Teledetekcja w praktyce
Kraina tysiąca jezior
Andrzej Kotarba, Zakład GISKiT, IGiGP, Uniwersytet Jagielloński
 

Jeśli jakiś księżyc w Układzie Słonecznym w ogóle posiada atmosferę, to jest ona niezwykle rzadka i ulotna. Powstaje albo z materii wyrzucanej z wnętrza globu w czasie erupcji wulkanów lub gejzerów, albo z materii wybijanej z powierzchni przez cząstki wiatru słonecznego. Kres wulkanizmu lub aktywności słonecznej oznaczałby automatycznie koniec księżycowej atmosfery.

Jak to zazwyczaj bywa, od każdej reguły jest jakieś odstępstwo. W przypadku księżycowych atmosfer jest nim Tytan, największy z satelitów Saturna, zarazem drugi co do wielkości księżyc Układu Słonecznego (większy od ziemskiego Księżyca, a nawet od planety Merkury).

 

Ryc. 1. Lądownik Phoenix po wylądowaniu w regionach polarnych Marsa. Ponieważ swoją misję będzie realizował w czasie dnia polarnego, niemal non stop może być zasilany bateriami słone

Zobacz powiększenie

Fot: NASA/JPL

 

Charakter atmosfery Tytana udało się wstępnie poznać dzięki obserwacjom spektroskopowym, wykonanym z Ziemi, oraz pionierskim wyprawom sond kosmicznych w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Okazało się, że gazowa otoczka Tytana złożona jest niemal w całości z azotu, a ciśnienia atmosferyczne panujące na powierzchni księżyca jest tylko półtora razy większe niż ciśnienie wywoływane przez atmosferę ziemską. Około dwóch procent atmosfery stanowią gazy śladowe, wśród nich pierwsze skrzypce gra metan, a towarzyszą mu m.in. etan, propan i ich pochodne. Próżno natomiast szukać tlenu, którego większa ilość bardzo upodabniałaby atmosferę Tytana do ziemskiej (przynajmniej pod względem składu chemicznego).

Gęsta atmosfera, spowita metanową mgiełką, ma swoje plusy i minusy. Z jednej strony blokowane jest niemal całe (90%) promieniowanie słoneczne, którego w odległości półtora miliarda km od Słońca i tak jest blisko 100 razy mniej niż na Ziemi. Z drugiej strony, atmosfera wzbogacona gazami cieplarnianymi, niczym koc okrywa cały glob, powodując wzrost temperatury. W efekcie, przy powierzchni Tytana jest co prawda raczej ciemno, ale znacznie cieplej, niż gdyby atmosfery w ogóle nie było. "Cieplej" oznacza w tym przypadku około ?180 stopni Celsjusza. Spadek temperatury o dodatkowe 20 stopni spowodowałby skroplenie atmosfery i powierzchnię Tytana pokrywałby przez chwilę azotowy ocean, błyskawicznie przekształcający się w lód.

 

Ryc. 2. Okolice północnego bieguna Tytana (opis zdjęcia w tekście).

Zobacz powiększenie

Fot: NASA/JPL

 

Gdy poznano skład i gęstość atmosfery Tytana, oszacowano panującą w niej temperaturę, pojawiły się przypuszczenia, iż metan - w sprzyjających warunkach - mógłby przyjmować postać cieczy i opadłszy na powierzchnię, skupiałby się w zagłębieniach terenu, tworząc swoiste jeziora. Trzeba przyznać, że wizja dość kusząca dla każdego przyrodnika, szczególnie gdy przypomnimy sobie wszystkie planety i księżyce, dotąd odwiedzone w naszym cyklu - na żadnym z nich nie występowały ani morza, ani jeziora. Tytan stał się zbyt interesującym miejscem na mapie Układu Słonecznego, by nie przyjrzeć się mu z bliska.

Niestety, niełatwo badać powierzchnię księżyca, gdy jego atmosfera pochłania na dobrą sprawę całe promieniowanie, a więc sfotografować można jedynie górne warstwy atmosfery. W tej i podobnych sytuacjach, miejsce kamer zajmują radary obrazujące. Fale elektromagnetyczne, używane przy obrazowaniu radarowym są znaczne dłuższe, niż fale promieniowania widzialnego i podczerwonego, dzięki czemu bez większych przeszkód przenikają przez mgły, chmury czy deszcz, odbijając się dopiero od stałej powierzchni (lodowej lub skalnej). Po odbiciu, impuls radarowy ponownie przedziera się przez atmosferę i jest rejestrowany przez antenę radaru. Siła powracającego sygnału zależy od charakteru powierzchni, od której odbijają się fale radaru. Jeśli powierzchnia jest bardzo gładka i płaska do radaru powraca słaby sygnał. Przeciwnie, gdy powierzchnia odznacza się dużą szorstkością lub złożoną topografią.

 

Ryc. 3. Tytan w naturalnych kolorach, jako glob spowity pomarańczową mgiełką. Tak wyglądałby księżyc, gdyby ktoś oglądał go na własne oczy. Na pierwszym planie pierścienie Saturna, obserwowane pod małym kątem. Nad nimi niewielka skalna bryła - Epimateus, jeden z wielu małych księżyców Saturna.

