טיטאן: ממצאים חדשים מהירח הגדול של שבתאי

ממצאים חדשים מחקר הירח הגדול ביותר של שבתאי – טיטאן, שהאטמוספירה שלו מכילה שפע חומרים אורגניים

אטמוספירה

החנקן והמתאן שבאטמוספירה מקיימים ביניהם ריאקציות כימיות היוצרות מגוון רחב של חומרים אורגניים. נראה שהמולקולות הכבדות ביותר מבין תרכובות אלה מגיעות לקרקע הירח. כאשר הן מגיעות לימים בין שזה נעשה בדרך של גשם ובין שזה נעשה דרך נהרות, חלק מהן מתמוססות במתאן, הנוזלי, שעה שאלה שאינן מתמוססות כמו ניטרילים (Nitriles) ובנזן (Benzene) שוקעות בקרקעית הימים (1).

טמפרטורות

רצף המפות של טמפרטורות הקרקע של טיטן שהוכנו על סמך מדידותיה של הקסיני בין 2016 – 2004 נעשה במרווחים של שנתיים בין סדרת תמונות אחת לשניה. זה אפשר מדידה של טמפרטורות במהלכן של שנים אלה. מדידת הטמפרטורות נעשתה באורך גל של 19 מיקרון מכיון שבאורך גל זה האטמוספרה כמעט כולה היא שקופה. הטמפרטורות מוצעו (averaged) מסביב לירח כולו בכיוון מזרח מערב. זאת מתוך מגמה לבחון שינויים עונתיים בכיוון צפון דרום. אזורים שחורים במפות הם אלה שאין לגביהם שום מידע.

התברר שטמפרטורות הקרקע משתנה באיטיות לאורך עונות השנה של טיטן. אין לשכוח ששנה של טיטן נמשכת 30 שנים ארציות. זה הזמן בו שבתאי וירחיו מקיפים את השמש. לכן כל עונה נמשכת 7.5 שנים ארציות. כאשר הקסיני הגיעה לשבתאי ב- 2004 הטמפרטורה בחצי הכדור הדרומי של טיטן היתה בשלהי הקיץ ולכן היתה גם האזור החם ביותר. זמן קצר לאחר יום השוויון (ב-2009), ב-2010 הטמפרטורות בחצי הכדור הדרומי ובחצי הכדור הצפוני היו זהות. דומה למה שנצפה על ידי חללית הוויג'ר 1 ב-1980 (שנת שבתאי אחת קודם לכן). הטמפרטורות בהתאם, התקררו בחצי הכדור הדרומי ועלו בחצי הכדור הצפוני, עם התקרבות החורף. הטמפרטורה, הגם שהיא נעה על פי קווי הרוחב, היא בסביבות 179.6 מעלות מתחת לאפס והמינימלית בחורף, הקוטבי משתנה ב- 3.5 מעלות (2).

המדידות לא הראו שום הבדלים משמעותיים בטמפרטורות בין גוף הנוזל של ים Ligeia Mare לבין קו החוף שלו. לעומת זאת נמצא פער זמנים בהתחממות בקוטב הצפוני שעה שהקיץ מתקרב. יתכן שהקרקע המקיפה אגמים וימים אלה מוצפת בהידרוקרבונטים נוזליים היכולים לשנות את האופן החומני שלהם (1).

עננים

בספטמבר 2016 דווח על ענן חדש. את הענן מצאו בסטרטוספרה והוא עשוי מפחמן וחנקן במבנה מלוקולרי של C4N2 המוכר בשם Dicyanoacetylene . הפעם האחרונה שצפו בענן מסוג זה היתה כאשר וויג'ר 1 חלפה ליד שבתאי. מה שהפתיע את החוקרים הוא שרק 1% מחומר זה נדרש להתעבותו של הענן. כמו במקרה של וויג'ר 1 הסטרטוספירה היתה יבשה כמו מדבר. הענן אם כן הופיע כנגד כל הציפיות.

