טיטאן – חלק 4+5: נהרות, אטמוספירה ואקלים

להוציא את החנקן שהוא המרכיב הדומיננטי של האטמוספירה, גז אחר בעל משמעות רבה הוא המתאן,
קניונים בחצי הכדור הדרומי של טיטאן, בהדמיית מכ"מ מהחללית קאסיני. צילום: נאס"א

כפי שהובחן בתצפיות קודמות של הסיני על הקרקע של טיטן נמצאים תוואים בעלי צורה מובהקת של נהרות, אלא שבמקום מים זורם בהם מתאן נוזלי (הטמפרטורות הנמוכות של טיטן מאפשרות זאת). יוצגו כאן מספר דוגמאות.

1. Arcus Hotei המתוחם על ידי שרשראות הרים בדרום ובצפון על ידי עמק נרחב. מפסגות ההרים יורדים כלפי מטה מספר ערוצים בהירים שהם כנראה נהרות יבשים אשר נחצבו על ידי מתאן שזרם בהם בעקבות גשמים בתוך העמק. הנהרות מגיעים עד לתצורות של אונות (lobate) שעוביין בין 150-200 מטר. מיקום 78 מעלות מערב, 28 מעלות דרום)

2. בחצי הכדור הדרומי ב-240 מעלות מערב, 71 מעלות דרום, מצויה מערכת מורכבת של קניונים שנחצבו על ידי זרם שוטף של נהרות מתאן. הזרימה היתה ממקומות גבוהים למקומות נמוכים. הנפיצות הרבה של יובלים מראה שהגשמים הם בעלי יכולת ארוזיבית חזקה מאוד על הקרקע. הרושם המתקבל הוא שטיטן פעיל מאוד מבחינה גיאולוגית. נראה שהקניונים מולאו בעבר על ידי חומר גרגרי דק אשר בתצלומי המכ"מ נראה כהה. חומר זה נחצב על ידי נהר גדול וגשמים (2).

3. בקוטב הצפוני נמצאה תצורת נהר המזכירה את הנילוס הזורמת לכיוונו של ים גדול. אורכה 400 ק"מ. מתצורה זו ישנה הסתעפות של יובלים (3).

על טיטן נמצאה תופעה המזכירה נוף קרסטי. זו תופעה הקשורה להמסת סלעים בעקבות חדירה של מים לתוכם והיא מלווה בשקעים, עמקים ומחילות תת-קרקעיות. הנוף הקרסטי מצוי באזורי אקלים לח או לח למחצה. הוא מצוי בסלעי גיר ודולומיטים. המקום בו נמצאו תצורות קרסטיות על טיטן הוא Sikun Labyrinthus (4).

אטמוספירה
להוציא את החנקן שהוא המרכיב הדומיננטי של האטמוספירה, גז אחר בעל משמעות רבה הוא המתאן, מולקולות המתאן הן בעלות אורך חיים קצר מכיון שהן מפורקות באופן רציף על ידי אור השמש ובמקומן נוצרות מולקולות מורכבות יותר. באותה מידה בה קיימים מים כבדים כך גם קיים מתאן כבד. ההבחנה בין המתאן הקל למתאן הכבד הוא באיזוטופי הפחמן הבונים את מולקולות המתאן. הפחמן הרגיל הוא פחמן 12 והכבד וגם נדיר הוא פחמן 13. בגלל משקלן הנמוך של המולקולות שבהן פחמן 12, התפרקותן והפיכתן למולקולות מורכבות יותר היא במידת מה מהירה יותר מאשר פחמן 13. לכן העלייה בריכוז של פחמן 13 באטמוספירה היא איטית יותר. בניית מודלים הבוחנים את הריכוז של פחמן 13 מאפשרים לבדוק כמה זמן פעילות כימית זו קיימת באטמוספירה של טיטן.