Zobacz powiększenie

Fot: NASA/JPL/Space Science Institute

 

Technika obrazowania radarowego idealnie nadaje się do badania Tytana, stąd naukowcy amerykańskiej i europejskiej agencji kosmicznej, umieścili na pokładzie sondy Cassini radar, przeznaczony wyłącznie do studiowania powierzchni największego z księżyców Saturna. W ramach misji, rozpoczętej w 1997 roku, dokonano czterdziestu przelotów koło Tytana, od samego początku szukając na jego powierzchni metanowych jezior. Jaki był efekt tych poszukiwań widać na grafikach ilustrujących ten artykuł. Typowy obraz radarowy przedstawiany jest w skali szarości, gdzie kolor czarny oznacza powierzchnie gładkie, a kolor biały powierzchnie o dużej szorstkości, odbijające wiązkę radaru niemal w każdą stronę. Fragment takiego obrazu widzimy na ryc.1. Wykonany został 10 marca ubiegłego roku i przedstawia okolice północnego bieguna Tytana. Od razu uwagę zwracają ciemne obszary, których granica z obszarami białymi do złudzenia przypomina linię brzegową. Wrażenie to jest potęgowane obecnością dolin, na kształt dolin rzecznych, uchodzących do ewentualnych jezior.

Na podstawie analizy tego oraz kilku innych obrazów radarowych, naukowcy doszli do wniosku, iż bezsprzecznie udało im się zaobserwować jeziora na Tytanie. Nie są to jednak jeziora, jakie znamy z Ziemi - wypełnia je nie woda, ale ciekły metan i etan o temperaturze grubo poniżej zera (woda naturalnie mogłaby tu istnieć jedynie w postaci lodu). Dość ryzykowne byłoby więc zażywanie kąpieli w rzekach i jeziorach Tytana, niemniej jednak, wyraźnie musimy podkreślić, iż Tytan to jedyne poza Ziemią miejsce w Układzie Słonecznym, na powierzchni którego stwierdzono istnienie zbiorników z ciekłą substancją, inną niż wulkaniczna lawa.

 

Ryc. 4. Najwyższe warstwy atmosfery Tytana w rzeczywistych kolorach. Niebieskawą poświatę wywołuje ultrafioletowe promieniowanie słoneczne, wchodzące w interakcję z cząstkami metanu.

Zobacz powiększenie

Fot: NASA/JPL/Space Science Institute

 

Okolicom północnego bieguna Tytana przyglądano się kiedy tylko było to możliwe. Rezultatem kilku obserwacji jest mapa, widoczna na ryc.2. Tym razem zamiast skali szarości użyto sztucznych kolorów: żółtego dla obszarów lądowych, niebieskiego dla metanowych jezior. Największe z jezior (prawa górna część zdjęcia) zostało umownie nazwane morzem, ze względu na nieprzeciętne rozmiary - odległość między przeciwległymi punktami jeziora sięga 500 km, a powierzchnia przekracza 100 tysięcy kilometrów kwadratowych (1000 razy więcej niż polskie Śniardwy). Obok wielkich, są na Tytanie i małe zbiorniki metanu - widać je w lewej górnej części zdjęcia. Ich obraz przywołuje w pamięci zdjęcia satelitarne obszarów polodowcowych Finlandii czy Mazur, a więc regionów nazywanych często "krainami tysiąca jezior". Wychodzi na to, że i Tytan powinien być do nich zaliczany.

Obserwacje sondy Cassini wskazują nawet na to, iż na Tytanie zachodzi pełen cykl hydrologiczny: parowanie metanu w regionach równikowych, przenoszenie metanowej "wilgoci" w kierunku wyższych szerokości geograficznych, kondensacja metanu do postaci chmur konwekcyjnych, z których następnie pada metanowy deszcz, źródło ciekłego metanu, zasilającego rzeki i wypełniającego jeziora Tytana. Przedrostek "hydro" nie jest tu właściwym, więc traktujmy jego użycie jako skrót myślowy.

Próbnik Cassini okrąża Saturna, zbliżając się do Tytana tylko na krótką chwilę, w czasie której wykonane musza być wszelkie obserwacje radarowe i spektrometryczne. Pełna charakterystyka środowiska przyrodniczego największego satelity Saturna będzie możliwa z chwilą wysłania kolejnej sondy, która tym razem umieszczona zostanie na orbicie wokół Tytana (stanie się sztucznym satelitą tego księżyca). Misja taka jest na razie rozważana teoretycznie, jednak nie ulega wątpliwości, że prędzej czy później zostanie zrealizowana - tylko wtedy będzie można poznać zagadkowe procesy atmosferyczne, prowadzące do powstawania metanowych jezior, jak i przyjrzeć się uważnie samym jeziorom.

 
Andrzej Kotarba, 2008.
Tekst w niemal identycznej postaci został opublikowany w Poznaj Świat (nr 4/2008)
 
Copyright