טיטאן- ממצאים חדשים

תצפיותיה של חללית הקאסיני הממשיכה לסרוק את טיטאן חושפת יותר ויותר פרטים מירח זה ומגלות חלקים נוספים מפניו של עולם אפל ומקפיא זה

מבוא

תצפיותיה של חללית הקאסיני הממשיכה לסרוק את טיטאן חושפת יותר ויותר פרטים מירח זה ומגלות חלקים נוספים מפניו של עולם אפל ומקפיא זה. פרטים חדשים אלה יכולים לשמש כר נרחב ליצירות ספרותיות חדשות של סופרי מדע בדיוני ולמרבה המוזרות יש בו מספר מקבילות לכדור הארץ.

פני השטח

באזור קסנדו בו נחתה ההויגנס זוהו כוחות גיאולוגיים מקבילים לאלה הארציים. הרים גבוהים, מישורים נרחבים, ערוצי נהרות מתפתלים,דיונות ופגיעות מכתשים. זוהו 3 רכסים מקבילים הנראים כמו גושים שנשברו או כקרום שקומט. חשיפתם לפני השטח נותנת להם מופע של גבעות גבוהות. המרווח שביניהן אופייני למקומות שנדחסו או נמתחו. פעילות טקטונית טיפוסית למרות שעל טיטאן לא זוהתה טקטוניקת פלטות.כיוונן הוא מערב-מזרח והמרווח בין הרכסים הוא 50 ק”מ(1). גובה הגבעות בין הערוצים 150-200 מטר ומדרונותיהן הן בשיעור של °30.נמצאו הרים העשויים מקרח מים המתנשאים לגובה 2 ק”מ.על פי הערכות ,גובה זה מעיד על כך שהם עברו תהליכים ארוזיביים(2).מדרום לקו המשווה נמצא רכס הרים שכיוונו הוא דרום מזרח-צפון מערב.אורכו 150ק”מ, רוחבו 30 ק”מ וגובהו 1.5 ק”מ והוא נוצר כנראה מהרמת פני השטח על ידי כוחות טקטוניים. לידו מצויים חומרי משקע הדומים לזרימה של לבה(3). תצורה מעגלית בשם Ganesa Macula נוצרה על ידי קריאוולקניזם(4).

דיונות

על כדור הארץ גרגרי חול נוצרים כתוצאה משבירה ופירור של סלעים. על טיטאן התהליך הוא כנראה הפוך. החול נבנה מחומרים קטנים למאוד.חלק מחומר זה נבנה מחלקיקים הידרוקרבונטיים המגיעים לקרקע מהאוויר כגשם. בהגיעם לקרקע הם מתחברים והופכים לחלקיקים בסדר גודל גרגרי.באם חלקן הפנימי של הדיונות עשוי מאותו חומר כהה כמו החלק החיצוני ,מקורן אורגני ורב יותר מזה הנוצר בתהליכים ארוזיביים. התגבשות החלקיקים נעשית בתהליך הנקרא Sintering – התחממות קלה המדביקה חלקיקים זה לזה לסדר גודל המתאים לזה של גרגרי חול בגדלים שבין 0.18-0.25 מילימטר ולא יותר, אותם הרוחות יכולות לשאת וליצור מהם דיונות(5).

הרכב הקרקע

החזר בלתי צפוי של גלי רדיו מהקרקע אפשר לחוקרים להעריך את גודל האבנים והחצץ סמוך לאתר הנחיתה של ההויגנס כאשר זו נחתה ב- 14.1.2005. הנחתת שרדה את המגע עם קקע והמשיכה לשדר נתונים לחללית הא ם-הקאסיני. חלק מגלי הרדיו “דלף” לצדדים פגע בקרקע הכוכב לפני שידורו לקאסיני ואז “פנה” לעברה.מה שנקלט על כדור הארץ לא הובן בתחילה.לאורך השידור חזר על עצמו דפוס קבוע של אותות. עוצמת הקליטה הולכת וגוברת ונופלת לאחר מכן. השינויים בעוצמת הקליטה הביאו את החוקרים לידי מחשבה שנוצרת כנראה איזו שהיא אינטראקציה ישירה בין האות המשודרת לזו המשתקפת מהסביבה.עם התרחקות הקאסיני מאתר הנחיתה,הזווית בינה לבין ההויגנס השתנתה.פער זוויתי זה שינה את האופן בו מתמזגות אלומות השידורים המשתקפות מהאבנים והאלומה הנעה ישירות לעבר הקאסיני.להבנת התופעה נוסו מספר מודלים במחשב. התברר שניתן לייצר ולהחזיר אותות מהקרקע כדי לאמוד את גודל החצץ על הקרקע. הקאסיני קלטה במשך 71 דקות אותות מההויגנס.טווח ההחזר של הגלים מהאבנים ממערב לאתר הנחיתה היה 1מטר -2 ק”מ וגודל האבנים שנמדדו בדרך זו היה 5-10 ס”מ. בעתיד ניתן יהיה להשתמש בטכניקה לא צפויה זו בכוכבי לכת וירחים אחרים במערכת השמש(6).