בכול מה שקשור להיווצרות עננים על טיטן, על כדור הארץ התהליך המוכר הוא מחזור המים. על טיטן המתאן ממלא את תפקיד המים. תהליך עיבוי מסוג אחר מתרחש בסטרטוספרה. בקטבים של טיטן. במקרה זה שכבות עננים מתעבות כאשר הצירקולציה הגלובלית מאלצת גזים חמים לשקוע מעל הקוטב. אז הגזים מתעבים תוך מעברם בשכבות אחת קרה יותר מהשנייה בסטרטוספרה. בקטבים, האדים והקרח מגיעים לנקודת איזון שנקבעת על ידי הטמפרטורה והלחץ האטמוספרי. נקודת איזון זו מאפשרת לחשב את כמות האדים במקום בו מצוי קרח. התהליך מתרחש במספר שלבים. בשלב הראשון בעקבות ריאקציות כימיות נוצרים חלקיקי קרח ה – HC3N ( Cyanoacelene ). בשלב השני, חלקיקים אלה יורדים מטה בתוך הסטרטוספרה ומתכסים בשכבה של מימן ציאניד ( HCN) . בשלב זה לחלקיקי הקרח יש גרעין וקליפה ולכול אחד מהם הרכב אחר. באופן אקראי פוטון של קרינה אולטרה סגולה חודר לתוך הקליפה הקפואה ויוצר סדרת ריאקציות כימיות בקרח. ריאקציות אלה יכולות להתחיל או בגרעין או בקליפה. בשתי האפשרויות יכול להיווצר קרח של מימן וקרח של Dicyanoacetylene (ראו הערה 3).

במהלך 2016 .30.6- 29, חללית הקסיני עקבה אחר תנועת עננים בחצי הכדור הצפוני. בוצעה סדרת צילומים במשך 11 שעות כאשר מרווח הזמן בין צילום אחד למשנהו הוא 20 דקות. הבולטים שבין העננים שנראו , הארוכים שבהם, היו בין קווי הרוחב 55– 49 צפון. עננים אלה נעו במהירות של 36 – 25.2 קמ"ש. נמצאו גם עננים קטנים מעל אזור של אגמים קטנים צפונה יותר כולל ענן בהיר בין Neagh Lacus – Punga Mare שהתפוגג במהלכה של סדרת תצלומים זו. מקבצי עננים קטנים אלה נעו במהירות של 7.2 – 3.6 קמ"ש. סוג זה של צילומים אפשר ביצוע מעקב אחר הדינמיקה של עננים במהלך התפתחותם. מרווח הזמן שבין הצילומים נתן אפשרות לבודד רעשי רקע כמו קרינה קוסמית הפוגעת בגלאים , עננים קלושים וערפל. על פי מודלים אקלימיים של טיטן הצפי היה לפעילות גדולה של עננים במהלך תחילת הקיץ בחצי הכדור הצפוני . בפועל זה לא היה כך, מה שבעצם אומר שחילופי העונות של הירח עדיין לא מובנים (4).

מקורות

1. Profile of a Methane season on Titan”, 28.4.2016“
2. ”PIA20020: Titan temperature lag maps & animation“
3. Nasa scientists find impossible cloud on Titan”, 21.9.2016“
4. ”PIA21051: watching summer clouds on Titan“

ממצאים נוספים מטיטאן

הרים

האזור ההררי Mithrim Montes מגיע לגובה של 3.337 ק"מ. העובדה שלטיטן ישנם הרים גבוהים מעלה את האפשרות שקיימת עליו פעילות טקטונית היכולה להשפיע על פני השטח. טקטוניקה זו קשורה לסיבובו של טיטן סביב עצמו, לכוחות גאות של שבתאי או להתקררות הקרום (1). בצילום PIA20709 רואים קו רכס ארוך ולו פסגות משוננות שנוצרו כנראה בעקבות ארוזיה של גשם מתאן. חלק מהפסגות המשוננות מגיע לגובה של 800 מטר מעל רצפת העמק בו נמצא הרכס. המדרון בצידו השמאלי של הרכס מתון יותר מאשר מצידו הימני. על כדור הארץ הרים מסוג זה הם סדוקים ונוצרים בעקבות דחיפה כלפי מעלה מתוך הקרום (2).

