoływane przyciąganiem Saturna. Potwierdzeniem aktywności wulkanicznej jest także odnalezienie argonu w atmosferze.
  • Na powierzchni występują także kratery uderzeniowe, ich liczba nie jest jednak duża. To sugeruje, że powierzchnia jest geologicznie młoda, więc istnieją procesy erozji, które ją odmładzają.
  • W okolicach równika sonda Cassini zaobserwowała ciągnące się przez setki kilometrów wydmy. Ich wysokość dochodzi do 100 m. Wydmy zostały ukształtowane przez zmienne, łagodne wiatry. Podczas gdy wiatry na Ziemi wynikają z nierównomiernego ogrzewania powierzchni przez Słońce, to te usypujące wydmy na Tytanie mają raczej charakter pływów w atmosferze, wywołanych przyciąganiem Saturna. Nie są one uformowane z piasku, ale z drobin wodnego lodu lub związków organicznych.

Klimat[edytuj]

Atmosferyczny Wir polarny na południowym biegunem Tytana

Temperatura powierzchni Tytana wynosi ok. −179.2 °C. W tej temperaturze, wodny lód paruje przy bardzo niskim ciśnieniu, przez co w stratosferze znajdują się śladowe ilości pary wodnej.[6] Do Tytana dociera 1% światła słonecznego, które otrzymuje Ziemia.[7] Ponadto, 90% światła zostaje zaabsorbowane przez gęstą atmosferę, w wyniku czego do powierzchni ostatecznie dociera zaledwie 0.1% światła, jakie otrzymuje powierzchnia Ziemi.[8]

Metan zawarty w atmosferze powoduje na powierzchni księżyca Efekt cieplarniany, bez którego Tytan byłby dużo zimniejszy.[9] Z kolei, zmętnienie w jego atmosferze przyczynia się do tzw. efektu anty-cieplarnianego, odbijając promienie słoneczne z powrotem w przestrzeń kosmiczną, niwelując częściowo efekt cieplarniany. W wyniku tego temperatura jego powierzchni jest znacznie niższa niż temperatura górnych warstw atmosfery.[10]

Chmury z metanu (Lipiec 2014).[11]

Chmury Tytana, prawdopodobnie utworzone z metanu, etanu lub innych związków są rozproszone i zmienne, wyróżniając się na tle zmętnienia.[12] Badania przeprowadzone przez sondę Huygens wskazują iż w atmosferze Tytana wsytępują okresowe deszcze ciekłego metanu i innych związków organicznych.[13]

Chmury przeważnie pokrywają 1% powierzchni księżyca, jednak zaobserwowano zjawiska w wyniku których pokrywa chmur gwałtownie zwiększała się, pokrywając aż 8% powierzhcni. Jedna z hipotez głosi że południowe chmury tworzą się, gdy zwiększony poziom nasłonecznienia podczas pory letniej na południowej półkuli księżyca tworzy wypiętrzenia w atmosferze, w wyniku czego dochodzi do konwekcji. Jednak ta teoria jest podważana przez fakt, iż formowanie chmur zostało zaobserwowane nie tylko po okresie przesilenia letniego na południowej półkuli, lecz także w środku pory wiosennej. Zwiększone stężenie metanu na biegunie południowym prawdopodobnie przyczyniło się do szybkiego wzrostu zachmurzenia.[14] Lato na południowej półkuli Tytana trwało do roku 2010, gdy w wyniku ruchu Saturna po orbicie ta pora roku rozpoczęła się na północnej półkuli księżyca.[15] Gdy poru roku się zmieniają szacuje się iż etan zacznie się skraplać nad biegunem południowym.[16]

Badania Tytana[edytuj]

  • 12 listopada 1980 roku w pobliże Saturna dotarła sonda Voyager 1. Jej trajektorię zaplanowano tak, by przeleciała 4000 kilometrów od Tytana, co w konsekwencji spowodowało wyrzucenie sondy poza płaszczyznę ekliptyki. Naukowcy sądzili, że będą mogli dostrzec powierzchnię księżyca. Niestety atmosfera była zbyt gęsta, a sonda nie posiadała urządzeń, które mogłyby ją przeniknąć. Dopiero po ponad 20 latach wykazano, że staranna obróbka zdjęć z Voyagera pozwala jednak dojrzeć niektóre wielkoskalowe struktury powierzchni[17].
  • 1 lipca 2004 roku do Saturna doleciała sonda Cassini, a wraz z nią lądownik Huygens, wykonany przez Europejską Agencję Kosmiczną. Jego głównym celem było zebranie danych dotyczących gęstej atmosfery Tytana, dlatego też przelot przez nią trwał około 2,5 godziny[18]. Wylądował on z powodzeniem na Tytanie 14 stycznia 2005 roku. Próbnik w trakcie opadania wykonywał zdjęcia, zbierał dane dotyczące atmosfery księżyca, jak również nagrywał dźwięki towarzyszące mu podczas lotu. Następnie poprzez sondę Cassini przesłał dane na Ziemię. Huygens z powodzeniem osiadł na powierzchni księżyca i w krótkim ślizgu natrafił na miękkie i dość zakurzone podłoże[18]. Po ponad godzinie (przewidywany czas pracy wynosił kilkanaście minut) zakończył pracę i zamarzł. Zdjęcia wykonane przez próbnik w trakcie lądowania ukazały struktury niezwykle podobne do systemów rzecznych na Ziemi[18]. W próbniku zainstalowano m.in. aparaturę pomiarową produkcji polskiej (termometr).
    Zdjęcie powierzchni Tytana wykonane podczas opadania lądownika Huygens z wysokości 5 km
    Zdjęcie powierzchni Tytana z wysokości 5 km, wykonane podczas opadania sondy Huygens

Sonda Cassini kontynuuje badania Tytana podczas kolejnych przelotów. Zwykle sonda nie zbliża się na mniej niż około 950 kilometrów, ze względu na „tarcie” atmosfery, rozciągającej się nawet do wysokości 975 kilometrów, która zaburza prowadzenie obserwacji. Sonda Cassini była najbliżej Tytana (880 km[19]) 21 czerwca 2010 roku. Tak niski przelot został wykonany, aby sprawdzić, czy Tytan posiada własne pole magnetyczne[18].

