Badania Tytana odsłoniły znaczną warstwę lodu klatratu metanu, co wyjaśnia jego płytkie kratery i ciepłe wnętrze.
Odkrycie to oferuje nowy wgląd w bogatą w metan atmosferę Tytana i jej potencjał do podtrzymywania życia, przygotowując grunt pod badania naukowe w 2028 r.[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>NASA Dragonfly mission.
Discovering Titan’s Methane Mystery
Saturn’s largest moon, Titan, is the only other place than Earth in our solar system known to have both an atmosphere and liquid bodies—rivers, lakes, and seas—on its surface. Due to Titan’s extremely cold temperatures, these liquids are composed of hydrocarbons like methane and ethane, while its surface consists of solid water ice. A new study by planetary scientists at the University of Hawai‘i at Mānoa has found that methane gas may also be trapped within Titan’s ice, forming a unique crust up to six miles thick. This crust is thought to warm the ice shell beneath it and may help explain Titan’s methane-rich atmosphere.
The research team, led by research associate Lauren Schurmeier and including doctoral candidate Gwendolyn Brouwer and associate director Sarah Fagents of the Hawai‘i Institute of Geophysics and Planetology (HIGP) at UH Mānoa’s School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST), observed that Titan’s impact craters are hundreds of meters shallower than expected. NASA data shows that only 90 craters have been identified on Titan, raising intriguing questions about the moon’s surface and geological history.
Insights From Crater Analysis
“This was very surprising because, based on other moons, we expect to see many more impact craters on the surface and craters that are much deeper than what we observe on Titan,” said Schurmeier. “We realized something unique to Titan must be making them become shallower and disappear relatively quickly.”
To investigate what might be beneath this mystery, the researchers tested in a computer model how the topography of Titan might relax or rebound after an impact if the ice shell was covered with a layer of insulating methane clathrate ice, a kind of solid water ice with methane gas trapped within the crystal structure. Since the initial shape of Titan’s craters is unknown, the researchers modeled and compared two plausible initial depths, based on fresh-looking craters of similar size on a similar-size icy moon, Ganymede.
“Using this modeling approach, we were able to constrain the methane clathrate crust thickness to five to ten kilometers [about three to six miles] ponieważ symulacje wykorzystujące tę grubość dały głębokość kraterów, która najlepiej odpowiada obserwowanym kraterom” – powiedział Schurmeier. „Skorupa klatratu metanu ogrzewa wnętrze Tytana i powoduje zaskakująco szybką relaksację topograficzną, co skutkuje spłycaniem kraterów w tempie zbliżonym do szybko poruszających się ciepłych lodowców na Ziemi”.
Wpływ metanu na atmosferę Tytana
Oszacowanie grubości metanowej powłoki lodowej jest ważne, ponieważ może wyjaśnić pochodzenie bogatej w metan atmosfery Tytana i pomóc badaczom zrozumieć obieg węgla na Tytanie, „cykl hydrologiczny” oparty na ciekłym metanie oraz zmieniający się klimat.
„Titan to naturalne laboratorium badające sposób, w jaki metan będący gazem cieplarnianym ogrzewa się i krąży w atmosferze” – powiedział Schurmeier. „Ziemskie hydraty klatratu metanu, znalezione w wiecznej zmarzlinie Syberii i poniżej dna morskiego Arktyki, obecnie destabilizują i uwalniają metan. Zatem lekcje od Tytana mogą dostarczyć ważnych informacji na temat procesów zachodzących na Ziemi.”
Potencjał życia na Tytanie
Topografia Tytana ma sens w świetle nowych odkryć. A ograniczenie grubości skorupy lodowej klatratu metanu wskazuje, że wnętrze Tytana jest prawdopodobnie ciepłe, a nie zimne, sztywne i nieaktywne, jak wcześniej sądzono.
„Klatrat metanu jest silniejszy i bardziej izolujący niż zwykły lód wodny” – powiedział Schurmeier. „Skorupa klatratowa izoluje wnętrze Tytana, sprawia, że wodna skorupa lodowa jest bardzo ciepła i plastyczna, co sugeruje, że lodowa skorupa Tytana ulega lub powoli konwekowała”.
Przyszłe misje i eksploracja
„Jeśli w oceanie Tytana pod grubą skorupą lodową istnieje życie, wszelkie oznaki życia (biomarkery) musiałyby zostać przetransportowane w górę lodowej skorupy Tytana, gdzie będziemy mogli łatwiej uzyskać do nich dostęp lub je obejrzeć w przyszłych misjach” – dodał Schurmeier. „Jest to bardziej prawdopodobne, jeśli lodowa skorupa Tytana jest ciepła i konwekcyjna”.
Dzięki misji NASA Dragonfly na Tytana, która ma wystartować w lipcu 2028 r. i dotrzeć w 2034 r., badacze będą mieli okazję przeprowadzić bliskie obserwacje tego księżyca i dokładniej zbadać lodową powierzchnię, w tym krater o nazwie Selk.
Odniesienie: „Gwałtowna relaksacja krateru uderzeniowego spowodowana izolującą skorupą klatratu metanu na Tytanie”, Lauren R. Schurmeier, Gwendolyn E. Brouwer, Jonathan P. Kay, Sarah A. Fagents, Angela G. Marusiak i Steven D. Vance, 30 września 2024, Dziennik nauk planetarnych.
DOI: 10.3847/PSJ/ad7018
