Η ατμόσφαιρα του Τιτάνα μπορεί να προήλθε από την αμμωνία

Πηγή: Πανεπιστήμιο της Αριζόνας, 18 Φεβρουαρίου 2005

Χάρις στα στοιχεία που συγκέντρωσε το Cassini και το Huygens, οι επιστήμονες ξέρουν ότι η ατμόσφαιρα του Τιτάνα περιέχει σημαντικά ποσά αμμωνίας - και αυτή η χημική ουσία θα μπορούσε να είναι υπεύθυνη για τη διάβρωση στην επιφάνεια του φεγγαριού. Οι ερευνητές από το πανεπιστήμιο της Αριζόνα θεωρούν ότι το Cassini τελικά θα διαπιστώσει ότι ο Τιτάνας έχει ένα στρώμα υγρής αμμωνίας και νερού κάτω από το στερεό φλοιό του παγωμένου νερού. Και αυτή η υγρή αμμωνία θα μπορούσε να δημιουργήσει τις 'ψυχροηφαιστειακές' ροές που ανακαλύφθηκαν από το Cassini κατά την πρώτη του επαφή με τον Τιτάνα το 2004.

Το διαστημόπλοιο Cassini μετέδωσε νέα στοιχεία σχετικά με την ύπαρξη ατμόσφαιρας του Τιτάνα, που είναι το μοναδικό φεγγάρι στο ηλιακό μας σύστημα που έχει ατμόσφαιρα, αναφέρει ένας πλανητικός επιστήμονας του Πανεπιστημίου της Αριζόνα.

Το Cassini σάρωσε μια λωρίδα του εδάφους που αντιστοιχεί στο 15% της επιφάνειας του φεγγαριού. Στην φωτογραφία διακρίνεται ένας τεράστιος διαβρωμένος κρατήρας, διαμέτρου 440 χιλιομέτρων, τον οποίο οι ερευνητές βάφτισαν Circus Μaximus, καθώς και ένας δεύτερος, καλοδιατηρημένος κρατήρας με διάμετρο 60 χιλιομέτρων.

Συνολικά, πάντως, ο Τιτάνας φαίνεται να διαθέτει λιγότερους κρατήρες από ό,τι θα περίμενε κανείς για ένα σώμα τέτοιας ηλικίας. Αυτό υποδηλώνει ότι ο δορυφόρος είναι γεωλογικά ενεργός και η επιφάνειά του αναδημιουργείται συνεχώς, καλύπτοντας ορισμένους από τους κρατήρες.

Στις τελευταίες φωτογραφίες διακρίνονται επίσης μυστηριώδεις σχηματισμοί από παράλληλες γραμμές που θυμίζουν γραντζουνιά από νύχια γάτας. Η προέλευσή τους παραμένει άγνωστη.

Η αμμωνία

Ο Τιτάνας που είναι ο μοναδικός γνωστός δορυφόρος του ηλιακού συστήματος με πυκνή ατμόσφαιρα, αλλά και ένα άλλο φεγγάρι του Κρόνου, ο Εγκέλαδος που θεωρείται το πιο ανακλαστικό σώμα του Ηλιακού Συστήματος, είναι εν μέρει καλυμμένα από παγωμένα οργανικά χημικά που αναβλύζουν από το έδαφος. Αυτά διαπίστωσε το διαστημικό σκάφος Cassini που μελετά το σύστημα του Κρόνου.

Οι επιστήμονες θεωρούν ότι από τα αποτελέσματα της αποστολής Cassini-Huygens βγαίνει το συμπέρασμα ότι ο Τιτάνας έχει αμμωνία. Αυτό αναφέρει ο Jonathan I. Lunine, ένας ειδικός επιστήμονας για τον βολιστήρα Huygens της ESA, που πρόσφατα προσγειώθηκε στον Τιτάνα.

"Νομίζω ότι είναι σαφές από τα στοιχεία που έχουμε ότι ο Τιτάνας έχει αποκτήσει σημαντικά ποσά αμμωνίας, καθώς επίσης και νερό", λέει ο Lunine. "Εάν η αμμωνία βρίσκεται σήμερα εκεί, μπορεί να είναι υπεύθυνη για να αλλάζουν σημαντικά τμήματα της επιφάνειας του Τιτάνα".

