Tytan, księżyc Saturna, posiada skorupę, która wyrównuje jego powierzchnię

Największy księżyc Saturna, Tytan, ma izolującą, bogatą w metan skorupę o grubości około 9,5 kilometra, która może wyjaśniać czemu to niezwykłe ciało niebieskie posiada atmosferę.

Największy księżyc Saturna, Tytan, jest jedynym miejscem poza Ziemią, które posiada atmosferę, rzeki i zbiorniki na swojej powierzchni, choć ze względu na ekstremalnie niską temperaturę, płyny na nim składają się z węglowodorów, takich jak metan i etan, a powierzchnia zbudowana jest ze stałego lodu wodnego.

Nowe badanie opublikowane w The Planetary Science Journal, prowadzone przez naukowców z University of Hawai’i w Mānoa, pod kierownictwem Laurena Schurmeiera, ujawniło, że metan może być również uwięziony w lodzie, tworząc wyraźną skorupę o grubości do około 9,5 kilometra, która ogrzewa leżącą poniżej skorupę lodową i może również wyjaśniać bogatą w metan atmosferę Tytana. Naukowcy zaobserwowali w danych NASA, że kratery uderzeniowe są na nim o setki metrów płytsze niż oczekiwano, a na księżycu zidentyfikowano ich tylko 90.

„Było to bardzo zaskakujące, ponieważ na podstawie innych księżyców spodziewamy się zobaczyć znacznie więcej kraterów uderzeniowych na powierzchni i to takich, które są znacznie głębsze niż to, co zaobserwowaliśmy na Tytanie. Zdaliśmy sobie sprawę, że coś unikalnego musi powodować, że stają się one płytsze i znikają stosunkowo szybko” – mówi Schurmeier.

Aby zbadać, co może kryć się za tą tajemnicą, naukowcy przetestowali w modelu komputerowym, w jaki sposób topografia Tytana mogłaby się poluzować lub odbić po uderzeniu, gdyby lodowa skorupa została pokryta warstwą izolującego klatratowego (struktura nadcząsteczkowa, w której występuje regularna sieć krystaliczna jednego związku chemicznego, w lukach której nieregularnie rozmieszczone są cząsteczki innej substancji) lodu metanowego – rodzaju stałego lodu wodnego z metanem uwięzionym w strukturze krystalicznej.

Ponieważ początkowy kształt kraterów Tytana nie jest znany, naukowcy modelowali i porównali dwie prawdopodobne głębokości początkowe w oparciu o najmłodziej wyglądające kratery o podobnej wielkości na lodowym księżycu Ganimedesie.

„Korzystając z tego podejścia modelowania, byliśmy w stanie ograniczyć grubość skorupy klatratowego lodu do 5 do 10 kilometrów, ponieważ symulacje wykorzystujące tę grubość dały głębokości kraterów, które najlepiej pasowały do obserwowanych wgłębień. Skorupa zbudowana z klatratowego lodu ogrzewa wnętrze Tytana i powoduje zaskakująco szybkie odprężenie topograficzne, powodując spłycanie kraterów w tempie podobnym do szybko poruszających się ciepłych lodowców na Ziemi” – twierdzi Schurmeier.

Oszacowanie grubości metanowej skorupy lodowej jest ważne, ponieważ zdaniem astronomów, może wyjaśnić pochodzenie bogatej w metan atmosfery Tytana i pomóc zrozumieć cykl węglowy tego księżyca –, „cykl hydrologiczny” oparty na ciekłym metanie i zmieniający się klimat.

„Tytan jest naturalnym laboratorium do badania, w jaki sposób gaz cieplarniany metan ogrzewa się i krąży w atmosferze. Ziemskie hydraty (związek chemiczny zawierający w swojej strukturze przyłączoną jedną lub więcej cząsteczek wody) klatratu metanu, znajdujące się w wiecznej zmarzlinie Syberii i pod dnem morskim Arktyki, obecnie destabilizują się i uwalniają metan. Dlatego też wnioski płynące z Tytana mogą dostarczyć ważnych informacji na temat procesów zachodzących na Ziemi” – tłumaczy Schurmeier.

Topografia widoczna na Tytanie, jak wskazują badacze, ma sens w świetle tych nowych odkryć. Zmniejszenie grubości skorupy lodowej wskazuje, że wnętrze księżyca jest prawdopodobnie ciepłe, a nie zimne, sztywne i nieaktywne, jak wcześniej sądzono.

„Klatrat metanu jest mocniejszy i bardziej izolujący niż zwykły lód wodny. Skorupa izoluje wnętrze Tytana, sprawia, że lód wodny pod nią jest bardzo ciepły i plastyczny. Jeśli życie istnieje w oceanie pod grubą skorupą lodową, wszelkie jego oznaki (biomarkery) musiałyby zostać przetransportowane w górę lodowej skorupy Tytana, gdzie moglibyśmy łatwiej uzyskać do nich dostęp lub zobaczyć je w przyszłych misjach. Jest to bardziej prawdopodobne, jeśli nasze odkrycia są prawdziwe” – podsumowuje Schurmeier.

Dzięki misji NASA Dragonfly na Tytana, która ma wystartować w lipcu 2028 r. i dotrzeć na miejsce w 2034 r., naukowcy będą mieli okazję przeprowadzić obserwacje tego księżyca z bliska i bardziej szczegółowo zbadać jego lodową powierzchnię.

Emil Gołoś