בהשוואה בין תצלומים שנעשו על ידי ההויגנס לבין תצלומים מאותו אזור שנעשו על ידי הקאסיני לא נמצא שום מתאם טופוגרפי. הפיתרון לכך נמצא בהשוואת שתי דיונות המרוחקות זו מזו 30 ק”מ צפונית למקום הנחיתה אשר נצפו על ידי הנחתת והמקפת כאחד. ההערכה שהן עשויות מגרגרים הידרוקרבונטיים בגודל שבין 100-300 מיקרון.בהסתמך על השוואה זו התברר כי מסביב למקום הנחיתה נמצא מישור גדול של קרח מים מלוכלך המכוסה במשקעי חומר אורגני. התברר כי חומר זה מכסה את האזורים הבהירים ואת הדיונות הכהות. האזורים הבהירים אינם נראים למכ”מ של הקאסיני.גלי המכ”מ חודרים דרכן עד לשכבה שמתחת לקרח המים המלוכלך אשר במקומות מסוימים הוא מחוספס ובמקומות אחרים חלקלק. המשקעים נוצרים כאשר קרינה אולטרה סגולה מהשמש וחלקיקים טעונים מגיבים בגבהים עם המתאן הנפוץ באטמוספירה ויוצרים מולקולות הידרוקרבונטיות כמו אתאן ואציטלן.אלה מגיעים לקרקע בצורת אירוסולים באותה מידה בה חלקיקי ערפיח על כדור הארץ מכסים את הקרקע.על טיטאן משקעים אלה יכולים להצטבר לשכבות בעובי של מאות מטרים.

הדיונות עשויות מחומר בגודל של גרגרי חול המצטברים אם בצורת חלקיקים המגיעים לקרקע מהאוויר או כתוצאה מתהליכים גיאולוגיים המעצבים את פני השטח.תוואי הנוף העשויים מקרח או מחומר אורגני שונים מאוד זה מזה.מספר ערוצים נוצרו על ידי תהליך הנקרא spring sapping, תהליך בו מתאן זורם מתחת לקרקע לפני יציאתו לפני השטח ,סמוך לבסיס הגבעות.פרץ זה של מתאן גורם לארוזיה של צידי הגבעות, להתמוטטויות וליצירת מצוקים.מקום נוסף שהובחן הוא מישור כהה העשוי בעיקרו מקרח מים מעורב בחומר הנקרא תולין(Tholin)-אירוסולים אורגניים הנוצרים מתרכובות פשוטות כמו מתאן וחנקן. על פי ההערכה כהותם של אזורים אלה נוצרה בשל הצפות מזדמנות ממזרח למערב ולא מערוצי ניקוז לאזורי הרמות(7).

מכתשים

התגלו 4 מכתשים חדשים. מכתש אחד בקוטר 30 ק”מ עם תבליט במרכזו ומיקומו W°70 N° 10(8).מכתש שני בקוטר 180 ק”מ,קרקעיתו שטוחה וכהה. מיקומו W °9 S °26.5 (9).מכתש שלישי בקוטר 400 ק”מ קיבל את השם Menrva (10).מכתש רביעי בקוטר 112 ק”מ רצפתו שטוחה ובמרכזו שתי בליטות,קיבל את השם Dilmun ומיקומו W °200 N °26 (11).

