12.3: Titan na Triton

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi hali nyembamba ya Titan inafanya miili ya kioevu juu ya uso wake iwezekanavyo
• Eleza kile tulichojifunza kutokana na kutua kwenye Titan na probe ya Huygens
• Jadili vipengele tulivyoona juu ya uso wa Triton wakati Voyager 2 ilipanda

Tunaelekeza mawazo yetu sasa kwa ulimwengu mdogo katika sehemu za mbali zaidi za mfumo wa jua. Titan kubwa ya mwezi wa Saturn hugeuka kuwa binamu wa ajabu wa Dunia, na kufanana nyingi licha ya joto la frigid. Uchunguzi wa Cassini wa Titan umetoa baadhi ya uvumbuzi wa hivi karibuni wa kusisimua zaidi katika sayansi ya sayari. Mwezi wa Neptune Triton pia una sifa isiyo ya kawaida na inafanana na Pluto, ambayo tutajadili katika sehemu ifuatayo.

Titan, Mwezi na Anga na Maziwa ya Hydrocarbon

Titan, alionekana mara ya kwanza mwaka 1655 na mwanaastronomia Mholanzi Christiaan Huygens, ulikuwa mwezi wa kwanza kugunduliwa baada ya Galileo kuona miezi minne mikubwa ya Jupiter. Titan ina takribani kipenyo sawa, wingi, na wiani kama Callisto au Ganymede. Inawezekana pia ina muundo sawa—takriban nusu ya barafu na nusu ya mwamba. Hata hivyo, Titan ni ya pekee kati ya miezi, ikiwa na anga nene na maziwa na mito na mvua inayoanguka (ingawa haya hayajumuishi maji bali ya hidrokaboni kama vile ethane na methane, ambayo inaweza kukaa kiowevu kwenye joto la frigidi kwenye Titan).

Voyager flyby ya 1980 ya Titan iliamua kwamba wiani wa uso wa anga yake ni mara nne zaidi kuliko ile duniani. Shinikizo la anga juu ya mwezi huu ni baa 1.6, kubwa zaidi kuliko ile ya mwezi mwingine wowote na, kwa kushangaza, hata zaidi kuliko ile ya sayari za duniani Mars na Dunia. Utungaji wa anga ni hasa nitrojeni, njia muhimu ambayo anga ya Titan inafanana na Dunia.

Pia wanaona katika anga ya Titan walikuwa monoksidi kaboni (CO), hidrokaboni (misombo ya hidrojeni na kaboni) kama vile methane (CH ₄), ethane (C ₂ H ₆), na propane (C ₃ H ₈), na misombo ya nitrojeni kama vile sianidi hidrojeni (HCN), cyanogen (C ₂ N ₂), na cyanoacetylene (HC ₃ N). Uwepo wao unaonyesha kemia inayofanya kazi ambayo jua huingiliana na nitrojeni ya anga na methane ili kuunda mchanganyiko tajiri wa molekuli za kikaboni. Pia kuna tabaka nyingi za haze hydrocarbon na mawingu katika anga, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Muundo wa Atmosphere Titan ya. Baadhi ya sifa za angahewa ya Titan zinafanana na zile za angahewa ya Dunia, ingawa ni baridi sana kuliko sayari yetu. Mstari mweusi unaonyesha joto la anga la Titan kwa urefu tofauti.

Uvumbuzi huu wa Voyager ulihamasisha mpango wa utafutaji wa kabambe zaidi kwa kutumia orbiter ya NASA Cassini Saturn na probe ya kutua juu ya Titan iitwayo Huygens, iliyojengwa na Shirika la Anga la Ulaya. orbiter, ambayo ni pamoja na kamera kadhaa, spectrometers, na rada mfumo upigaji picha, alifanya kadhaa ya flybys karibu ya Titan kati 2004 na 2015, kila kujitoa rada na infrared picha ya sehemu ya uso (angalia Sehemu 11.1, Kuchunguza Sayari Nje). Probe ya Huygens ilifanikiwa kushuka kwa parachute kupitia angahewa, kupiga picha uso kutoka chini ya mawingu, na kutua tarehe 14 Januari 2005. Hii ilikuwa ya kwanza (na hadi sasa pekee) spacecraft kutua juu ya mwezi katika mfumo wa jua nje.