Ο ίδιος προβλέπει ότι τα όργανα του Cassini θα διαπιστώσουν ότι ο Τιτάνας έχει ένα υγρό στρώμα αμμωνίας και νερού κάτω από τη σκληρή, παγωμένη επιφάνεια. Το Cassini θα δει -- πιθανώς ήδη το έχει δει το ραντάρ του Cassini -- τις θέσεις εκείνες όπου ο υγρός πηλός από αμμωνία και νερού εξερράγη από τα εξαιρετικά ψυχρά ηφαίστεια και έρευσε σε όλη την επιφάνεια του Τιτάνα. Η αμμωνία - που βρίσκεται σε ένα παχύ μίγμα που απελευθερώθηκε κατ' αυτό τον τρόπο και ονομάζεται  'ψυχροβουλκανισμός' - θα μπορούσε να είναι η πηγή του μοριακού αζώτου, το σημαντικότερο αέριο στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα.

Ο Lunine και πέντε άλλοι επιστήμονες υπεύθυνοι για το Cassini συζήτησαν τα πιο πρόσφατα αποτελέσματα από την αποστολή Cassini-Huygens σε μια συνεδρίαση της Αμερικανικής Ένωσης για την Πρόοδο της Επιστήμης στην Ουάσιγκτον.

Το ραντάρ του Cassini είδε μια χαρακτηριστική μορφή που μοιάζει με μια βασαλτική ροή πάνω στη Γη, όταν έκανε το πρώτο του κοντινό πέρασμα πάνω από τον Τιτάνα τον Οκτώβριο του 2004. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι ο Τιτάνας έχει έναν βραχώδη πυρήνα, περιβαλλόμενο από ένα στρώμα σκληρού υδάτινου πάγου, που μοιάζει με βράχο. Η αμμωνία στο ηφαιστειακό ρευστό του Τιτάνα θα μείωνε το σημείο ψύξης του νερού, αλλά θα μείωνε και την πυκνότητα των υγρών με αποτέλεσμα να επέπλεε στον πάγο, και συνεπώς να αυξήσει το ιξώδες σαν του βασάλτη, εξηγεί ο Lunine. "Το χαρακτηριστικό γνώρισμα που φαίνεται στα δεδομένα των ραντάρ προτείνει ότι η αμμωνία υπάρχει στη διαδικασία του 'ψυχροβουλκανισμού' πάνω στον Τιτάνα.

Και το φασματόμετρο Ιόντων του Cassini και το φασματόμετρο Χρωματογραφίας Αερίου του Huygen (GCMS) έκαναν μετρήσεις στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Τιτάνα έως και κάτω στην επιφάνεια του.

Όμως κανένα όργανο δεν ανίχνευσε τη μη-ραδιενεργή μορφή του αργού, λέει ο Tobias Owen του Πανεπιστημίου της Χαβάης, ειδικός επιστήμονας του Cassini και μέλος της επιστημονικής ομάδας του GCMS. Αυτό δείχνει ότι οι αρχέγονες δομικές μονάδες, ή τα "planetesimals" όπως λέγονται, που διαμόρφωσαν τον Τιτάνα περιείχαν άζωτο κυρίως σε μορφή της αμμωνίας.

Η εκκεντρότητα της τροχιάς του Τιτάνα μπορεί να εξηγηθεί από το υγρό στρώμα που βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια του φεγγαριού, λέειι ο Lunine. Ο Gabriel Tobie του πανεπιστημίου της Νάντης, ο Lunine και άλλοι επιστήμονες θα δημοσιεύσουν ένα άρθρο για αυτό το θέμα σε ένα προσεχές τεύχος του Icarus.

"Μια κατάσταση που δεν θα μπορούσε να έχει συμβεί κατά το παρελθόν στον Τιτάνα είναι να είχε ένα υγρό στρώμα που αργότερα να πάγωσε, επειδή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας της ψύξης, ο ρυθμός περιστροφής του Τιτάνα θα είχε αυξηθεί", λέει ο Lunine. "Έτσι είτε ο Τιτάνας δεν είχε ποτέ ένα υγρό στρώμα στο εσωτερικό του -- που είναι πολύ δύσκολο να συμβεί ακόμη και για ένα πάγο από καθαρό νερό, επειδή η ενέργεια της προσαύξησης θα είχε λειώσει το νερό -- ή εκείνο το υγρό στρώμα έχει διατηρηθεί μέχρι σήμερα. Και ο μόνος τρόπος να υπάρχει υγρό στρώμα σήμερα είναι να υπάρχει αμμωνία στο μίγμα."

