Największy księżyc Saturna, Tytan, to jedyne miejsce poza Ziemią, o którym wiadomo, że ma na powierzchni atmosferę i ciecze w postaci rzek, jezior i mórz. Ze względu na wyjątkowo niską temperaturę ciecze na Tytanie składają się z węglowodorów, takich jak metan i etan, a powierzchnia jest wykonana ze stałego lodu wodnego. Nowe badanie, prowadzone pod kierunkiem planetologów z Uniwersytetu Hawai'i w Manoa, ujawniło, że metan może być również uwięziony w lodzie, tworząc wyraźną skorupę o grubości do sześciu mil, która podgrzewa znajdującą się pod spodem powłokę lodową i może również wyjaśniać Bogata w metan atmosfera Tytana.
Zespół badawczy, kierowany przez współpracownika badawczego Lauren Schurmeier, w skład którego wchodzą także Gwendolyn Brouwer, doktorantka oraz Sarah Fagents, zastępca dyrektora i badaczka, w Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology (HIGP) w UH Manoa School of Ocean i Nauka o Ziemi i technologia (SOEST) zaobserwowała na podstawie danych NASA, że kratery uderzeniowe Tytana są o setki metrów płytsze niż oczekiwano, a na Księżycu zidentyfikowano tylko 90 kraterów.
„To było bardzo zaskakujące, ponieważ na podstawie danych innych księżyców spodziewamy się zobaczyć o wiele więcej kraterów uderzeniowych na powierzchni i kraterów znacznie głębszych niż te, które obserwujemy na Tytanie” – powiedział Schurmeier. „Zdaliśmy sobie sprawę, że coś wyjątkowego dla Tytana musi powodować, że stają się płytsze i stosunkowo szybko znikają”.
Aby zbadać, co może kryć się za tą tajemnicą, badacze przetestowali na modelu komputerowym, w jaki sposób topografia Tytana może się rozluźnić lub odbić po uderzeniu, jeśli skorupa lodowa zostanie pokryta warstwą izolującego lodu klatratu metanu, rodzaju stałego lodu wodnego z metan uwięziony w strukturze krystalicznej. Ponieważ początkowy kształt kraterów Tytana jest nieznany, badacze stworzyli model i porównali dwie prawdopodobne początkowe głębokości w oparciu o świeżo wyglądające kratery o podobnej wielkości na lodowym księżycu podobnej wielkości, Ganimedesie.
„Dzięki temu podejściu do modelowania byliśmy w stanie ograniczyć grubość skorupy klatratu metanu do pięciu do dziesięciu kilometrów [about three to six miles] ponieważ symulacje wykorzystujące tę grubość dały głębokość kraterów, która najlepiej odpowiada obserwowanym kraterom” – powiedział Schurmeier. „Skorupa klatratu metanu ogrzewa wnętrze Tytana i powoduje zaskakująco szybką relaksację topograficzną, co skutkuje spłycaniem kraterów w tempie zbliżonym do szybkości szybkiego poruszające ciepłe lodowce na Ziemi.”
Atmosfera bogata w metan
Oszacowanie grubości metanowej powłoki lodowej jest ważne, ponieważ może wyjaśnić pochodzenie bogatej w metan atmosfery Tytana i pomóc badaczom zrozumieć obieg węgla na Tytanie, „cykl hydrologiczny” oparty na ciekłym metanie i zmieniający się klimat.
„Tytan to naturalne laboratorium do badania sposobu, w jaki metan będący gazem cieplarnianym ogrzewa się i krąży w atmosferze” – powiedział Schurmeier. „Ziemskie hydraty klatratu metanu, znalezione w wiecznej zmarzlinie Syberii i poniżej dna morskiego Arktyki, obecnie destabilizują i uwalniają metan. Zatem lekcje od Tytana mogą dostarczyć ważnych informacji na temat procesów zachodzących na Ziemi”.
Struktura Tytana
Topografia Tytana ma sens w świetle nowych odkryć. A ograniczenie grubości skorupy lodowej klatratu metanu wskazuje, że wnętrze Tytana jest prawdopodobnie ciepłe, a nie zimne, sztywne i nieaktywne, jak wcześniej sądzono.
„Klatrat metanu jest silniejszy i bardziej izolujący niż zwykły lód wodny” – powiedział Schurmeier. „Skorupa klatratowa izoluje wnętrze Tytana, sprawia, że wodna skorupa lodowa jest bardzo ciepła i plastyczna, co sugeruje, że lodowa skorupa Tytana ulega lub powoli konwekowała”.
„Jeśli w oceanie Tytana pod grubą skorupą lodową istnieje życie, wszelkie oznaki życia (biomarkery) musiałyby zostać przetransportowane w górę lodowej skorupy Tytana, gdzie będziemy mogli łatwiej uzyskać do nich dostęp lub je obejrzeć w przyszłych misjach” – dodał Schurmeier. „Jest to bardziej prawdopodobne, jeśli lodowa skorupa Tytana jest ciepła i konwekcyjna”.
Dzięki misji NASA Dragonfly na Tytana, która ma wystartować w lipcu 2028 r. i dotrzeć w 2034 r., badacze będą mieli okazję przeprowadzić bliskie obserwacje tego księżyca i dokładniej zbadać lodową powierzchnię, w tym krater o nazwie Selk.