Mwishoni mwa ukoo wake wa parachute, uchunguzi wa Huygens wa kilo 319 uliguswa kwa usalama, ulipungua umbali mfupi, na kuanza kutuma data tena duniani, ikiwa ni pamoja na picha na uchambuzi wa anga. Ilionekana kuwa imetua kwenye tambarare ya gorofa, yenye mwamba, lakini uso wote na boulders zilijumuisha barafu la maji, ambalo ni ngumu kama mwamba kwenye joto la Titan (angalia Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Picha zilizochukuliwa wakati wa kuzuka zilionyesha vipengele mbalimbali, ikiwa ni pamoja na njia za mifereji ya maji, zinaonyesha kuwa Huygens alikuwa ametua kwenye pwani ya ziwa la kale la hydrocarbon. Anga ilikuwa ya machungwa ya kina, na mwangaza wa Jua ulikuwa chini ya mara elfu kuliko jua duniani (lakini bado zaidi ya mara mia moja nyepesi kuliko chini ya mwezi kamili duniani). Halijoto ya uso wa Titan ilikuwa 94 K (-179 °C). Chombo cha angani chenye joto kali cha kutosha cha barafu ambako kilitua kwa vyombo vyake vya kupima gesi ya hidrokaboni iliyotolewa. Vipimo juu ya uso viliendelea kwa zaidi ya saa kabla ya suluhisho limeshindwa na joto la frigid.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Maoni ya uso wa Titan. Picha ya kushoto inaonyesha maoni ya Titan kutoka kamera ya asili, kwa makadirio yaliyopigwa, kwa urefu tofauti. Picha sahihi, iliyochukuliwa baada ya kutua, inaonyesha uso uliojaa mwamba unaoangazwa na jua kali nyekundu. Boulders hujumuisha barafu la maji.

Radar na infrared imaging ya Titan kutoka orbiter Cassini hatua kwa hatua kujengwa picha ya uso inashangaza kazi juu ya mwezi huu, ngumu na kijiolojia vijana (Kielelezo). Kuna maziwa makubwa ya methane karibu na mikoa ya polar yanayoingiliana na methane katika angahewa, kadiri bahari za maji za Dunia zinavyoingiliana na mvuke wa maji katika anga yetu. Uwepo wa vipengele vingi vya mmomonyoko unaonyesha kwamba methane ya anga inaweza kufungia na kuanguka kama mvua, halafu inapita chini ya mabonde hadi maziwa makubwa. Hivyo, Titan ina sawa na joto la chini la mzunguko wa maji duniani, huku kiowevu juu ya uso kinachovukiza, huunda mawingu, halafu hukondosha kuanguka kama mvua—lakini kwenye Titan kiowevu ni mchanganyiko wa methane, ethane, na kielelezo cha hidrokaboni nyingine. Ni weirdly ukoo na bado kabisa mgeni mazingira.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Titan ya Maziwa. (a) Picha hii Cassini kutoka Septemba 2006 flyby inaonyesha maziwa kioevu juu ya Titan. Utungaji wao ni uwezekano mkubwa wa mchanganyiko wa methane na ethane. (Kwa kuwa hii ni picha ya rada, rangi ni artificially aliongeza. Sehemu za bluu za giza ni nyuso za laini za maziwa ya kioevu, na njano ni eneo lenye nguvu zaidi karibu nao.) (b) Mosaic hii ya uso wa Titan kutoka ujumbe wa Cassini-Huygens inaonyesha kwa undani eneo la juu la ridge na njia nyingi nyembamba, zenye dhambi za mmomonyoko ambazo zinaonekana kuwa sehemu ya mtandao mkubwa wa “mito” iliyochongwa na hidrokaboni inapita.

Uvumbuzi huu huinua swali la kama kunaweza kuwa na maisha kwenye Titan. Hidrokaboni ni msingi kwa ajili ya malezi ya molekuli kubwa za kaboni ambazo ni muhimu kwa maisha katika sayari yetu. Hata hivyo, joto kwenye Titan ni mbali sana kwa maji ya kioevu au kwa michakato mingi ya kemikali ambayo ni muhimu kwa maisha kama tunavyoijua. Bado, hata hivyo, uwezekano wa kusisimua kwamba Titan inaweza kuwa na maendeleo ya aina tofauti ya maisha ya chini ya joto kaboni ambayo inaweza kufanya kazi na hidrokaboni kioevu kucheza nafasi ya maji. Ugunduzi wa “maisha kama hatujui” inaweza kuwa ya kusisimua zaidi kuliko kutafuta maisha kama yetu kwenye Mars. Kama maisha kama kweli mgeni ni sasa juu ya Titan, kuwepo kwake ingekuwa sana kupanua uelewa wetu wa asili ya maisha na mazingira ya kuishi.

Wanasayansi wa misheni ya Cassini na wataalamu wa kuwasilisha Visual katika Maabara ya Jet Propulsion ya NASA wameweka pamoja baadhi ya filamu nzuri kutoka picha zilizochukuliwa na Cassini na Huygens. Angalia, kwa mfano, mbinu ya Titan na flyover ya wilaya ya maziwa ya Kaskazini.

Triton na Volkano zake

Mwezi mkubwa wa Neptune Triton (usipate jina lake kuchanganyikiwa na Titan) una kipenyo cha kilomita 2720 na wiani wa 2.1 g/cm ³, ikionyesha kwamba pengine linajumuisha takriban 75% mwamba unaochanganywa na barafu la maji 25%. Vipimo vinaonyesha kwamba uso wa Triton una joto la baridi zaidi la ulimwengu wowote wa wawakilishi wetu wa robot wametembelea. Kwa sababu reflectivity yake ni ya juu sana (karibu 80%), Triton huonyesha zaidi ya nishati ya jua inayoanguka juu yake, na kusababisha joto la uso kati ya 35 na 40 K.

Nyenzo za uso za Triton zinafanywa kwa maji waliohifadhiwa, nitrojeni, methane, na monoxide ya kaboni. Methane na nitrojeni zipo kama gesi katika sehemu nyingi za mfumo wa jua, lakini zinahifadhiwa kwenye joto la Triton. Kiasi kidogo cha mvuke wa nitrojeni huendelea kuunda anga. Ingawa shinikizo la uso wa anga hii ni milioni 16 tu ya bar, hii inatosha kusaidia haze nyembamba au tabaka za wingu.

Uso wa Triton, kama ule wa miezi mingine mingi katika mfumo wa jua wa nje, unaonyesha historia ndefu ya mageuzi ya kijiolojia (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Ingawa baadhi ya volkeno za athari zinapatikana, mikoa mingi imejaa mafuriko hivi karibuni na toleo la ndani la “lava” (labda mchanganyiko wa maji au maji-amonia). Pia kuna mikoa ya ajabu ya eneo la jumbled au milima.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) cha Neptune cha Mwezi wa Triton. Hii mosaic ya Voyager 2 picha ya Triton inaonyesha mbalimbali ya makala ya uso. Eneo la pinkish chini ni kofia kubwa ya kusini ya Polar ya Triton. Ncha ya kusini ya Triton inakabiliwa na Jua hapa, na athari kidogo inapokanzwa inaendesha gari baadhi ya vifaa kaskazini, ambako ni baridi zaidi.

Voyager flyby ya Triton ulifanyika wakati ambapo pole ya kusini ya mwezi ilikuwa imefungwa kuelekea jua, kuruhusu sehemu hii ya uso kufurahia kipindi cha joto la jamaa. (Kumbuka kwamba “joto” juu ya Triton bado ni baridi zaidi kuliko kitu chochote tunachopata duniani.) Kofia ya polar inashughulikia sehemu kubwa ya ulimwengu wa kusini wa Triton, inaonekana kuenea kando ya makali ya kaskazini. Kofia hii ya polar inaweza kuwa na nitrojeni iliyohifadhiwa iliyowekwa wakati wa majira ya baridi ya awali.

Kwa kushangaza, picha za Voyager zilionyesha kuwa uvukizi wa kofia ya Polar ya Triton huzalisha geysers au mafusho ya volkeno ya gesi ya nitrojeni (angalia Mchoro\(\PageIndex{5}\)). (Chemchemi ya gesi hiyo iliongezeka juu ya kilomita 10, inayoonekana katika anga nyembamba kwa sababu vumbi kutoka kwenye uso limeongezeka pamoja nao na kuzipaka giza.) Manyoya haya yanatofautiana na mafusho ya volkeno ya Io katika utungaji wao na pia kwa kuwa hupata nishati yao kutokana na jua inayowaka joto la uso badala ya joto la ndani.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) Triton ya Geysers. Mtazamo huu wa karibu unaonyesha baadhi ya mabwawa ya maji kwenye Triton ya mwezi wa Neptune, huku treni ndefu za vumbi zinaonyesha upande wa chini wa kulia kwenye picha hii.

Dhana muhimu na Muhtasari

Mwezi wa Saturn Titan una angahewa ambayo ni kali kuliko ile ya Dunia. Kuna maziwa na mito ya hidrokaboni kiowevu, na ushahidi wa mzunguko wa uvukizi, condensation, na kurudi kwenye uso unaofanana na mzunguko wa maji duniani (lakini kwa methane kiowevu na ethane). Cassini-Huygens Lander kuweka chini ya Titan na ilionyesha eneo la tukio na boulders, alifanya ya barafu maji, waliohifadhiwa vigumu kuliko mwamba. Mwezi wa baridi wa Neptune Triton una anga nyembamba sana na geysers ya gesi ya nitrojeni.