Το ραντάρ του Cassini επισήμανε έναν κρατήρα στο μέγεθος της πολιτείας της Iowa όταν πέταξε σε απόσταση 1.577 χιλιομέτρων πάνω από τον Τιτάνα την Τρίτη 15 Φεβρουαρίου.

"Είναι συναρπαστικό να δει κάποιος ό,τι απέμεινε από ένα κρατήρα εξ' αιτίας μιας σύγκρουσης", λέει ο Lunine, που μίλησε για τα νέα αποτελέσματα των ραντάρ που έδωσε η NASA. "Οι μεγάλοι κρατήρες λόγω πτώσης των μετεωριτών στη γη είναι καλές θέσεις για να ξεκινήσουν υδροθερμικά συστήματα. Ίσως ο Τιτάνας έχει ένα ανάλογο είδος 'μεθανοθερμικού' συστήματος, εξήγησε. 

Τα αποτελέσματα των ραντάρ που δείχνουν λίγους κρατήρες από σύγκρουση είναι συνεπή με τις πολύ νέες επιφάνειες του Τιτάνα. "Αυτό σημαίνει ότι οι κρατήρες του Τιτάνα είτε εξαλείφονται από αλλαγές στην επιφάνεια, είτε αυτοί θάβονται από τις οργανικές ενώσεις", λέει ο Lunine. "Δεν ξέρουμε τι ακριβώς ισχύει". Οι ερευνητές θεωρούν ότι μόρια υδρογονανθράκων που γεμίζουν τη μουντή ατμόσφαιρα του Τιτάνα πέφτουν από τον ουρανό και καλύπτουν το έδαφος. Εάν αυτό έχει συμβεί σε όλη την διάρκεια της ζωής του Τιτάνα, τότε ο Τιτάνας θα είχε "τη μεγαλύτερη δεξαμενή υδρογονανθράκων από όλα τα αστρονομικά σώματα στο ηλιακό σύστημα", σημειώνει ο Lunine.

Ερωτηματικά για τον Τιτάνα

Μαζί με την ερώτηση γιατί ο Τιτάνας έχει ατμόσφαιρα, υπάρχουν κι άλλες δύο μεγάλες ερωτήσεις για το γιγαντιαίο φεγγάρι του Κρόνου. 

Η δεύτερη ερώτηση είναι πόσο μεθάνιο έχει καταστραφεί σε όλη την διάρκεια της ζωής του Τιτάνα και από προέρχεται όλο αυτό το μεθάνιο. Παρατηρήσεις από τη Γη και από το διάστημα εδώ και καιρό δείχνουν ότι η ατμόσφαιρα του Τιτάνα περιέχει μεθάνιο, αιθάνιο, ακετυλένιο ή ασετυλίνη και πολλές άλλες ενώσεις υδρογονανθράκων. Το φως του ήλιου καταστρέφει αμετάκλητα το μεθάνιο στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Τιτάνα, επειδή το απελευθερωμένο υδρογόνο ξεφεύγει στο διάστημα λόγω του ασθενούς βαρυτικού πεδίου του, αφήνοντας μόνο το αιθάνιο και άλλους υδρογονάνθρακες. 

Όταν ο βολιστήρας Huygens θέρμανε την υγρή επιφάνεια του Τιτάνα, εκεί όπου προσγειώθηκε, τα όργανά του 'εισέπνευσαν' μυρωδιές από μεθάνιο. Είναι λοιπόν καλή απόδειξη ότι η βροχή του μεθανίου διαμορφώνει το σύνθετο δίκτυο των μικρών ξερών καναλιών, που τρέχουν από τις φωτεινότερες ορεινές περιοχές προς τις χαμηλότερες, και πιο επίπεδες σκοτεινές περιοχές. Οι εικόνες από τα όργανα του βολιστήρα τεκμηριώνουν αυτά τα κανάλια.

Η τρίτη ερώτηση -- που το Cassini δεν φτιάχτηκε με σκοπό να την απαντήσει -- είναι μια αστροβιολογική ερώτηση. Επειδή υπάρχει υγρό μεθάνιο και άλλες οργανικές ενώσεις κάτω από τη στρατόσφαιρα του Τιτάνα, πόσο έχει προχωρήσει η οργανική χημεία στην επιφάνεια του Τιτάνα. "Υπάρχει προηγμένη χημεία στην επιφάνεια σχετική με την προβιοτική χημεία που εμφανίστηκε πιθανώς στη Γη προτού αρχίσει η ζωή πάνω της;", ερωτά ο Lunine.