Tytan jest największym z księżyców Saturna, i drugim księżycem po Ganimedesie w całym Układzie Słonecznym, przy czym jest większy nawet od Merkurego. Jest pierwszym obiektem pozaziemskim, na którym stwierdzono występowanie powierzchniowych zbiorników cieczy, jednak w odróżnieniu od ziemskich mórz i jezior, zbiorniki na Tytanie wypełnione są węglowodorami. Tytan jest również jedynym księżycem, który posiada gęstą atmosferę.

Fotografia Tytana przedstawiająca jego gęstą, nieprzezroczystą atmosferę. Źródło: NASA/JPL.

Został odkryty w marcu 1655 roku przez holenderskiego astronoma Christiaana Huygensa, jako pierwszy satelita odkryty po księżycach galileuszowych. Holender dokonał tego dzięki zbudowaniu swojego własnego teleskopu, ulepszonego w stosunku do lunety galileusza. Początkowo nazwał nowoodkryty obiekt jako Saturni Luna, co oznacza po prostu "Księżyc Saturna", jednak później nazywano go mianem Saturna I, zmieniając kolejno przyrostek do Saturn VI, w miarę odkrywania następnych księżyców tej planety. Swoją aktualną nazwę otrzymał dzięki Johnowi Herschelowi, który w połowie XIX wieku zasugerował nazwy tytanów z mitologii greckiej dla księżyców Saturna.

Tytan obiega swoją planetę w ciągu 15 dni i 22 godzin po orbicie o średnim promieniu 1,2 mln kilometrów. Jest ona nachylona pod kątem 0,34 stopnia względem równika Saturna i odznacza się mimośrodem o wartości 0,029. Tytan obraca się synchronicznie w stosunku do Saturna, co oznacza, że zawsze zwrócony jest ku niemu tą samą półkulą. Księżyc pozostaje w rezonansie orbitalnym (3:4) z sąsiednim, dużo mniejszym księżycem Hyperionem. Początkowo sądzono, że Tytan jest największym księżycem w Układzie Słonecznym, jednak zdjęcia i dane przesłane przez sondę Voyager 1 w 1980 r. wykazały błąd we wcześniejszych obliczeniach. Okazało się, że księżyc posiada gęsta atmosferę,  w związku z czym jego oficjalne rozmiary zostały pomniejszone o grubość jego gazowej powłoki. Ostatecznie Tytan stracił palmę pierwszeństwa na rzecz Ganimedesa i zgodnie z dzisiejszymi szacunkami posiada średnicę wynoszącą 5151 kilometrów. Wynik ten sprawia, że jest większy od Merkurego, najmniejszej planety w Układzie Słonecznym, o ponad 270 kilometrów. Tytan posiada zróżnicowaną budowę wewnętrzną, przy czym składa się niemal w połowie ze skał i lodu, co sprawia, że średnia gęstość jego materii wynosi 1,88 g/cm3. Skaliste jądro Tytana otoczone jest najprawdopodobniej przez kilka naprzemiennych warstw lodu wodnego oraz wodny ocean ukryty ok. 100 kilometrów pod lodową skorupą księżyca.

Porównanie rozmiarów Tytana z Ziemią i Księżycem. Źródło: NASA/JPL.  

Najbardziej charakterystyczną cechą wyglądu zewnętrznego Tytana jest jego atmosfera. Nadaje mu ona lekko pomarańczowy kolor i jest na tyle gęsta, że w istotny sposób utrudnia obserwacje jego powierzchni. Podobna sytuacja panuje na Wenus, gdzie gęste obłoki atmosferyczne uniemożliwiają wizualne obserwacje ukształtowania terenu planety. Atmosfera Tytana składa się z kilku warstw o łącznej grubości ok. 1000 kilometrów i posiada większą masę od ziemskiej atmosfery, przy czym ciśnienie atmosferyczne na powierzchni księżyca jest półtora razy wyższe niż ziemskie. Istnienie gazowej otoczki na Tytanie zostało zaproponowane przez hiszpańskiego astronoma Josepa Sola, który wysunął tą hipotezę po obserwacjach księżyca w 1903 r. Gerard Kuiper w 1944 r. ostatecznie potwierdził przypuszczenia Hiszpana, jednak uznał jej grubość i masę za wielokrotnie mniejszą niż jest w rzeczywistości. Dopiero dane przesłane 37 lat później przez sondę Voyager 1 rozwiały wątpliwości naukowców i ukazały prawdziwe oblicze atmosfery Tytana.