אגמים

התצפיות הממושכות של הקאסיני איששו את ההשערה כי על הירח קיימים אגמים.אלה נמצאו בשני הקטבים של טיטאן.בקוטב הצפוני נמצאו מאות אגמים.בשני הקטבים האגמים נמצאו מקו הרוחב ° 70 ומעלה. ההערכה היא כי עצם נוכחותם של אגמים בשני בקטבים מעידה על כך שהתנאים האקלימיים דומים(12). האגמים בקוטב הצפוני ממולאים במתאן ואתאן נוזליים.מבחינה טופוגרפית הם נמצאים במקומות נמוכים ומחוברים אליהם ערוצים.חלק מהאגמים מלאים למחצה שעה שאחרים הם במלואם.אלה המלאים למחצה או שלא התמלאו לגמרי או שחל בהם אידוי חלקי לא מראים שום סימנים של ארוזיה והם נראים כאגמים ארציים הנמצאים בתוך מכתשי פגיעה או בתוך קלדרות. שוליהם של חלק מהאגמים תלולים ויכולים להעיד על שוליים טופוגרפיים.נראה כי הם קשורים לפריצה החוצה מתוך אגני ניקוז.אגמים אחרים הם דיפוזיים כלפי מרכזיהם, מה שיכול להעיד על כך שהם קשורים לערוצים או שהם עצמם אגני ניקוז ולאחרים יציאות בצורת ערוצים פתלתלים דומים לערוצי הצפה של נהרות.בחורף האגמים מתרחבים עם ירידת גשמים של מתאן. בקיץ האגמים מתייבשים בחלקם ומתכווצים(13).

שטחם של רוב האגמים נע בין מטרים ספורים עד לעשרות קילומטרים,אם כי ישנם אגמים גדולים במיוחד המזכירים במימדיהם ימים. שטחם יכול להגיע עד ל-100,000 קמ”ר ועומקם עשרות מטרים(14).בקוטב הדרומי נמצא אגם שאורכו 235 ק”מ ואשר קיבל את השם Ontario Lacus. הוא מלא באתאן ובתמיסות של מתאן ,חנקן והידרוקרבונטים אחרים בעלי משקל מולקולרי נמוך. שטחו 20,000 קמ”ר(15).

אטמוספירה

מעקבה של הקאסיני אחר אטמוספירת הירח גילה חומרים נוספים-בנזן וכמויות גדולות של יונים חיוביים ושליליים.גילוים של היונים השליליים היה בבחינת הפתעה. גילוי זה הוא בעל חשיבות רבה ביצירת התולינים. יונים אלה נמצאים בכמויות גדולות סמוך למקום הנחיתה של ההויגנס. ניתוח הנתונים מעלה את האפשרות שהתרכובות האורגניות נוצרות בתהליך כימי של יונים ניטרליים המעלה את כמות היונים השליליים המורכבים(16). היונוספירה נמצאת בגובה 120 ק”מ. שכבה נוספת של חלקיקים מיוננים נמצאת בגובה 63 ק”מ ,מה שבמידה מסוימת מפצל את האטמוספירה לשתי תיבות תהודה( Ressonating Chamber) (17).

רוחות

בתצפיות ארציות שנעשו על טיטאן לקראת נחיתת ההויגנס,בגובה 200 ק”מ בקו רוחב N °50 נמדדה רוח במהירות של 720 קמ”ש והיא הקיפה את הירח בפחות מיממה ארצית אחת.רוח זו דומה לזרם הסילון הארצי(18).

מעקב אחר הרוחות במהלך תנועתה של ההויגנס לקראת הנחיתה גילה מהירויות רוח שונות לאורך נתיב טיסתה בתוך האטמוספירה. בגובה 120 ק”מ נמדדה מהירות רוח של 432 קמ”ש.מתחת לגובה של 60 ק”מ,מהירות הרוח קטנה במידה משמעותית. מהירות הרוח היתה מתחת ל-10 קמ”ש.על הקרקע נמדדה רוח במהירות של 1.08 קמ”ש.

