החללית קאסיני המקיפה את שבתאי וחולפת פעמים רבות ליד ירחיו בעשור האחרון שיפרה ללא הכר את הידע שלנו אודות טיטאן, הירח החידתי, והגדילה גם את הסקרנות, עד כדי כך שיש הצעות לשלוח לטיטאן כדור פורח
אטמוספרה
התצפיות הממושכות של הקאסיני על טיטאן העידו על נוכחות של פחמימנים ארומטיים PAHs POLYEYCIC) AROMATIC HYDROCARBONAT) באטמוספרה העליונה שלו. חלקיקים אלה גדלים לצברים גדולים יותר ובסופו של דבר מגיעים לקרקע כמו פתיתי שלג וגורמים לעלייה בכמות האירוסולים.
כאשר אור השמש או חלקיקים עתירי אנרגיה מהמגנטוספרה של שבתאי פוגעים בשכבות העליונות של האטמוספרה בגובה 1,000 ק”מ מהקרקע, מתפרקות מולקולות החנקן והמתאן. בשל כך, נוצרים יונים חיוביים ואלקטרונים בכמויות גדולות ואלה מצִדם יוצרים שרשרת של ריאקציות כימיות היוצרות סוגים שונים של הידרוקרבונטים. ריאקציות אלה מביאות בסופו של דבר ליצירת אירוסולים מבוססי פחמן. צברים גדולים של אטומים ומולקולות נצפו בשכבות נמוכת יותר באובך שגובהו מהקרקע נמוך מ־500 ק”מ מהקרקע (1). באשר למתאן שאלת יסוד היא מהיכן מגיעה אספקה שוטפת של מתאן בשל ההתפרקות באטמוספרה העליונה. ההערכה היא שהמקור הוא גאולוגי באופיו (2). הפתעה מסקרנת כשלעצמה היא נדידת כיסים של מולקולות אורגניות המצויות בגובה רב מעל הקטבים. ההפתעה נבעה מכך שרוחות בכיוון מזרח – מערב בגבהים בינוניים אמורה לערבב באופן יסודי מולקולות הנוצרות שם (3). בחלק התחתון של האטמוספרה התגלה החומר הפלסטי Propylene המשמש ליצירת מכלי פלסטיק (a3(.
יונוספרה
היונוספרה עשויה בעיקרה מתרכובות אורגניות כמו HCNH+ (PROTONATED HYDROGEN CYANIDE) ו־5 H 2 C (ethyl group), אם כי מצויים בשפע רב מולקולות בכמויות זעירות. הגורם העיקרי ליוניזציה של האטמוספרה הוא שטף הקרינה האולטרה־סגולית מהשמש. לחלקיקים הלכודים במגנטוספרה של שבתאי תפקיד קטן בצד היום של טיטאן והשפעתה גדולה יותר בצד הלילה שלו. הצפיפות הגבוהה ביותר של היונוספרה היא בגובה 1,000 – 1,300 ק”מ מעל לקרקע. הירידה בצפיפות היא כאשר השמש נמצאת גבוה מעל לקו האופק. צפיפות האלקטרונים הגבוהה ביותר הייתה 3,000 חלקיקים ל־1סמ”ק בשעות היום והנמוכה ביותר 1,000 חלקיקים ל־1 סמ”ק בלילה. נמצא מתאם מובהק בין היקף היוניזציה ביונוספרה לבין רמתה של פעילות השמש. שטף הקרינה האולטרה־סגולה משתנה במהלך מחזור השמש ומשפיע רבות על צפיפות האלקטרונים ביונוספרה של טיטאן. לאחר 2010 פעילותה של השמש עלתה במהירות, וניתוח נתונים במהלך המעברים של החללית ליד טיטאן בין מאי 2012 לנובמבר 2012 הראתה עלייה בצפיפות האלקטרונים בשיעור של 15% – 20% בשכבות הנמוכות של הביונוספרה(4). בהתקרבות הקיץ לחצי הכדור הצפוני, החל להתפוגג האובך שמעל לקוטב הצפוני (5).