קניונים

חללית הקסיני גילתה בקוטב הצפוני רשת של קניונים המוצפים במתאן נוזלי. אלה קיבלו את השם – Vid Flumina. מדובר ברשת של 8 קניונים שאורכם יותר מ- 400 ק"מ. אלה קניונים צרים, רוחב כל אחד מהם פחות מ – 800 מטר , עומקם 570 – 240 מטר וזווית המדרון שלהם 40 מעלות. היווצרותם של קניונים אלה נמשכה זמן רב במונחים גיאולוגיים, כמה זמן לא ידוע. הם דומים בצורתם לקניונים של נהר הקולרדו, אריזונה ארה"ב. כולם זורמים לים Ligeia Mare (ראו הערות שוליים 3,4).

דיונות

בתצלום PIA20710 נראות מאות דיונות מסביב להרים ואפשר ללמוד מהן על כיוון הרוחות (5). הדיונות אינן עשויות מסיליקטים כמו על כדור הארץ, אלא מהידרוקרבונטים גרגריים שנוצרו באטמוספירה והגיעו לקרקע כגשם. הן מתנשאות לגובה 91 מטר ובתנועתן מושפעות ממכשולים המופיעים בדרכן (6).

ימים

מתצפיות שנעשו בין 2015 – 2007 התברר שהים הגדול ביותר Ligeia Mare מלא במתאן נוזלי ולא באתאן (Ethene) כפי שחשבו. מה הסיבה לכך – לא ידוע. יכול להיות שהמקור הוא גשמי מתאן או שגורם כל שהוא מסיר את האתאן שמעליו. וכי הוא זורם לים סמוך – Kraken Sea. התברר שבקרקעית הים שעומקו 160 מטר מצוי בוץ של חומר אורגני (7). כהערת אגב במקום זה בוודאי שוררת צחנה איומה. לא מומלץ להריח.

מבנה פנימי

ההערכה היא שקרום הקרח יושב על אוקיינוס מים עמוק שפועל כנראה כמו המעטפת העליונה של כדור הארץ- שכבת סלע חמה ובלחץ גבוה. היכולה לזרום באיטיות ולעבור דפורמציות במהלך הזמן בעומקים גדולים. שכבת קרח המים של טיטן רכה יותר מאשר סלעי כדור הארץ. מסיבה זו מעריכים שההרים בטיטן לא יכולים להתנשא לגובה של 9 ק"מ כמו על כדור הארץ (1).

מקורות

1. PIA20023: Radar view of Titan’s tallest mountains
2. PIA20709: Ridge of jugged peaks of Titan
3. Brooks Hays, “Cassini discovers flooded canyons on Titan”, 10.8.2016
4. “Methane filled canyons line Titan’s surface”, 12.8.2016“
5. PIA20710: Flowing dunes of Shangri – la
6. 9.9.2016 ,”Hanneke Weitering, “Shangri – la" on Saturn moon Titan teeming with sand dunes
7. “Profile of a Methane sea in Titan” 28.4.2016“

ראו עוד בנושא באתר הידען:

• תגליות חדשות מקאסיני: ענני המתאן של טיטאן והפרופלורים בטבעות שבתאי
• מסדום לשבתאי: האוקיאנוס התת־קרקעי בירח טיטאן עשוי להיות מלוח כמו ים המלח
• מערכת מזג אוויר ייחודית גורמת לאיזור הקוטב הצפוני של טיטאן להיות רטוב
• גלישת גלים בטיטאן

הכתבה עודכנה באוקטובר 2026: שני חלקי הכתבה, שפורסמו במקור בנפרד, אוחדו לכתבה אחת.