בהתבסס על אחד המודלים הגיעו להערכה שגילו של המתאן בטיטן הוא 1.6 מיליארד שנה כ-1/3 מגילו של טיטן. בריחתו של המתאן משכבות האטמוספירה העליונה מעלות שאלות לגבי גיל זה. מחקרים אחרים המתבססים על עובדה זו מקצרים את גילו של המתאן בצורה משמעותית. ההערכה על פי מחקרים אלה היא שגיל המתאן הוא 10 מיליון שנה. על פי שני המודלים מקורו של המתאן הוא בפנימו של טיטן ועלייתו אל פני השטח בפרץ אחד. כתוצאה כך שחומרים כבדים שקעו לעבר מרכזו של הירח וחומרים קלים עלו למעלה לעבר הקרקע. מסיבה זו האיזוטופים שלו הם צעירים תמיד. תהליך ממין זה סותר את ההערכה שאליה התייחסנו קודם לכן.

מקור אפשרי למתאן הוא Methane Clathrate –מולקולות מתאן הכלואות בתוך סריג ( lattice ) של מולקולות קרח. על כדור הארץ מקורו של ה- Methane Clathrate הוא במעמקי הקרום של אוקיינוסים. מסיבה זו יש מי שחושבים שמתחת לקרקע של טיטן מצוי אוקיינוס של מים נוזליים מעורבים עם אמוניה הפועלת כנוגדת קיפאון ( anti freeze ). אם השערה זו היא נכונה המתאן מגיע לקרקע באמצעות קריאוולקניזם או שהוא מתפרץ לקרקע דרך סדקים שבקרום (5).

התברר שהאטמוספירה התחתונה עשויה משתי שכבות השונות מהשכבות שמעליהן בטמפרטורה שלהן. עובייה של השכבה התחתונה 800 מטר המשתנה על בסיס יומי (יום של טיטן). עובייה של השכבה העליונה 2 ק"מ והיא משתנה עם שינויים במזג האוויר (6).
ערפל

חללית הקסיני זיהתה נוכחות של ערפל לאורך הקוטב הדרומי. הערפל מצידו מעיד על נוכחות של מאגרי מתאן נוזלי על קרקע הירח המתאדים לתוך האטמוספירה. נראה שהאידוי מתרחש בסוף הקיץ בשטחים נרחבים של הקוטב. המצאות הערפל היא בבחינת עדות נוספת למחזור הידרולוגי של מתאן באטמוספירה. ערפל על כדור הארץ יכול להיווצר כאשר הלחות היא בשיעור של 100%. האידוי יכול למתרחש במספר מצבים. דרך אחת היא הוספת מים לאוויר. הדרך השניה והנפוצה יותר מתרחשת כאשר האוויר מתקרר בצורה כזו שהוא אינו יכול להחזיק כמות גדולה יותר מים ואלה עוברים תהליך של עיבוי (CONDENSE ). עם זריחת השמש האוויר מתחמם והערפל מתפוגג. היווצרות הערפל יכולה להתרחש גם כאשר אוויר קר עובר מעל לקרקע קרה. עם התקררות האוויר, המים מתעבים (CONDENSE ). באופן דומה הערפל יכול להיווצר כאשר אוויר לח עובר מעל הרים. הוא נדחף למעלה מצדיהם של הרים וגורם למים להתעבות. אף אחד ממנגנונים אלה לא מתקיים על טיטן. הסיבה לכך היא שלאוויר נדרש זמן רב כדי להתקרר או להתחמם.. גם אם השמש היתה נכבית לגמרי היו נדרשות 100 שנים לאטמוספירה של טיטן להתקרר לגמרי. בנוסף לכך גם החלקים הקרים ביותר על הקרקע חמים מדי מכדי לאפשר התעבות. הדרך היחידה להיווצרות ערפל על טיטן היא התאדות המתאן הנוזלי. חייב להיות גשם של מתאן, זרמים של מתאן ממאגרים, ארוזיה וגיאולוגיה. הערפל מעיד על כך שלטיטן יש מחזור מתאן הידרולוגי פעיל.