אקלים
באשר לאקלים של טיטאן פותחו שני מודלים. על־פי מודל אחד – עם התחוללות השינויים העונתיים בחצי הכדור הצפוני יתפתחו אדוות גלים, יחצו את האוקיינוסים ההידרוקרבונטיים והוריקנים יתחילו להתערבל מסביב לימים אלה. על־פי המודל השני – התחממות בחצי הכדור הצפוני יכולה להביא גם כן הוריקנים המוכרים בשם ציקלונים טרופיים. על כדור הארץ הציקלונים הטרופיים יונקים את האנרגיה שלהם מהתאדות של מי הימים, ואכן נצפו שינויים קטנים באגםHuron (6). ככול שחצי הכדור הצפוני מקבל יותר אור שמש בתחילת הקיץ, מופיעים הוריקנים דמויי ציקלון. בנוסף, עם המעבר לעונה זו של השנה האגמים הצפוניים מתחילים לזרוח בקרינה הקרובה לאינפרה אדום (7).
עננים
להפתעת החוקרים העידו התצפיות על נוכחות של ענן קרח מתאן מעל לסטרטוספרה. ענן זה צפוף יותר מקרח האתאן שזוהה לפני כן. לא ציפו לענני מתאן בגובה זה, מקום שעל פניו נראה כבלתי אפשרי להתפתחותם של עננים אלה. מה שהעצים את ההפתעה היא העובדה שאפילו טמפרטורה של 203 מעלות מתחת לאפס בחצי הכדור הדרומי אינה מספיק קרה כדי לאפשר התעבות של מתאן לקרח בחלק התחתון של הסטרטוספרה. הטמפרטורות בחלק התחתון של האטמוספרה אינן אחידות לכל אורך החתך האנכי של הסטרטוספרה. תצפיות האינפרה אדום והרדיו של החללית הראו שהטמפרטורה סמוך לקוטב הצפוני נמוכה יותר מזו שמצויה בחצי הכדור הדרומי. התברר שהפרש זה של 12 מעלות ויותר מספיק ליצירת קרח מתאן. נראה שהתהליך ליצירת עננים גבוהים אלה שונה מזה המתרחש באטמוספרה. הצירקולציה הגלובלית של האטמוספרה היא כזו שאוויר חם בקיץ בחצי הכדור הקיצי עולה למעלה לסטרטוספרה ולאט־לאט מתקדם לעבר הקוטב שבו שורר חורף. שם האוויר שוקע כלפי מטה תוך כדי התקררותו ומאפשר היווצרות של ענני מתאן. בדומה לתהליכים מקבילים על כדור הארץ ועל המאדים. ענני המתאן מצויים מקו הרוחב 65 צפון ומעלה. ההערכה היא שעננים אלה מתפתחים בגובה של 50 – 130 ק”מ. עם ההתקרבות לחורף בחצי הכדור הדרומי תיבדק התפתחות של עננים מסוג זה (8). עננים אלה נצפו ב־20 ביולי 2014 וב־22 ביולי 2014 מעל אגם Mare ligeia . מדידות מעל לקוטב הדרומי הראו שמהירות הרוח היא בין 14.2 ל־16 קמ”ש (9). ב־2013 נצפתה התהוות של ענן חדש מעל הקוטב הדרומי, אם כי הרכבו לא ידוע. אובך של קרח דומה נמצא גם בקוטב הצפוני. העונה בו עכשיו היא אביב (10).
אגמים וימים
הים הגדול ביותר על טיטאן הוא Kraken Mare ששטחו כשטחם של הים הכספי והאגם Superior Lake יחד (11). הים השני בגודלו של טיטאן הוא Mare Ligeia ששטחו 125,000 קמ”ר (12). לאגמים של טיטאן צורות שונות. ישנם כאלה שהם מעוגלים וכאלה שהמורדות שלהם תלולים. אלה נוצרו כנראה בעקבות התפרצויות געשיות או התפתחות של אדמה קרסטית שנוצרת בעקבות המסתם של שכבות סלע מסיסים (13). במהלך התצפיות נמצאה דרך למדוד את עומק האגמים בשתי מדידות מכ”מ. במדידה אחת בודקים את פני השטח של האגם ובבדיקה השנייה בודקים את הקרקעית שלו. הפרש הזמנים בין שתי המדידות מאפשר לחשב את עומק האגמים. נמצא כי עומקו של Mare ligeia הוא 160 מטר. באמצעות ניסויים מעבדתיים אפשר ללמוד על הרכבו של האגם (14). תצפיות שנעשו ב־2013 הראו שפני השטח הם חלקים כמו מראה, מה שמעיד על כך שרוחות לא נשבו אז במקום.
במהלך התצפיות של הקאסיני מדידת הרוחות הראתה שמהירותם קטנה מדי כדי ליצור גלים באגמים. תצפיות שנעשו לראשונה בקיץ בחצי הכדור הצפוני הראו שמהירות הרוחות מתקרבת לסף הדרוש ליצירת גלים. מודלים שנבנו לצורך זה הראו שמהירות של שניים שלושה קמ”ש מאפשרת זאת. בבוא האביב והקיץ לחצי הכדור הצפוני המהירות היא 3 קמ”ש ויותר, תלוי בהרכב האגם ובמהירות הרוחות. גובה הגלים יכול להגיע ל־15ס”מ (6) ההערכה היא שמִשכם של הגלים הוא קצר מאוד (15).
טופוגרפיה
לראשונה הפיקו החוקרים מפה טופוגרפית של טיטאן אם כי בהיקף חלקי. קרוב לוודאי שאִלוּ החללית הייתה מוכנסת למסלול סביבו המיפוי היה מלא. היקף המיפוי הוא 50% מפני השטח כדוגמת חללית המגלן שהקיפה את נוגה. נמצא שפני השטח בקטבים הם מישוריים ונמוכים מאזור קו המשווה (16).
דיונות
הדיונות שבאזור קו המשווה עשויות מחול דמוי פלסטיק וכיוון תנועתן הוא מערב – מזרח ההיפך ממה שחשבו. התנועה היא אִטית, דומה לשינויים שחלו בתקופות הקרח על כדור הארץ. על כדור הארץ דיונות ענק משנות את כיוון תנועתן במשך אלפי שנים. על פני טיטאן תנועת הדיונות באזור קו המשווה היא אִטית יותר בשל מהירותן הנמוכה של הרוחות (17). בעקבות ניסויים מעבדתיים שנמשכו שנתיים במנהרות אוויר שחיקו את תנאי השטח ואת האטמוספרה של טיטאן התברר שמהירות הרוח גדולה ב־50% ממה שחשבו. המסקנה אליה הגיעו החוקרים היא שפעמיים בשנה (שנה של טיטאן – 30 שנה של כדור הארץ) הרוח משנה את כיוון תנועתה. שינוי זה מתרחש כאשר השמש עוברת מעל לקו המשווה וגורמת לאטמוספרה ובמיוחד לרוח לשנות את כיוון תנועתה. מִשכו של השינוי הוא קצר והתנועה היא מערב – מזרח (18).
הופעות פתאומיות של בליטות
באחד התצלומים של Mare Ligeia ב־10 ביולי 2013 הופיע פתאום וכך גם נעלם גוף גדול ממדים שרוחבו 9.6 ק”מ ואורכו 19.2 ק”מ. לא ידוע ממה הוא עשוי והוא קיבל את השם אי הקסמים magic island)). יכול להיות שמדובר בקרחון הצף מסביב, או חומר שניתק מהקרקעית (19) . תופעה דומה נצפתה בין מאי 2013 לאוגוסט 2013 ב־Kraken Mare (20).
תכניות לעתיד
בעקבות ההצלחה הבלתי־רגילה של החללית קאסיני מתחילים לחשוב על חללית המשך. הרעיון שדנים בו הוא שיגור כדור פורח שישייט באטמוספרה ויחקור את פני השטח והאגמים של טיטאן או שיגור נחתת. לכדור הפורח או לנחתת יוצמד drone שירד לקרקע ,ידגום אותה ויחזור לכדור הפורח להטעין אותו מחדש (21). מדובר ברעיון ראשוני בלבד. עדיין לא ברור כמה זמן הכדור הפורח ישהה באטמוספרה, מה יהיו מקורות הכוח של הכדור פורח או של הנחתת והאם תהיה בהם מעבדה קטנה שתבדוק את דגימות הקרקע ואולי הן תובאנה לכדור הארץ. בכל מקרה מדובר באתגר מורכב ביותר.