הרוחות נושבות עם כיוון תנועתו של טיטאן מסביב לעצמו ממערב למזרח. הן הופכות את כיוונן פעמיים. ההיפוך הראשון מתרחש בגובה של 6 ק”מ וההיפוך השני נעשה בגובה של 700 מטר. נקודות היפוך אלה הן בעלות משמעות רבה בהבנת הצירקולציה של האטמוספירה.על פי אחד ההסברים ההיפוך העליון נגרם בשל הבדלי טמפרטורות בין חצי הכדור הצפוני לחצי הכדור הדרומי. ההיפוך השני מתרחש בנקודת ההשקה בין החלק העליון והחלק התחתון של צירקולציה של כיס אוויר גדול המוכר בשם תא האדלי.לתא האדלי זה של תנועת אוויר מהקוטב הדרומי לקוטב הצפוני ובחזרה חשיבות רבה באופן בו מופץ החום באטמוספירה של טיטאן. חצי הכדור הדרומי מופנה כיום לעבר השמש ,מה שאומר ששוררות בו עונת קיץ.אוויר חם מהדרום מתרומם ונע לעבר חצי הכדור הצפוני הקר יותר,גורם לאוויר הקר הצפוני לנוע דרומה. מכיון שאוויר זה כבד יותר הוא שוקע כלפי מטה(19).

עננים

הפעם הראשונה שבה נצפו עננים על טיטאן היתה בתצפית ארצית לעבר ירח זה ב-2001 מהטלסקופ Keck II ששולבה בו הטכניקה של Adaptive Optics. העננים שניצפו היו ענני מתאן בגובה 30 ק”מ מעל הקרקע מסביב לקוטב הדרומי.מאז הובחנו גם ענני אתאן מעל הקוטב הצפוני על ידי חללית הקאסיני. שילוב בין הקאסיני לטלסקופ Keck II הביא לגילוים של ענני מתאן בקווי רוחב בינוניים בחצי הכדור הדרומי.ב-2005 נחתת ההויגנס במעברה דרך האטמוספירה, שידרה ארצה נתונים על הלחות היחסית של מתאן.נתונים אלה סיפקו מידע בדבר קיומם של ענני מתאן קפוא בגבהים שבין 25-30 ק”מ וענני מתאן נוזלי לרבות מה שנראה כגשם דק בגובה שבין 15-25 ק”מ (20).
תצפית מכ”מ של הקאסיני ב-2006 הראתה שהאגמים בקוטב הצפוני מלאים למחצה וחלק מהם התאדו והביאו להיווצרות ענן העשוי מאתאן וחומרים אורגניים. התגלה גם ענן צירוס ברצועה בהירה בגבהים שבין 30-60 ק”מ בקצה האזור הארקטי של טיטאן בין קווי הרוחב N °69 – N °51. הקאסיני הבחינה רק בחלק מהענן מכיון שחצי הכדור הצפוני נמצא עכשיו בתחום הצל החורפי והוא יואר במלואו ב-2010 (21).

ב- 29.12.2006 ובמשך 3 שבועות במהלך טיסת המעבר ה-13 של הקאסיני הובחן מעל הקוטב הצפוני ענן שהשתרע מהקוטב עד לקו הרוחב N °60. קוטרו 2400 ק”מ ומכסה את הקוטב כמעט במלואו. ההערכה היא שענן זה הוא שמילא את האגמים שנה קודם לכן(22).

למרבה ההפתעה בגובה 1000 ק”מ התגלה ענן העשוי מיונים כבדים. היונים שהתגלו הם תרכובות אורגניות שנוצרו מחשיפה לשמש של מולקולות מתאן וחנקן.אלה מולקולות הגדלות בהדרגתיות עד למסה הכבדה פי 8000 מאטום מימן בודד.מולקולות אלה שוקעות לעבר הקרקע ויוצרות את התולינים שהוזכרו קודם לכן(23).

