Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →
Podróż nad brzeg jeziora zajmuje ponad 7 lat. Temperatura nie zachęca do spacerów: wynosi -180 st. C i może odstraszyć najbardziej odpornego morsa. Jednak dla naukowców Tytan, jeden z księżyców Saturna, jest niezwykle ciekawym miejscem.
Jeszcze do niedawna Tytan skrywał swoje tajemnice pod grubą warstwą chmur. Jest jedynym księżycem obdarzonym gęstą atmosferą. Od czasu jej odkrycia w 1907 r., a co więcej: od odnalezienia w niej przy pomocy teleskopu śladów związków organicznych w 1944 r., Tytan stanowił zagadkę dla naukowców. Misje Pioniera 11 oraz sond Voyager na przełomie lat 70. i 80. nie były w stanie zaobserwować powierzchni z powodu gęstej powłoki chmur i tylko podsyciły ciekawość.
Dlatego w 1997 r. NASA wystrzeliło sondę Cassini, której celem były badania Saturna i jego księżyców. Jej częścią był przygotowany przez Europejską Agencję Kosmiczną – oraz przez polskie Centrum Badań Kosmicznych PAN – lądownik Huygens.
Rzeki i jeziora
Sonda weszła na orbitę wokół Saturna 1 czerwca 2004 r. Tam Huygens odłączył się od orbitera Cassini i 14 stycznia 2005 r. wszedł w atmosferę Tytana. Po 2,5 godziny wylądował na jego powierzchni, przesyłając wiele zdjęć i danych meteorologicznych.
– Misja Cassini-Huygens całkowicie zmieniła nasz sposób rozumienia ciał niebieskich innych niż Ziemia, a co więcej: zachęciła do nowych badań wielu naukowców, w tym mnie – mówi Katarzyna Misiura, doktorantka z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.
Na pierwszy rzut oka Ziemia i Tytan niemal całkowicie się różnią: Tytan to ogromny, ale jednak księżyc. Powierzchnia naszej planety zbudowana jest ze skał, których jednym z głównych składników jest krzem, a skorupa Tytana to niemal w stu procentach lód wodny.
Jednak ma on wyraźnie inne właściwości niż ten z naszych zamrażarek. Z uwagi na niską temperaturę lód jest tam twardy jak skała i może tworzyć góry wysokie niemal na kilometr. Na Ziemi taka ilość lodu po prostu spłynęłaby powoli pod własnym ciężarem jako lodowiec.
Różnice wynikają głównie z faktu, że Tytan znajduje się ok. 10 razy dalej od Słońca niż Ziemia. Dociera tam niewiele energii słonecznej. Średnia temperatura to wspomniane -180 st. C. Jest więc o wiele za zimno, żeby na powierzchni mogła istnieć woda w stanie ciekłym.
Co więc wypełnia tamtejsze jeziora? Okazuje się, że to rzeki metanu wpadają do metanowo-etanowych jezior. Metan jest najprostszym organicznym związkiem chemicznym. Składa się z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru. Jest podstawowym składnikiem gazu ziemnego, którego używamy do ogrzewania i gotowania. Ale na Tytanie jest tak zimno, że występuje tam w formie ciekłej.
Gdzie biją źródła
Co więcej, na tym księżycu zachodzi pełny cykl hydrologiczny – a raczej metanowy – tworzący tak dobrze nam znane formy terenu jak właśnie jeziora i rzeki.
Cykl zaczyna się parowaniem metanu. Unosi się on na ok. 20 kilometrów, gdzie skrapla się, tworząc chmury. Podobnie jak na Ziemi, kropelki cieczy, gdy urosną do odpowiednich rozmiarów, spadają w postaci deszczu. Większość metanu wsiąka w regolit (tak nazywamy grunt na innych ciałach niebieskich). Potwierdził to orbiter Cassini.
Na zdjęciach wykonanych w odstępie kilku tygodni zaobserwowano najpierw pole wydm, potem gęste chmury, a gdy te zniknęły, wydmy zmieniły kolor, żeby po kilku tygodniach schnięcia wrócić do pierwotnego wyglądu.
Po przesiąknięciu do głębszych poziomów gruntu, metan powoli przepływa ku rzekom i jeziorom, tworząc warstwę „metano-nośną”.
– Dzięki zdjęciom wykonanym przez lądownik Huygens udało się nawet zaobserwować źródła, czyli miejsca, gdzie „metan gruntowy” wypływa na powierzchnię dając początek tytanowym rzekom – tłumaczy Katarzyna Misiura. Po przedostaniu się do jezior, metan może znowu wyparować i rozpocząć cykl od nowa.
Na powierzchni księżyca występują pory roku – ale dużo dłuższe niż na Ziemi. Pora wilgotna może trwać aż 15 ziemskich lat. Obecnie bardziej deszczową półkulą jest północna, jednakże teraz na Tytanie trwa zmiana sezonów.
– Z badań wynika, że w najbliższym czasie na południowej półkuli zacznie więcej padać. Dzięki temu poziom metanu w rzekach i jeziorach podniesie się, a może nawet powstaną nowe – twierdzi Misiura.
