Képzeljük el, hogy egy hosszú és fárasztó nap végén megpihenünk egy vitorlás fedélzetén, ami lágyan ringatózik a tenger tükörsima felszínén, nekünk pedig nincs semmi más dolgunk azon kívül, hogy a koktélunkat szürcsölgessük, és csodáljuk az arany színű naplementét. Egy biztos, sem jégkockára, sem naptejre nincs szükség. A helyszín ugyanis ezúttal nem a Balaton vagy az Adria, hanem a Szaturnusz legnagyobb holdjának, a Titánnak az egyik tava, a hajónk pedig nem vízbe, hanem folyékony metánba merül.
Vendégszerző tollából származó Asztrokémia-sorozat korábbi írásában a Jupiter fémes hidrogénjéről olvashattok.
Miért a Titán?
A Naprendszer második legnagyobb holdja már évtizedek óta foglalkoztatja a csillagászokat. Ezt a töretlen érdeklődést részben annak köszönheti, hogy a már ismert tulajdonságai több ponton is hasonlóságot mutatnak a Földdel. Ide tartozik a rendkívül sűrű, főleg nitrogén alkotta légkör, a változatos formában és nagy mennyiségben jelen lévő szerves anyag, illetve a felszínén található geológiai formák sokszínűsége. Ám hiába állnak ezek az információk már jó ideje rendelkezésre, a Titán mégis az egyik legtitokzatosabb égitestnek számít a Naprendszerben, ennek hátterében pedig nem más áll, mint a metánmolekula.
A titokzatosság egyik oka, hogy a kétezres évek elejéig szinte semmit nem tudtunk a Titánon végbemenő folyamatokról. A hold sűrű légköre, pontosabban az őt körülölelő párafelhő gyakorlatilag lehetetlenné tette, hogy a felszínét a látható tartományban megvizsgáljuk. Az viszont, amit mégis sikerült megfigyelni, csak tovább fokozta a csillagászok kíváncsiságát. Amikor ugyanis a Voyager-1 1980-ban elrepült a Titán mellett, olyan adatokat nyert ki a légköri vizsgálatokból, amik arra utaltak, hogy a Szaturnusz holdján nagy mennyiségű folyadék található. Ezt korábban egyetlen másik naprendszerbeli égitestről sem lehetett elmondani, kivéve a Földet.
És hogy hogy jön ide a metán? Földi távcsövekkel rögzített spektrumok elemzésével már korábban kimutatták, hogy ez a gázmolekula nagy mennyiségben fellelhető a Titán légkörében. 4%-os koncentrációjával a metán a második leggyakoribb komponens a légkörben a nitrogén után. Ha emellett figyelembe vesszük, hogy a hold felszínén uralkodó -180°C-os hőmérsékleten a metán (valamint a belőle képződő, szintén jelentős mennyiségben előforduló etán) folyékony halmazállapota a stabil állapot, már adódik is a logikus következtetés: a Titán felszínét metán-etán keverékéből álló szénhidrogéntengerek boríthatják.
Honnan van az a rengeteg metán?
A minden szempontból szenzációs sejtés tehát már régóta megvolt, és szépen illeszkedett a Titánról kialakulóban lévő képbe. A segítségével ugyanis megmagyarázhatjuk, hogy miért is van még mindig ilyen nagy mennyiségben metán a Titánon. A légköri metán ugyanis nem stabil: UV-sugárzás hatására disszociál, és fotokémiai reakciók egész láncolatát indítja el, ami számtalan szerves molekulát eredményez, ezek alkotják a holdat körbeölelő vastag ködöt. A Titánon ennek a metánt elbontó fotolízisnek a fő korlátozó tényezője a rendelkezésre álló fotonok száma, mivel az égitest jóval messzebb van a Naptól, mint például mi, ezért a Földhöz képest jóval kevesebb foton jut el hozzá. További különbség, hogy a Föld légkörében a víz nem keveredik a troposzféra és a sztratoszféra határán, és más molekulák, például az oxigén jelenléte is megvédi a vízmolekulákat attól, hogy a sztratoszférába jutva az UV-sugárzás elbontsa őket. A Titánon azonban sokkal lassabban csökken a metán koncentrációja, mint a Földön a vízé, ezért a sztratoszférába is jelentős mennyiségű metán kerül, ami gyakorlatilag védtelen az UV-fotolízissel szemben, mivel az ottani légkör többi komponense és a fotokémiai folyamatok során kialakuló köd nem fejt ki semmilyen védő hatást.
További metán elvesztéséhez vezetnek azok a folyamatok, amelyek során a metán az ionoszférában töltött részecskékkel ütközik. Ezek során a metánmolekula elveszít egy hidrogénatomot, ami távozik a légkörből, a visszamaradó fragmensekből pedig bonyolultabb szénhidrogének (etán, acetilén, propán, benzol stb.) és nitrilek jönnek létre. A folyamat nem reverzibilis, részben mert a hidrogénatom kikerül a légkörből, részben pedig azért, mert a létrejövő nagyobb molekulák aeroszollá kondenzálódnak, és csapadék formájában a felszínre hullanak.