הערות
1. POLYEYCIC AROMATIC HYDROCARBONAT
http://www.thefreedictionary.com/Polycyclic+aromatic+hydrocarbons
2. PROTONATED HYDROGEN CYANIDE)
HCNH+ – Wikipedia, the free encyclopedia
3. ethyl group
http://en.wikipedia.org/wiki/Ethyl_group
מקורות
1. “Cassini sees precursors to aerosol ‘snow’ on Titan ” 6.6.2013
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Sees_Precursors_To_Aerosol_Snow_On .Titan_999.html
2. “Ocean on Saturn moon could be as salty as the Dead Sea” 2.7.2014
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/newsreleases/newsrelease 20142702
3. “Organic molecules in Titan’s atmosphere intriguinty skewed” 24.10.2014
http://www.spacedaily.com/reports/Organic_Molecules_In _Titan’s_ Atmosphere intriguinty _Skewed__999.html
3a . “Cassini finds ingredient of household plastic in space” 7.10.2013
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Finds_Ingredient_Of_household_ Plastic _In_Space__999.html
4. “The active Sun boosts Titan’s outer atmosphere” 17.10.2013
http://www.spacedaily.com/reports/The_Active_Sun_Boosts_Titan’s_Outer_ Atmosphere__999.html
5. PIA17470: Titan’s northern lakes : salt flats?
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17470
6. “Wild weather could be ahead on Titan” 24.5.2013
http://www.spacedaily.com/reports/Wild_Weather_Could_Be_Ahead_On Titan__999.html
7. Stephan C. – “Cassini mission continues pulling back the veil on Titan” 5.3.2014
http://www.spaceflightnow.com/news/n1403/05titan/UxgiO00ULU
8. “NASA finds Methane ice cloud in Titan’s stratosphere” 24.10.2014
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/cassinifeatures/feathere20141024
9. PIA18420: Clouds over Ligeia Mare on Titan”
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA18420
10. “It’s fall on Titan: Icy cloud Methane Saturn moon’s season” 11.4.2013
http://www.space.com/20632-titan-ice-cloud-fall-photo.html
11. PIA17470 : Titan’s northern lake : Salt flats?
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA1740
12. PIA17844: Titan Lake Country
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17844
13. PIA17471: Dark lakes on bright landscape
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17471
14. “Cassini nears 100th Titan fly by with a look back” 9.3.2014
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Nears_100th_Titan_Fly_By_With_A _Look_Back__999.html
15. Stuart G. – “Waves’ spotted on Titan’s seas” 23.6.2014
http://www.abc.net.au/science/articles/2014/06/231/4030008.htm
16. “Cassini shapes first global map of Titan” 20.5.2013
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Shaped_First_Gglobal_Map_Of_Titan__999.html
17. Blaine F. – “Plastic ‘wrong way’ dunes arise on Saturn moon Titan” 16.5.2014
http://phys.org/news/2014-05-plastic-wrong-way-dunes-arise-on-saturn-moon-html
18. ” Tennesee research 0ffers explanation for Titan dune puzzle” 9.12.2014
http://www.spacedaily.com/reports/ University_Of_ Tennesee_Research_0ffers_Explanation_For_ Titan_ Dune_ puzzle__999.html
19. ” Mystery object in lake on Saturn moon Titan intrigues scientist” 22.6.2014
http://theguardian.com/science/2014/jun/22/mystery-object-in-lake-on-Saturn- titan – intrigues -scientist-nasa
20. PIA19047: Bright feature appears in Titan’s Kraken Mare
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA19047
21. “NASA considers sending quadrocopter drone to look for life on Titan” 23.6.2014
http://www.spacedaily.com/reports/NASA_Considers_Ssending_Qquadropter_ Drone _ To _ Look _ For_ Life _On _Titan__999.html
