Obsah:
Před deseti lety malá, ale mocná sonda sestoupila do polévkové atmosféry Titanu. Tento měsíc Saturnu je velmi zajímavý pro astrobiology, protože jeho chemie a koloběh kapalin nám připomínají, jak mohla raná Země vypadat před vznikem života.
Sonda zvaná Huygens se dostala na povrch a celou cestu přenesla snímky. Na povrchu zůstala živá déle než hodinu a přenášela data do kosmické sondy Cassini na oběžné dráze NASA pro pozdější analýzu vědci.
Během dlouhodobých misí někdy trvá roky, než se prozkoumají všechna data shromážděná sondami, protože vyšetřovatelé toho musí prozkoumat tolik. O deset let později teprve začínáme chápat, jak se vytvořila atmosféra Titanu, většinou na základě toho, co Huygens pozoroval v lednu 2005.
Údaje by mohly pomoci urovnat debatu o tom, jak Titan získal svou atmosféru, řekl Christopher Glein, postdoktorandský výzkumník na University of Toronto v Kanadě.
Jeden scénář, populárnější, než se Huygens dostal na povrch, naznačoval, že Měsíc pohltil dusík, metan a vzácné plyny, které se během formování vznášely ve sluneční soustavě. Další teorie, a ta, kterou podporuje Glein, tvrdí, že atmosféra byla vytvořena na Titanu jako důsledek hydrotermální aktivity.
"To je myšlenka, kterou zkoumám - produkce plynů uvnitř Titanu," řekl Glein.
Hledání vzácných plynů
Sonda Huygens našla izotop argonu - vzácný plyn, který se také nachází v zemské atmosféře - který se zdál být vytvořen v předpokládaném kamenném jádru Titanu. Argon-40 je radioaktivní produkt, který vzniká radioaktivním rozpadem draslíku-40. Vzniklo uvnitř Titanu, řekl Glein, a pak se nějakým způsobem dostalo do atmosféry, možná ventilací nebo kryovulkanismem (studené sopky, které mohou vybuchovat směsi kapalné vody).
To, jak byl plyn uvolněn, je odrazem geofyzikálních procesů, které závisí na vnitřní struktuře Titanu. Možná je Titan ještě teplejší, než se myslelo. Některé modely předpovídají, že vnitřek Titanu by měl být teplý, ale aby se tak stalo, jeho struktura by musela být odlišena.
To by mohlo znamenat, že Titan má (nebo kdysi měl) horké skalnaté jádro obklopené oceánem s ledovou skořápkou překrytou navrchu. Struktura by se podobala tomu, co se předpokládá na Jupiterově satelitu Ganymede, největším měsíci ve sluneční soustavě, a na rozdíl od měsíce Callisto, dalšího velkého měsíce Jupiteru, který je většinou nediferencovaný, řekl Glein.
"Neexistuje jednomyslná shoda," dodal. "Klíčovým pozorováním je gravitační pole - které nám říká, k jak velkému oddělení hmoty došlo během formování a evoluce Titanu. Pokud existuje skalnaté jádro a skořápka oceánského ledu, mělo by dojít k velkému oddělení. Ale Titan je země nikoho nejednoznačnosti mezi Ganymedem a Callisto. Ještě nemůžeme být definitivní."
Gleinův příspěvek k souboru znalostí o původu atmosféry Titanu spočíval ve vytvoření matematického znázornění geochemie těkavých prvků Titanu za předpokladu, že Měsíc je diferencovaný a vzácné plyny pocházejí z kamenného jádra.
"Udělal jsem nějaké výpočty a spojil tečky dohromady. To vše by mohlo dávat smysl z hlediska většího příběhu," řekl.
Podobnosti a rozdíly s Jovianskými měsíci
Glein předpokládal, že stavební kameny Titanu budou mít chemii podobnou určitému druhu ledu, který odráží primitivní materiál sluneční soustavy, jako jsou komety. Oxid uhličitý a amoniak nacházející se v těchto malých tělesech mohou produkovat metan a dusík, pokud jsou vařeny v hydrotermálním systému. Uvnitř Titanu je možné, že tato kombinace odpovídá za dusík a metan, které nyní sídlí v jeho atmosféře.
Podle Gleina se některé vzácné plyny chovají velmi podobně (pokud jde o to, jak snadno tvoří plyny) jako metan a dusík, což jsou plyny, které dávají Titanu atmosféru. Například dusík je podobný argonu a metan se chová podobně jako krypton. Tyto analogie vzácných plynů umožnily Gleinovi vypočítat, kolik metanu a dusíku může přejít z kamenného jádra do atmosféry, na vzdálenost nejméně 500 kilometrů.
Například standardní modely ukazují, že závan argonu-36 detekovaný Huygensem lze vysvětlit, pokud se na vrchol dostanou pouze 2 procenta z celkového množství v jádře. Podobně by měl dusík také vytékat ven asi o 2 procenta a Glein zjistil, že to stačí k vysvětlení množství dusíku, které najdeme v atmosféře Titanu. Dospěl k podobnému závěru pomocí kryptonu k odhadu procenta odplynění metanu.
Problém je v tom, že velká část práce je založena na jediné misi a pouze několika hodinách dat. Zatímco Cassini stále pravidelně prolétává kolem Titanu, její přístroje (spolu s větší vzdáleností) nejsou dostatečně citlivé, aby shromáždily přesné množství stopových vzácných plynů, které by zlepšily výsledky Huygens. Podobně jsou obtížná teleskopická pozorování, protože Titan je pro tuto náročnou práci příliš daleko.
"Myslím, že nakonec budeme potřebovat další misi na Titan, jako je rover, a myslím si, že pravděpodobně i Jupiterův systém v nejbližší budoucnosti. Jsou tam užitečné informace," řekl Glein.
"Jedna z dalších otázek se pokouší vyřešit, proč Ganymede a Callisto nemají atmosféru jako Titan," dodal. "Pokud se nám podaří získat nová data zejména z Ganymedu, můžeme otestovat tento model a získat obecné pochopení toho, co se děje. To je také klíčový další krok při testování hypotézy hydrotermální sluneční soustavy, kde zdroje tepla uvnitř ledových světů umožňují kapalná voda přetrvávat a řídit geochemické přeměny uhlíku a dusíku. To by mohlo připravit půdu pro podpovrchový život."
Nadcházející mise NASA Juno dorazí k Jupiteru v roce 2016 a mohla by pomoci, pokud jde o měření globálního množství vody na Jupiteru a vysvětlení, jak se jeho měsíce vytvořily z plynového mraku, který zrodil Jupiter, řekl Glein. Ještě dále je evropská mise JUICE, která se podívá na několik ledových měsíců Jupiteru ve 30. letech 20. století a mohla by shromáždit více informací o chemii a nitru Ganymedu.