Mindezek következtében a Titánt egy több tízmillió éves időskálán vizsgálva a metánnak már el kellett volna fogynia. Az, hogy ez még nem történt meg, azt jelzi, hogy a Titánon a légköri metánt valamilyen forrás pótolni tudja. Erre a szerepre a nagy kiterjedésű metántengerek kiválóan alkalmasak lennének.
Metáneső táplálta szénhidrogéntavak
A kirakós darabjai szépen kezdtek tehát összeállni, már csak a bizonyíték hiányzott. A kétezres évek elején pedig végre elérkezett az idő, hogy egyszer és mindenkorra tisztázzuk a még nyitott kérdéseket. 2004-ben érkezett meg a Szaturnuszhoz az ESA és a NASA közös projektjének számító Cassini-Huygens űrszonda, aminek egyik feladata az volt, hogy feltérképezze a Szaturnusz holdjainak felszínét. Addigra két elmélet maradt talpon, ami magyarázatot adhatott arra, hogy milyen forrás képes újra és újra metánt juttatni a Titán légkörébe. Az első elmélet alapja a már említett metánban gazdag szénhidrogén-óceán, ahonnan a metán, a földi vízkörforgáshoz hasonlóan, elpárologva a légkörbe jut, majd kicsapódik, és csapadék formájában visszahull a felszíni óceánba. A másik elmélet szerint a nagy mennyiségű metán a felszín alatt raktározódik, és meteorok ütötte lyukakon keresztül, kriovulkanikus tevékenység során jut a felszínre. A két elmélet közül az első számított népszerűbbnek, annál is inkább, mert ha sikerül igazolni, akkor az még szorosabb kapcsolatot teremtett volna a Föld és a Titán között. A Cassini szondára és a vele együtt érkező Huygens leszállóegységre várt a feladat, hogy ezt a kérdést eldöntse.
Ennek keretében a Cassini szonda többször is elrepült a Titán felett, egy alkalommal mintegy 1200 km-re is megközelítette az égitest felszínét. Ennek során a Cassini műszereinek egészen lenyűgöző látványban volt része. A hold felszínét becsapódási kráterek, hegyek, kriovulkánok, dűnék és folyómedrek sokasága tarkította. Csupán egyetlen dolog hiányzott a tájképből: a feltételezett globális óceánnak nyoma sem volt. Ennek köszönhetően a korábbi elméletek közül előtérbe került a második, ami a metán folyamatos légköri jelenlétét a hold belsejéből származó tartalékokkal magyarázta. Ezt a következtetést csak még tovább erősítette a Huygens leszállóegység útja, aminek során óceánt nem, mindössze folyómedreket és némi sarat sikerült találni.
A vitának a Cassini 2006. július 22-i repülése vetett véget, amikor a szonda az északi pólus közelében pásztázta a Titán felszínét egy olyan területen, amit korábban még nem vizsgáltak. Ez alkalommal viszont a hold északi szélességének 70. fokánál a szonda radarja több tucat kör alakú vagy szabálytalan sötét foltot látott, olyanokat, amik tipikusan a nagyon sima felületekre jellemzőek. Mi több, a radarképeken az is látszott, hogy a sötét foltokhoz csatornák vezettek, ami arról árulkodott, hogy ezek a sima felületek nem szilárdak, hanem folyékonyak, és a folyadéknak legalább egy részét a csatornában áramló folyók szállítják.
A felvételek alapján a tavak mélysége is elég változatos. Van olyan mélyedés, amit teljes egészében kitölt a folyadék, másokat viszont csak részben, megint mások pedig a radar alapján épp nem tartalmaznak folyadékot. A Titán tavai ugyanis néha kiszáradnak, néha újból feltöltődnek, ez a folyamat pedig összhangban van a Szaturnusz Nap körüli 29 éves keringési idejével. Azaz a tavak felülete a csapadékos téli időszakban megnő, a száraz nyári periódusok során pedig összezsugorodik, ami egy újabb érdekes hasonlóság a Titán és a Föld között.
A Cassininek tehát végül sikerült igazolnia azt, hogy a Titánon nagy mennyiségű folyadék található kisebb-nagyobb tavak formájában. Bár a radarképről önmagában nem volt megállapítható a folyadék összetétele, a legvalószínűbb alkotónak már akkor is a metán tűnt, mint egyike azon kevés molekulának, ami a Titán felszínén uralkodó körülmények között folyékony halmazállapotú.
Mind a mai napig ezek a radarképek jelentik a legszilárdabb bizonyítékot arra, hogy a Titán felszíne és légköre aktív hidrodinamikai körforgásban vesz részt, ahol a metán ugyanazt a szerepet tölti be, mint a Földön a víz: a folyékony metán elpárolog, majd a légkörben újra kondenzálódik, és csapadék formájában visszahullva pótolja a felszíni folyadékot.
Ez azonban mindössze a kezdet volt a Titánt célzó vizsgálatok történetében….
Az Asztrokémia-sorozat következő részében visszatérünk a Titánra!
Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló Blog Facebook-oldalára is, ahol hetente több alkalommal találkozhatsz hírekkel, videókkal, érdekességekkel!