Fotografia przedstawiająca warstwy atmosfery Tytana. Zdjęcie wykonane przez sondę Cassini w 2005 r. Źródło: NASA/JPL.

Atmosfera Tytana składa się w 98,4% z azotu, w 1,4% z metanu oraz ze śladowych ilości wodoru i innych składników. Wraz z wysokością proporcje składników zmieniają się, i kilka kilometrów nad powierzchnią księżyca zawartość metanu rośnie do prawie 5%. Tytan nie posiada własnego pola magnetycznego, jednak pozostaje pod częściowym wpływem magnetosfery Saturna, co w pewnym sensie chroni go przed działalnością wiatru słonecznego. Tytan otrzymuje tylko 1% energii słonecznej, jaką otrzymuje Ziemia, jednak z powodu składu jego atmosfery tylko 10% tej energii dociera do jego powierzchni. Ubytek ten jest równoważony przez obecność gazów cieplarnianych, głównie metanu, przez co temperatura na powierzchni księżyca wynosi minus 179 stopni Celsjusza.

Fotografia przedstawiająca wir nad południowym biegunem Tytana. Źródło: NASA/JPL.

Dzięki gęstej atmosferze na Tytanie występuje klimat, który można w przybliżeniu porównać z ziemskim pod względem niektórych elementów. Doba na tym księżycu wynosi prawie 16 ziemskich dni, co związane jest ze stosunkowo długim obiegiem Tytana wokół Saturna. Z kolei cykl roczny trwa 29,5 ziemskich lat, tj. tyle ile trwa obieg Saturna wokół Słońca. Liczby te warunkują cykl dobowy i pory roku, przy czym okresy te są oczywiście wielokrotnie dłuższe niż na Ziemi. Atmosfera Tytana zawiera chmury, które tworzą się głównie z cząstek metanu lub etanu, a nie z pary wodnej jak na Ziemi. Zazwyczaj zajmują ok. 1% powierzchni księżyca, jednak czasami ich zagęszczenie jest większe i dochodzi nawet do 8% ogólnej powierzchni Tytana. Z tych chmur powstaje deszcz węglowodorów, które opadając najprawdopodobniej tworzą zbiorniki powierzchniowe. Innymi elementami związanymi z pogodą jest prawdopodobne występowanie tęcz podczas opadów, wiatry wiejące z prędkością zazwyczaj 1m/s (maksymalnie do 10 m/s), a także zjawisko podobne do szronu. Naukowcy uważają, że zbiorniki ciekłego metanu występują częściej na półkuli gdzie aktualnie panuje zima (obecnie jest to półkula północna), a na sąsiedniej półkuli węglowodory poddawane są zwiększonemu parowaniu wskutek trwania pory letniej, w związku z czym ich liczba i ogólna powierzchnia jest wyraźnie mniejsza.

Morza i jeziora Tytana w okolicach bieguna północnego (w fałszywych kolorach). Na dole po lewej Kraken Mare, Ligeia Mare na prawo pod biegunem. Źródło: NASA/JPL.

Tytan jest jedynym obiektem w Układzie Słonecznym poza Ziemią, na którym stwierdzono występowanie powierzchniowych zbiorników cieczy. Składają się głównie z etanu, metanu i propanu, jednak proporcje tych składników bywają różne w zależności od badanego zbiornika. Zbiorniki te nazywane są jeziorami, przy czym największe z nich noszą miano mórz. Zazwyczaj bywają płytkie, ich głębokość dochodzi do kilku metrów, jednak w niektórych przypadkach głębokość znacznie przekracza 100 metrów. Największym zbiornikiem na Tytanie jest Kraken Mare o powierzchni ok. 400 tys. km2, a innymi dużymi morzami są Ligeia Mare i Punga Mare. Brzegi zbiorników występujących na Tytanie są mocno urozmaicone, przy czym można wyróżnić zatoki, kanały, wyspy i wpadające do jezior i mórz rzeki. Niektóre z rzek osiągają długość setek kilometrów.

Linia brzegowa Kraken Mare i wpadające do niego kanały. Źródło: NASA/JPL.