נוכחות הערפל מעידה גם על כך שחייבים להיות מאגרי מתאן. הסיבה לכך היא שכל אוויר קרקעי אחרי שאחוז הלחות בו מגיע ל – 100% והופך לערפל, עולה (האוויר) במהירות לאטמוספירה כמו ענן קומולוס ( cumulus cloud ) גדול. הדרך היחידה לגרום לכך שהערפל ידבק לקרקע היא להוסיף לחות ולקרר במקצת את האוויר. קירור האוויר במידה קטנה יכול להיעשות על ידי יצירת מגע עם משהו קר כמו מאגר מתאדה של מתאן נוזלי (7).
אובך

בתצלומים מה – 22.5.2012 ומה- 7.6.2012 רואים סימנים להיווצרות אובך מעל הקוטב הדרומי. האובך נוצר בגובה מאות קילומטרים מעל הקרקע. כאשר הקסיני הגיעה לשבתאי נראה אובך בקוטב הצפוני שהיה אז בעונת החורף שלו (8). בגובה של 200 ק"מ מעל לקוטב נמצאו גם אירוסולים. מכיון שתופעה זו לא נצפתה קודם לכן, היה ברור שמדובר בדבר מה חדש (9). באירוסולים הבחינו לראשונה ב-2011 אך עדיין לא ידוע שום דבר על אפיוניהם (10).

מקורות לחלק זה:
1. PIA11838: Rainy day at Hotei Arcus
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11838
2. PIA12036: Southern canyons of Titan
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA12036
3. "Cassini spots mini Nile river on Saturn moon" 13.12.2012
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Spots_Mini_Nile_River_On_Saturn _moon
4. "Is that Titan or Utah?" 8.4.2010
http://www.spacedaily.com/reports/Is_That_Titan_Or_Utah_999.html
5. Steigerwald B.-"NASA research estimates how long Titan's crmical factory has been in business" 27.4.2012
http://www.spacedaily.com/reports/NASA_Research_Estimates_How_Long_Titan's _Chemical_ Factory_ Has_ Been _In _Business_999.html
6. Choi Charles Q. –"Saturn's moon Titan may be more Earth like than thought" 16.1.2012
http://www.space.com/14247-saturn-moon-titan-atmosphere-earth.html
7. "Scientists discover fog on Titan" 18.12.2009
http://www.physorg.com/news180350535.html
8. PIA15029: Winter's coming
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA156029
9. "The Titanian seasons turn, turn, turn" 11.7.2012
http://www.spacedaily.com/reports/The_Titanian_Seasons_Turn_Turn_Turn_999.html
10. "Haze on Saturn's moon Titan may hold ingredients for life" 8.10.2010
http://www.sciencedaily.com/releases/2010/10/101008105847.htm