אקלים

למרות היותו של טיטאן קר מאוד, לאקלים שלו אפיונים מבניים דומים לזה של אקלים טרופי. גשמי המתאן ודיונות הקרח והזפת שלו מכסים את רוב האזורים הצחיחים ותנאים אלה משקפים אזורי אקלים טרופיים ארציים.סיבה אחת למקבילות אקלימית זו היא היותו של המתאן הנוזלי בטמפרטורות של טיטאן הרבה יותר נדיף מאשר המים בטמפרטורות של כדור הארץ.במובן זה טיטאן כולו הוא כוכב טרופי. סיבה שניה היא סיבובו האיטי של טיטאן סביב עצמו. על כדור הארץ האקלים הטרופי מגיע עד לקווי הרוחב °30 משני צידי קו המשווה.על טיטאן טרופיות זו מכסה את גוף הירח כולו. המשמעות המחקרית היא שלהבנת האקלים שלו ניתן להשתמש בתיאוריות שפותחו להבנת האקלים הטרופי הארצי. האטמוספירה של טיטאן יוצרת זרמי אוויר העולים כלפי מעלה למקום בו רוחות הקרקע מתלכדות. זרמי אוויר מאדים את המתאן לאזור הטמפרטורות הקרות והלחץ האטמוספרי הנמוך יותר, מקום בו המתאן מתעבה( condense ) ויוצר עננים. תופעה זו מוכרת על כדור הארץ בשם ITCZ ( Inter Tropical Convergence Zone).על כדור הארץ האוקיינוסים מגבילים את ה- ITCZ לקווי הרוחב הנמוכים.על פי מספר תסריטים ממוחשבים על טיטאן ה- ITCZ נודד כמעט מקוטב לקוטב. העננים נעים בעקבות ה- ITCZ (24).

עצם העובדה שאפשר לראות קרקעית אגמים יבשים ונהרות מפותלים רבים הן בקוטב הצפוני והן בקוטב הדרומי מראה שמקומות רבים על טיטאן מעוצבים יותר על ידי האקלים מאשר על ידי אירועים טקטוניים. העובדה שקוטב אחד הוא לח כאשר הקוטב השני הוא יבש מעלה את האפשרות שהאקלים משתנה במהלך עונות השנה(25).

גשם

ההויגנס צפתה בענן של מתאן וחנקן המוריד טיפות גשם לפני השטח.גשם דק אך קבוע כל הזמן. עובדה זו היא שמסבירה מדוע נחיתת ההויגנס היתה מלווה בהתזה בוץ של מתאן.כמות הגשמים שווה ל-50 מ”מ בשנה(26). בתצפית ארצית מטלסקופים בצ'ילי ובהוואי הבחינו לראשונה בענן בעל היקף גלובלי בגובה רב הממטיר גשם דק במורדות המערביים של אזור קסנדו וכי הוא מומטר בשעות הבוקר ולא תמיד באותה נקודת שטח.גשם זה יכול להגיע לפני הקרקע או להיהפך לאד ערפילי המתפוגג זמן קצר לאחר עליית השחר. במונחים ארציים זה מתרחש 3 ימים לאחר הזריחה(20).

עננים גדולים של אדי מתאן יוצרים סערות על קרקע הירח. התרכובות ההידרוקרבונטיות ממלאות תפקיד דומה לזה של מים על כדור הארץ.על פי חישובים עננים כבדים אלה יכולים להגיע לגובה של 35 ק”מ ליצור עננים צפופים של מתאן ולהיות משופעים במשקעים של טיפות נוזליות של תרכובות גזיות הדומות לטיפות גשם אינטנסיביות על כדור הארץ. משקעים אלה הם שיוצרים הצטברויות ונהרות מתאן נוזלי שהובחנו על ידי הקאסיני(27).

בנוסף לגשמי המתאן נמצאו גם גשמי אתאן.מסביב לקוטב הצפוני נמצא ענן גדול של אתאן הממטיר גשמים באזור זה.ענן אתאן זה,נצפה לראשונה בטיסות המעבר של קווי הרוחב הצפוניים הגבוהים בדצמבר 2004 ,באוגוסט 2005 ובספטמבר 2006.על פי תצפיות אלה הגיעו למסקנה שמשקעי האתאן יהיו נפוצים יותר בקטבים מאשר על הירח כולו. זה מה שיכול לתת הסבר חלקי לכך שאין אוקיינוסים וענני אתאן בקווי הרוחב הבינוניים והנמוכים. מכיון שבחצי הכדור הצפוני עכשיו חורף נראה שבתקופה זו יורד גשם של אתאן ואם הטמפרטורה נמוכה דיה, יש גם שלג של אתאן.בחורף אגמי המתאן מועשרים באתאן(21).

מסך הנתונים שהתקבלו לגבי המתאן נוצר אצל החוקרים הרושם שלטיטאן יש מחזור של מתאן בדומה למחזור המים על כדור הארץ. המתאן מתאדה,מתקרר,מתעבה וחוזר לקרקע כגשם וממלא את הקרקע הנוזלית.יכול להיות שהוא גם פורץ החוצה מתוך הסלעים אל פני השטח.מחזורי המתאן תואמים לעונות השנה. בחורף האגמים מתרחבים ובקיץ מתכווצים(13).

מקורות

1.PIA10654:Tectonics on Titan

2.”BYU scientists leads discovery of mountains on Saturn’s largest moon “ 7.12.2007
http://byunewsbyu.edu/archive07-dec-titan.aspx

3.PIA09032:Titan’s Sierras
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA09032

4.PIA09176:Ganesa Macula
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA09176

5.”Titan’s smoggy sand grains” 5.5.2008
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/features/feature20080502.cfm

6.”Huygens established pebble sizes on Titan” 26.07.06
http://www.saturndaily.com/reports/ Huygens_ Established _Pebble_ Sizes _On_ Titan_999.html

7.”Revealing Titan’s rugged surface” 7.6.2007
http://www.saturndaily.com/reports/ Revealing_ Titan’s_Rugged_ Surface_999.html

8.PIA08737:Crater studies on Titan
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA08737

9.PIA09175:A new crater on Titan?
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA09175

10.PIA09846:Alien weather
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA09846

11.PIA10655:Impact craters
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA10655

12.PIA10018:Radar sees lakes in Titan’s southern hemisphere
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA10018

13.”Titan has liquid lakes scientist reports Nature” 4.1.2007
http://www.saturndaily.com/reports/ Titan_ Has_ Liquid_ lakes_ Scientist_ Reports_ Nature_999.html

14.PIA09183:Radar shows evidence of seas
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA09183

15.”Titan’s Ethane lake” 5.8.2008
http://www.saturndaily.com/reports/ Titan’s _Ethane_ Lake_999.html

16.”Cassini spacecraft reveals evidence of Tholin at high altitude in Titan’s atmosphere” 11.5. 2007
http://www.astrobio.net/news/modules.php?op=modload&name=news&file=article&sid=2330&mode=thread&order=0&thold=0

17.”The mysterious radio waves of Titan”4.6.2007
http://www.saturndaily.com/reports/ The_ Mysterious_ Radio _Waves_ Of_ Titan_999.html

18.”The Jet Stream of Titan” 25.1.2007
http://www.saturndaily.com/reports/ The_ Jet _Stream _Of _Titan_999.html

19.”The way winds blows on Titan” 6.6.2007
http://www.saturndaily.com/reports/ The _Way_ Winds_ Blows _On_ Titan_999.html

20.”Drizzly morning on Xanadu” 12.10.2007
http://www.sciencedaily.com/releases/2007/10/071011142631.htm

21.”Vast polar Ethane cloud detecded on Saturn moon” 14.9.2006
http://www.spaceflightnow.com/cassini/060914titancloud.html

22.”cassini images Mamoth cloud engulfing Titan’s north pole” 2.2.2007
http://www.saturndaily.com/reports/ Cassini_ Images_ Mamoth_ Cloud_ Engulfing_ Titan’s _North_ Pole_999.html

23.”Secrerts of Titan’s smog” 17.5. 2007
http://www.sciencedaily.com/releases/2007/05/070516163049.htm

24.”Titan’s icy climate mimics Earth’s tropics” 4.10.2007
http://www.saturndaily.com/reports/ Titan’s _Icy _Climate_Mimics_ Earth’s _Tropics_999.html

25.Lakdawalla E.-“Titan’s south pole pretty dry” 11.1.2008
http://www.planetary.org/blog/article/00001292/

26.”Evidence strong that it rains on Titan” 28.7.2006

27.” A Titanic Methane cycle drives distant world” 2.8.2006
http://www.saturndaily.com/reports/ A _Titanic_ Methane_ Cycle _Drives_ Distant_ World_999.html