Meandry i ocean
Katarzyna Misiura należy do niewielkiej grupy polskich badaczy z Wydziału Fizyki UW, która zajmuje się modelowaniem struktur geomorfologicznych związanych z płynącymi cieczami, pod kierownictwem dr. hab. Leszka Czechowskiego. Jest doktorantką, bada tworzenie i ewolucję rzek meandrujących.
– Rzeki płynące szerokimi zakolami występują zarówno na Ziemi, jak i na Tytanie – mówi. – Moje badania polegają na próbie odtworzenia zjawisk występujących w przyrodzie przy pomocy modelowania matematycznego. Pozwala to wyjaśnić, co dokładnie wpływa na takie, a nie inne kształtowanie się koryt rzecznych.
Jak pokazują jej ostatnie badania, o sposobie przemieszczania się materiału w rzece decyduje głównie grawitacja.
– Mniejszy wpływ ma rodzaj skał, z których zrobione jest koryto, czy nawet to, co dokładnie płynie w rzece: woda czy metan – tłumaczy doktorantka. – Chociaż erozja materiału rzecznego jest trudniejsza na Tytanie niż na Ziemi, jest to kompensowane znacznie szybszym tempem przemieszczania się piasku wyerodowanego z koryta. Wszystko to wynika ze znacznie niższej grawitacji na tym satelicie. Zgadza się to z najnowszymi obserwacjami powierzchni wskazującymi, że koryta rzeczne są dosyć płytkie.
Nie tylko powierzchnia Tytana kryje tajemnice. Prof. Czechowski bada budowę wewnętrzną lodowych satelitów.
– Wnioskujemy o niej na podstawie wielu danych, w tym pola grawitacyjnego Tytana – wyjaśnia. – Mierzymy je, obserwując bardzo małe zmiany ruchu sondy Cassini podczas przelotów w pobliżu satelity. Pole pozwala określić masę, gęstość oraz moment bezwładności satelity.
Te i inne dane pozwoliły stwierdzić, że Tytan zbudowany jest głównie z wody w postaci lodu oraz skał krzemianowych. Oraz że nie ma on żelaznego jądra, jakie posiada Ziemia. Jądro Tytana też jest zbudowane z wody i skał.
– Tytan różni się od naszej planety w jeszcze jeden sposób – dodaje badacz. – Na głębokości ok. 100 km występuje tam podziemny ocean o grubości 100-200 km. O jego istnieniu świadczy wielkość deformacji pływowych powierzchni satelity zmierzonych przez sondę Cassini. Wynoszą one ponad 10 m. Jeżeli nie byłoby podziemnego oceanu, Tytan byłby bardziej sztywny i jego powierzchnia deformowałaby się tylko o ok. jeden metr.
Metanowe życie
Ale skoro na Tytanie jest woda, to czy może istnieć tam życie? Zdaniem wielu badaczy, ów podziemny ocean to jedno z najbardziej przyjaznych życiu miejsc w Układzie Słonecznym. Woda zawiera tam dużą ilość rozpuszczonych składników dostarczających wszystkie niezbędne pierwiastki oraz energię dla ewentualnych żywych organizmów. Zresztą, naukowcy podejrzewają, że w podobnych warunkach powstało życie na Ziemi.
Co więcej, niektórzy badacze nie wykluczają, że życie mogłoby się też rozwinąć na powierzchni Tytana. Z początku może się to wydawać absurdalne: przecież nie może tam występować woda w stanie ciekłym, będąca podstawą „normalnych” organizmów żywych. Jednak niewykluczone jest powstanie innego typu życia: zamiast na wodzie, opartego na metanie. Sprzyja temu atmosfera pełna złożonych związków organicznych, a także wodoru mogącego tytanowym organizmom służyć za źródło energii, zamiast wykorzystywanej przez życie na Ziemi energii słonecznej.
Ale żeby się o tym przekonać, trzeba by wysłać tam kolejną misję.
Dr ANNA ŁOSIAK jest geologiem planetarnym, absolwentką UW i Michigan State University oraz stypendystką Fulbrighta. Doktoryzowała się na uniwersytecie w Wiedniu.
Gdzie studiować nauki kosmiczne?
CENTRUM BADAŃ KOSMICZNYCH Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Specjalicja: geodezja planetarna, fizyka i dynamika Układu Słonecznego. Budowane tu urządzenia pracują w kosmosie i przyczyniają się do badań Księżyca, Marsa czy Tytana.
ZAKŁAD FIZYKI LITOSFERY Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Można tu studiować budowę wewnętrzną ciał niebieskich czy zajmować się modelowaniem form ukształtowania powierzchni. W najbliższym czasie ma też zostać otwarty nowy kierunek, na którym planetologia będzie jedną z dwóch specjalizacji.
CENTRUM ASTRONOMII Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Skupia się na badaniach kosmologicznych, mechanice nieba, a także powstawaniu układów planetarnych. Stąd wywodzi się prof. Aleksander Wolszczan, który odkrył pierwsze planety poza Układem Słonecznym.
INSTYTUT NAUK GEOLOGICZNYCH Polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu. Zajmuje się geologią planetarną. Kilkuosobowa, międzynarodowa grupa skupia się na badaniach Marsa i meteorytów.