Inne struktury powierzchniowe na Tytanie są trudno dostępne dla instrumentów działających w zakresie światła widzialnego (z powodu gęstej atmosfery), w związku z czym badanie rzeźby terenu jest utrudnione. Podstawowymi jednostkami, na które można podzielić Tytana są obszary odznaczające się niskim lub wysokim albedo, tworzące ciemne lub jasne regiony. Do pozostałych form powierzchni należą formy przypominające m.in. łukowate struktury, pagórki, wybrzuszenia, kratery (w tym największy Menrva o średnicy 392 km), doliny, wydmy, struktury pierścieniowe oraz łańcuchy górskie. Najwyższe góry dochodzą do półtora kilometra wysokości, jednak deniwelacje na powierzchni Tytana rzadko przekraczają 150 metrów. Liczba kraterów jest stosunkowo mała, co naukowcy tłumaczą dość młodym wiekiem geologicznym powierzchni Tytana. Procesy eoliczne i fluwialne związane z klimatem panującym na księżycu oraz upadki meteorytów są głównymi czynnikami formującymi rzeźbę terenu.

Obraz powierzchni Tytana widziany w podczerwieni. Źródło: NASA/JPL.

Porównanie piaszczystych wydm na Pustyni Namib (na górze) ze strukturami na Tytanie (na dole). Źródło: NASA/JPL.

Pierwszą sondą kosmiczną, która zbadała Tytana był próbnik Pioneer 11 przelatujący przez system Saturna w 1979 r. Przekazał on informacje o niskiej temperaturze księżyca, co oznaczało małe prawdopodobieństwo rozwoju życia na jego powierzchni. Przesłał też pierwsze zdjęcia, jednak rok później sonda Voyager 1 wykonała szereg bardziej zaawansowanych badań, dzięki którym uzyskano zdjęcia o lepszej rozdzielczości i przeprowadzono analizy właściwości fizycznych Tytana. Prawdziwy przełom w badaniach nad Tytanem nastąpił wraz z dotarciem tam sondy Cassini w 2004 r. Od kilkunastu lat bada ona Saturna oraz jego księżyce i w ciągu kilku bliskich przelotów nad Tytanem przesłała wiele szczegółowych danych na jego temat, w tym radarowe zdjęcia jego powierzchni. Podczas jednego z przelotów w 2005 r. opuściła lądownik nazwany nazwiskiem odkrywcy księżyca, który opadł na powierzchnię Tytana przesyłając szczegółowe zdjęcia. Było to jak dotychczas lądowanie na najdalszym z badanych w ten sposób obiektów.

Fotografia powierzchni Tytana wykonana po lądowaniu próbnika Huygens. Widoczne kamienie zbudowane są z lodu wodnego. Źródło: NASA/JPL.

Ubiegłe lata stały pod znakiem kasowania (z powodów finansowych) planów dotyczących kolejnych misji mających na celu zbadanie Tytana. Do skutku nie doszły projekty m.in. NASA oraz ESA, zakładające wysłanie balonu napełnionego ciepłym powietrzem, który unosiłby się w atmosferze Tytana przez sześć miesięcy, czy opuszczenie lądownika unoszącego się na powierzchni jednego z jezior przez okres kilku miesięcy. Innymi pomysłami były: wysłanie drona, który unosiłby się nad powierzchnią księżyca wykonując szereg szczegółowych fotografii i analiz, a także projekt wysłania lądownika w postaci łodzi o własnym napędzie, która przemierzałaby zbiorniki na Tytanie. Obecnie w fazie projektu jest misja NASA, która zakładałaby wysłanie łodzi podwodnej w celu zbadania mórz na księżycu. Ma ona szansę na realizacje, o ile decydenci z NASA postanowią sfinansować jej koszty, rezygnując z finansowania innych projektów również walczących o grant.
 
Ciekawostki:

• Tytan jest objętościowo większy od Merkurego, jednak posiada tylko 40% jego masy.
  
• Tytan widoczny z Ziemi ma maksymalną jasność na poziomie ok. 8 mag, więc jest z łatwością dostrzegalny przez niewielkie teleskopy amatorskie.
  
• Niektórzy naukowcy sugerują, że w zbiornikach Tytana mogły powstać proste organizmy oparte o syntezę węglowodorów, dzięki czemu wytrzymywałyby bardzo niskie temperatury panujące na powierzchni tego księżyca. Większość naukowców uważa jednak, że jeśli życie w ogóle istnieje na Tytanie, to rozwinęło się raczej w podpowierzchniowym wodnym oceanie, gdzie temperatury mogą być bardziej zbliżone do występujących na Ziemi.
  
• Biorąc pod uwagę gęstość atmosfery Tytana i niewielką siłę grawitacji, człowiek mógłby latać z przyczepionymi skrzydłami do rąk niczym Dedal lub Ikar z mitologii greckiej. Jedyną większą przeszkodą byłaby bardzo niska temperatura atmosfery.
• Tytan był wielokrotnie miejscem akcji dzieł science fiction.

Grzegorz Iwanicki