Przejdź do treści

Stratyfikacja w jeziorach na Tytanie bardziej skomplikowana niż uważano

Jeziora na Tytanie

Tytan jest jedynym oprócz Ziemi obiektem, na którym stwierdzono występowanie stabilnych jezior i cyklu hydrologicznego. Tamtejsze akweny są jednak całkowicie różne od ziemskich. Składają się z mieszaniny złożonej głównie z etanu i metanu o średniej temperaturze zaledwie 90 K. Mimo wymienionych różnic, jeziora na Tytanie również podlegają procesom stratyfikacji – układają się w warstwy, podobnie jak woda w jeziorach na naszej planecie. 

Ziemskie jeziora ulegają procesom stratyfikacji głównie z powodu zmian temperatury. W letnich miesiącach często tworzą się dwie warstwy wody: chłodniejsza położona przy dnie i cieplejsza unosząca się nad nią. Zazwyczaj towarzyszy im cienka warstwa przejściowa, która je oddziela. Jak nietrudno się domyślić, powodem są różnice w gęstości wody – chłodniejsza, gęstsza ciecz koncentruje się poniżej warstwy o mniejszej gęstości. Zimą obserwujemy odwrotność tego procesu: cieplejsza woda znajduje się przy dnie, natomiast zimniejsza zalega pod taflą lodu. 

Przebiegające na naszej planecie jeziorne procesy stratyfikacji mogą różnić się w zależności od położenia geograficznego jeziora, jego głębokości i delikatnych różnic w składzie chemicznym wody. W płytkich jeziorach układ warstwowy zazwyczaj nie występuje. Czy występuje zatem w zbiornikach na Tytanie, który jest jedynym w Układzie Słonecznym pozaziemskim ciałem posiadającym powierzchniowe akweny? 

Przewidywania odnośnie obecności i właściwości metanowo-etanowych akwenów na Tytanie sięgają lat 80., a wśród autorów badających te zagadnienia był m.in. słynny Carl Sagan. Misja Cassini przyniosła nam ostateczne potwierdzenie istnienia węglowodorowych jezior na księżycu Saturna, a naukowcy w kolejnych latach przystąpili do bardziej dokładnych badań. Jednym z tematów tych badań jest ustalenie przebiegu mieszania się poszczególnych składników w skomplikowanych procesach zachodzących w akwenach na Tytanie. Nowe koncepcje wysunęli naukowcy pod przewodnictwem Jordana Steckloffa z Planetary Science Institute Research.  

Termodynamiczna, fizyczna i chemiczna ewolucja tytańskich jezior została zbadana przez zespół Steckloffa w oparciu o przyjęty model numeryczny. Należy wspomnieć, że model ten stworzony został z myślą o badaniu płytkich, efemerycznych zbiorników powstających po wystąpieniu opadów na Tytanie. Naukowcy podejrzewali wcześniej, że w płytkich jeziorach tytańskich stratyfikacja jest mało prawdopodobna, a jeśli istnieje to warstwy bogate w metan unoszą się nad odznaczającymi się większą gęstością warstwami złożonymi głównie z etanu. Jak się okazało, założenia te mogą być błędne. 

Według Steckloffa tytańskie jeziora, odmiennie niż ziemskie, podlegają procesom stratyfikacji nie wskutek nagrzewania się ich powierzchni w cieplejszych okresach, ale głównie wskutek parowania i przemian chemicznych spowodowanych wysoką rozpuszczalnością azotu atmosferycznego w warstwach bogatych w metan, co sprawia, że stają się one gęstsze od tych bogatych w etan. Powoduje to odwrotny układ warstw niż dotąd sądzono. Aby ostatecznie sprawdzić tę hipotezę, zespół przeprowadził szereg eksperymentów w laboratorium, odtwarzając możliwie najbliżej tytańskie warunki. 

Wyniki tych badań potwierdziły domysły Steckloffa i jego zespołu, jednak tylko przy wystąpieniu określonych warunków. Przy temperaturze powyżej 86 K płytkie jeziora tytańskie są całkowicie wymieszane, tak jak zakładały to wcześniejsze hipotezy. W przedziale 84–86 K następują epizodyczne procesy stratyfikacji, a poniżej 84 K dochodzi do wyraźnego zaznaczenia się dwóch warstw: dolnej bogatej w metan i azot oraz górnej bogatej w etan. Taka stratyfikacja mogłaby być w dość prosty sposób wykryta w wyniku porównania danych spektroskopowych z danymi radarowymi dotyczącymi zbiorników na Tytanie. Dane zebrane w trakcie misji Cassini są jednak niewystarczające do tych celów z powodu niepełnych rezultatów badań laboratoryjnych. 

Więcej informacji:

 

Źródło: Planetary Science Journal

Opracowanie: Grzegorz Iwanicki

Na zdjęciu: Tytańskie jeziora zobrazowane na podstawie danych z misji Cassini. Źródło: NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS.

Reklama