W roku 2004, na północnym biegunie Tytana sonda Cassini zarejestrowała wysoko unoszące się mgły oraz wirującą chmurę, w pierwszej połowie 2012 roku, podczas kolejnych przelotów obok Tytana stwierdzono obecność podobnej struktury nad południowym biegunem księżyca. Naukowcy z programu Cassini twierdzą, że to zmienne oświetlenie Tytana – czyli pory roku – powodują również zmiany zachodzące w atmosferze księżyca. Interesujące jest to, jak będą się one zmieniały w kolejnych latach[18].

Życie na Tytanie[edytuj]

Istnienie organizmów żywych jest mało prawdopodobne, głównie ze względu na ekstremalnie niskie temperatury, chociaż duża ilość związków organicznych na Tytanie pozwala spekulować na temat istnienia życia. Źródłem energii mogłyby być węglowodory produkowane w górnych warstwach atmosfery, które dostarczają wystarczającą ilość energii, by ewentualne organizmy mogły wytworzyć ciekłe środowisko w swoim wnętrzu, co pozwala na zachodzenie wielu reakcji chemicznych niezbędnych do istnienia życia.

Zdjęcie powierzchni Tytana wykonane przez sondę Huygens po wylądowaniu

Zobacz też[edytuj]

Przypisy

  1. a b c d e f g Planetary Satellite Mean Orbital Parameters (ang.). Jet Propulsion Laboratory, 2013-08-23. [dostęp 2016-02-22].
  2. Classic Satellites of the Solar System. Observatorio ARVAL. [dostęp 2010-06-28].
  3. Becky Crew: Climate cycle reveals Titan as Earth-like (ang.). 2012-01-16. [zarchiwizowane z tego adresu (2012-04-21)].
  4. Layers of Titan -- Annotated (ang.). W: Cassini Solstice Mission [on-line]. NASA, 2012-02-23. [dostęp 2012-04-27].
  5. Tortola Facula. W: Cassini Solstice Mission [on-line]. NASA, 2011-07-07. [dostęp 2011-12-06].
  6. V. Cottini, C.A. Nixon, D.E. Jennings, C.M. Anderson i inni. Water vapor in Titan’s stratosphere from Cassini CIRS far-infrared spectra. , s. 855–862, 2012. DOI: 10.1016/j.icarus.2012.06.014. ISSN 0019-1035. Bibcode2012Icar..220..855C. 
  7. Titan: A World Much Like Earth. Space.com, sierpień 6, 2009. [dostęp 2012-04-02].
  8. Faint sunlight enough to drive weather, clouds on Saturn’s moon Titan Between the large distance from the Sun and the thick atmosphere, Titan's surface receives about 0.1 percent of the solar energy that Earth does.
  9. Titan Has More Oil Than Earth. luty 13, 2008. [dostęp 2008-02-13].
  10. C.P. McKay, J. B. Pollack, R. Courtin. The greenhouse and antigreenhouse effects on Titan. , s. 1118–1121, 1991. DOI: 10.1126/science.11538492. PMID: 11538492. 
  11. Preston Dyches: Cassini Tracks Clouds Developing Over a Titan Sea. sierpień 12, 2014. [dostęp sierpień 13, 2014].
  12. Bill Arnett: Titan. W: Nine planets [on-line]. University of Arizona, Tucson, 2005. [dostęp 2005-04-10]. [zarchiwizowane z tego adresu (2005-11-21)].
  13. Titan: Arizona in an Icebox?, The Planetary Society, styczeń 2004 [dostęp 2005-03-28] [zarchiwizowane z adresu 2010-02-12].
  14. Schaller Emily L., Michael E. Brouwn, Henry G. Roe, Antonin H. Bouchez. A large cloud outburst at Titan's south pole. , s. 224–229, 2006. DOI: 10.1016/j.icarus.2005.12.021. Bibcode2006Icar..182..224S. [dostęp 2007-08-23]. 
  15. The Way the Wind Blows on Titan, Jet Propulsion Laboratory, 2007 [dostęp 2007-06-02].
  16. David Shiga. Huge ethane cloud discovered on Titan. , s. 1620, 2006. [dostęp 2007-08-07]. 
  17. James Richardson, Ralph D. Lorenz, Alfred McEwen. Titan’s surface and rotation: new results from Voyager 1 images. „Icarus”. 170, s. 113-124, 2004. DOI: 10.1016/j.icarus.2004.03.010. 
  18. a b c d e Kamil Złoczewski: Niezwykła atmosfera Tytana. Księżyc pełen niespodzianek. Poznań: Amermedia Sp. z o.o., 2013, s. 4, seria: Kosmos. Tajemnice Wszechświata. Encyklopedia Astronomii i Astronautyki. ISBN 978-83-252-1917-8.
  19. Cassini. W: Loty kosmiczne [on-line]. [dostęp 2016-02-08].

Linki zewnętrzne[edytuj]