To złożone zdjęcie przedstawia widok w podczerwieni Tytana, księżyca Saturna, wykonany ze statku kosmicznego Cassini należącego do NASA, wykonany podczas przelotu misji „T-114” 13 listopada 2015 r. Nowe badania mórz Tytana z wykorzystaniem danych radarowych z sondy Cassini pokazują zróżnicowany skład powierzchni i niewielkie różnice w szorstkości, podkreślając złożone interakcje środowiskowe na księżycu Saturna. Źródło: NASA
Naukowcy z Cornell University wykorzystali dane z radaru bistatycznego Cassiniprzelotów obok Tytana w celu analizy właściwości powierzchniowych jego mórz węglowodorowych. Badanie identyfikuje różnice w chropowatości i składzie powierzchni, co sugeruje istnienie różnorodnych procesów geologicznych i meteorologicznych.
Nowe badanie danych z eksperymentów radarowych z misji Cassini-Huygens Saturn dostarczyło nowych informacji na temat składu i aktywności mórz ciekłych węglowodorów w pobliżu północnego bieguna Tytana, największego ze 146 znanych księżyców Saturna.
Najważniejszy wniosek: korzystając z danych z kilku eksperymentów z radarem bistatycznym, zespół badawczy pod kierunkiem Uniwersytetu Cornell był w stanie osobno przeanalizować i oszacować skład i chropowatość powierzchni morskich Tytana, czego nie udało się osiągnąć wcześniejszymi analizami danych z radaru monostatycznego. Pomoże to utorować drogę przyszłym połączonym badaniom natury mórz Tytana z wykorzystaniem danych Cassini.
Valerio Poggiali, pracownik naukowy na Uniwersytecie Cornell, jest głównym autorem książki „Surface Properties of the Seas of Titan as Revealed by Cassini Mission Bistatic Radar Experiments”, opublikowanej 16 lipca w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.
Artystyczna wizja sondy Cassini NASA podczas jej „wielkiego finału” w 2017 r., podczas którego sonda wielokrotnie nurkowała pomiędzy Saturnem a jego pierścieniami, po czym celowo uderzyła w atmosferę planety. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Eksperymenty z radarem bistatycznym
Eksperyment z radarem bistatycznym polega na skierowaniu wiązki radiowej ze statku kosmicznego na cel – w tym przypadku na Tytana – gdzie zostaje ona odbita w kierunku anteny odbiorczej na Ziemi. To odbicie powierzchniowe jest spolaryzowane, co oznacza, że dostarcza informacji zebranych z dwóch niezależnych perspektyw, w przeciwieństwie do tej dostarczanej przez monostatyczne dane radarowe, gdzie odbity sygnał powraca do statku kosmicznego.
„Główna różnica” – powiedział Poggiali – „polega na tym, że informacja bistatyczna stanowi pełniejszy zbiór danych i jest wrażliwa zarówno na skład powierzchni odbijającej, jak i na jej chropowatość”.
Odkrycia z mórz polarnych Tytana
W bieżących pracach wykorzystano cztery bistatyczne obserwacje radarowe, zebrane przez sondę Cassini podczas czterech przelotów w 2014 r. – 17 maja, 18 czerwca, 24 października oraz w 2016 r. – 14 listopada. W przypadku każdego z nich zaobserwowano odbicia powierzchniowe, gdy statek kosmiczny zbliżał się do największego zbliżenia do Tytana (wejście) i ponownie, gdy się oddalał (wyjście). Zespół przeanalizował dane z obserwacji wyjścia z trzech dużych mórz polarnych Tytana: Kraken Mare, Ligeia Mare i Punga Mare.
Ligeia Mare, pokazana tutaj w danych uzyskanych przez należącą do NASA sondę Cassini, jest drugim co do wielkości znanym ciałem płynnym na Tytanie, księżycu Saturna. Jest wypełniony ciekłymi węglowodorami, takimi jak etan i metan, i jest jednym z wielu mórz i jezior, które zdobią północny region polarny Tytana. Źródła: NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell
Skład powierzchni i dynamika
Ich analiza wykazała różnice w składzie warstw powierzchniowych mórz węglowodorowych, zależne od szerokości geograficznej i lokalizacji (na przykład w pobliżu rzek i ujść rzek). W szczególności najbardziej wysunięta na południe część Kraken Mare wykazuje najwyższą stałą dielektryczną – miarę zdolności materiału do odbijania sygnału radiowego. Na przykład woda na Ziemi jest bardzo odblaskowa, a jej stała dielektryczna wynosi około 80; morza etanu i metanu na Tytanie mają wartość około 1,7.
Naukowcy ustalili również, że w czasie przelotów wszystkie trzy morza były w większości spokojne, a fale powierzchniowe nie przekraczały 3,3 milimetra. Nieco wyższy poziom szorstkości – do 5,2 mm – wykryto w pobliżu obszarów przybrzeżnych, ujść rzek i cieśnin międzybasenowych, co może wskazywać na prądy pływowe.
Większy od planety Merkury, widać tutaj ogromny księżyc Tytan, krążący wokół Saturna. Poniżej Tytana widać cienie rzucane przez pierścienie Saturna. Ten widok w naturalnych kolorach powstał poprzez połączenie sześciu zdjęć zarejestrowanych przez należącą do NASA sondę Cassini 6 maja 2012 r. Źródło: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Implikacje i przyszłe badania
„Mamy również przesłanki, że rzeki zasilające morza są czystym metanem” – powiedział Poggiali – „dopóki nie wpłyną do otwartych, płynnych mórz, które są bardziej bogate w etan. To tak, jak na Ziemi, gdzie rzeki słodkowodne wpływają do słonej wody oceanów i mieszają się z nią.
„To dobrze pasuje do modeli meteorologicznych Tytana” – powiedział współautor i profesor astronomii Philip Nicholson – „które przewidują, że „deszcz” spadający z nieba to prawdopodobnie prawie czysty metan, ale ze śladowymi ilościami etanu i inne węglowodory.”
Poggiali powiedział, że trwają już dalsze prace nad danymi wygenerowanymi przez sondę Cassini podczas 13-letnich badań Tytana. „Istnieje kopalnia danych, która wciąż czeka na pełną analizę w sposób, który powinien przynieść więcej odkryć” – powiedział. „To dopiero pierwszy krok”.
Odniesienie: „Właściwości powierzchni mórz Tytana ujawnione podczas eksperymentów z bistatycznym radarem misji Cassini” Valerio Poggiali, Giancorrado Brighi, Alexander G. Hayes, Phil D. Nicholson, Shannon MacKenzie, Daniel E. Lalich, Léa E. Bonnefoy, Kamal Oudrhiri, Ralph D. Lorenz, Jason M. Soderblom, Paolo Tortora i Marco Zannoni, 16 lipca 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-49837-2
Inni współautorzy tej pracy pochodzą z Università di Bologna; Obserwatorium Paryskie; NASALaboratorium Napędów Odrzutowych (JPL); Kalifornijski Instytut Technologii; oraz Massachusetts Institute of Technology.
Wsparcie dla tych badań pochodziło od NASA i Włoskiej Agencji Kosmicznej.