טיטן (5) – אקלים, רוחות

עונות השנה
מכיון שטיטן יחד עם שבתאי מקיף את השמש פעם ב–29.5 שנים, כל עונה על פניו נמשכת קצת יותר-7 שנים. צוות המחקר של הקסיני התחיל להבחין בשינויים עונתיים משמעותיים בין יולי 2004 (תחילת הקיץ בחצי הכדור הדרומי) ובין אפריל 2010 תחילתו של האביב בחצי הכדור הצפוני (1). האטמוספירה שלו מגיבה בקצב איטי מכיון שכמות האור המגיעה אליה מהשמש היא מאית מזו שכדור הארץ מקבל. העננים נעים כמו אלה של כדור הארץ, אך באיטיות רבה יותר (2). ב-2011 הבחינו בפעילות מטארולוגית בקווי רוחב נמוכים וציפו לכך ששינויים אלה ינועו לעבר קווי רוחב גבוהים (3).
במשך מספר שנים הקסיני צפתה בעננים בקווי הרוחב הבינוניים בחצי הכדור הדרומי. בתצפיות שנעשו ב- 2009 באזור קו המשווה ב- equinux ( המקום בו השמש נמצאת בדיוק מעל קו המשווה של שבתאי ושל הירחים שלו) הבחינו בשינוי עונתי הנע לעבר קווי הרוחב הנמוכים (4)
למרות שטיטן קר יותר מכדור הארץ, הדפוס האקלימי שלו דומה לזה דומה לזה של כדור ארץ חם מאוד (super hot earth ) מאשר לכדור ארץ מושלג. הסיבה לכך היא שבטמפרטורות הנמוכות של טיטן, המתאן נדיף (volatile ) יותר מאשר אדי מים בטמפרטורות של כדור הארץ זאת הסיבה לכך שהאקלים על טיטן מוגדר כטרופי. להוציא את הנוכחות של מתאן, מה שתורם גם הוא להתנהגות אקלימית מוזרה זו הוא סיבובו האיטי של מתאן סביב עצמו (16 ימים ארציים). האקלים על כדור הארץ משתרע בין קווי הרוחב 0 30 צפון ודרום ועל טיטן אקלים זה מכסה את הירח כולו (2).
רוחות
בהסתמך על מודלים המטפלים בסיבובם של כוכבי לכת סביב עצמם ועל ממצאיה של חללית ההויגנס התקבלה ההערכה שכיוון תנועתן של הרוחות הקרקעיות הוא מזרח מערב. כאשר חללית הקסיני החלה לשדר ארצה ב-2005 את התמונות הראשונות של דיונות , כיוונן של אלה הביא להערכה הפוכה שעל פיה הרוחות נעות ממערב למזרח. ההסבר שניתן לכך הוא ששינויים עונתיים הופכים את כיוונן של הרוחות לזמן קצר עם חילופי העונות. משבי רוח אלה נמשכים שנתיים בכיוון מערב-מזרח. עוצמת הרוחות בכיוון זה היא חזקה עד כדי יכולת להעביר בצורה טובה יותר חול מאשר בתנועה הרגילה מזרח –מערב. הרוחות שכיוונן מזרח-מערב אינן חזקות מספיק להעביר כמויות משמעותיות של חול (5).
באחת התצפיות הבחינו בסערה חזקה במיוחד שנראתה כמו חץ באזור קו המשווה. לסערה זו היו השפעות חזקות מאוד כמו יצירת אזורים כהים-קרוב לוודאי לחים על הקרקע. עם התפוגגותה של הסערה נראו שינויים משמעותיים על הקרקע בקו הגבול הדרומי של שדה הדיונות Bellet . שינויים אלה מכסים שטח של חצי מיליון קמ"ר (6) מכיון שהאטמוספירה של טיטן צפופה יותר מזו של כדור הארץ (1.6) ושטחו של הירח קטן יותר, הולכת הקול (voice conductivity), היא חזקה יותר. מתקבל הרושם שהסערה לוותה גם בסערת רעמים רמת עוצמה הרבה מעבר למה שמוכר על כדור הארץ (השערת הכותב-חיים מזר).

בצילומים שנעשן ב – 27.6.2012 הבחינו בריכוז של אובך בגובה רב מאוד. ובהיווצרות של מערבולת ( vortex ) בקוטב הדרומי, עדות לכך שמתרחשים שינויים עונתיים. תופעה דומה לכך נצפתה בקוטב הצפוני ב-2004 בעונת החורף שלו. באותו זמן הצירקולציה של האטמוספירה העליונה נעה מהאזור המואר של הקוטב הצפוני לעבר הקוטב הדרומי המתקרר. תנועה זו גורמת לאובך המצוי בגבהים ולמערבולות (7).
מקורות
1. " Spring on Titan brings sunshine and patchy clouds" 23.9.2010
http://www.spacedaily.com/reports/Spring_On_Titan_Brings_Sunshine_And_ Patchy _Clouds_999.html
2. "Saturn's Titan-A unique world in the solar system-could life be Methane based?"
10.5.2011
http;//www.dailygalaxy.com/my_weblog/2011/05/Satun's-titan-a-unique-
world–in-the-solar-system-could–life-be-methane –based.html?utm_source=feedbu
3. Hetch J. –"Ethane lakes in red haze: Titan's uncanny moonscape" 11.7.2011
http;//www.newscientist.com/mg21128201.600-ethane-lakes-in-red-haze-titans uncanny- moonscape.html?/full=true
4. PIA12813: Titan's moving mid latitude clouds
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA12813
5. "Cassini helps with dune whodunit" 30.7.2010
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Helps_With_Dune_Whodunit_999.html
6. PIA12817: Titan's arrow shaped storm
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA12817
7. "The Titanian seasons turn, turn, turn" 11.7.2012
http://www.spacedaily.com/reports/The_Titanian's_Seasons_Turn_Turn_Turn_999.html

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן