Zdjęcia w bliskiej podczerwieni uzyskane przez Teleskop Webba i Teleskop Kecka w odstępie 30 godzin pokazują zmiany w atmosferze Tytana, który obraca się od lewej strony do prawej dla obserwatora na Ziemi. Wydaje się, że chmura A rotuje, zaś chmura B – rozpada się lub chowa za widoczną tarczę Tytana. Chmury nie są wieczne zarówno na Tytanie jak i na Ziemi, więc może te z 4 i 6 listopada 2022 r. nie są tymi samymi(?).
Rankiem 5 listopada 2022 roku (sobota) międzynarodową grupę astronomów badających planety zachwyciły pierwsze zdjęcia Tytana – największego księżyca Saturna, które sfotografował Teleskop Webba. W tym artykule kierownik zespołu badawczego dr Conor Nixon i inni naukowcy z programu obserwacyjnego nr 1251 podzielili się swoimi wrażeniami, gdy zobaczyli dane.
Tytan jest jedynym znanym obiektem w Układzie Słonecznym poza Ziemią, na którym obecnie występują rzeki, jeziora i oceany. Jest to również jedyny księżyc w Układzie Słonecznym z gęstą atmosferą. W przeciwieństwie do Ziemi, płynna powierzchnia Tytana składa się raczej z węglowodorów, takich jak metan lub etan, niż wody. Gęste zamglenie atmosfery blokuje widzialne światło przed odbiciem się od powierzchni.
Astronomowie czekali wiele lat, aby wykorzystać niezwykłe zdolności obserwacyjne w podczerwieni Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba do badania atmosfery Tytana – zarówno jego interesującej pogody, składu chemicznego atmosfery, jak i obserwacji zamglenia atmosfery celem wyznaczenia albedo (jasne i ciemne plamy) powierzchni.
Atmosfera Tytana jest niezwykle interesująca nie tylko ze względu na występujące tam chmury metanowe i burze, ale również z powodu tego, co może powiedzieć nam o przeszłości i przyszłości Tytana oraz czy ten księżyc zawsze posiadał atmosferę. Dlatego astronomowie są absolutnie zachwyceni wstępnymi wynikami tych obserwacji.
Członek zespołu Sebastien Rodriguez (the Universite Paris Cité) był jednym z pierwszych naukowców, który zobaczył nowe zdjęcia i zaalarmował cała grupę badawczą w mejlu – Cóż za niezwykła pobudka tego ranka (czas paryski)! Wiele alertów w mojej skrzynce elektronicznej! Uruchomiłem mój komputer i natychmiast zacząłem ściąganie danych. Na pierwszy rzut oka to po prostu niezwykłe! Myślę, że widzimy chmurę!
Podobnie zareagowała Heidi Hammel (Association of Universities for Research in Astronomy / AURA), która kieruje JWST Solar System Science Group – Fantastycznie! To cudownie widzieć chmurę i oczywiste oznaczenia albedo. Więc czekam z niecierpliwością na widma. Gratulacje dla wszystkich!!! Dziękuję!
W ten sposób rozpoczął się dzień szalonej aktywności. Porównując różne zdjęcia uzyskane przez kamerę NIRCam współpracującą z Teleskopem Webba, astronomowie wkrótce potwierdzili, że jasna plama widoczna na północnej półkuli Tytana w rzeczywistości jest wielką chmurą. Niedługo później została zauważona druga chmura. Odkrycie tych chmur jest ekscytujące, ponieważ potwierdza długoterminowe przewidywania modeli numerycznych klimatu Tytana, że chmury łatwo tworzą się średnich szerokościach na północnej półkuli podczas późnego lata, gdy powierzchnia jest nagrzana przez Słońce.
Obrazy Tytana – największego księżyca Saturna, uzyskane z pomocą Teleskopu Webba i kamery NIRCam w dniu 4 listopada 2022 roku. Obraz po lewej pokazuje dolne warstwy atmosfery i chmury na Tytanie – został uzyskany w filtrze F212N (λ=2,12μm). Jasne plamy są to większych rozmiarów obłoki na północnej półkuli. Obraz po prawej przedstawia powierzchnię i atmosferę Tytana - jest to mozaika zdjęć w 3 filtrach (λ~1,4–1,99μm) z modulacją jasności wziętą z filtru λ=2,09μm. Oznaczono kilka wyróżniających się struktur na powierzchni Tytana: Kraken Mare (uważa się, że to jest morze wypełnione metanem), Belet (wydmy piaszczyste o ciemnych barwach), Adri (odbija dużo światła). Źródło: NASA / ESA / CSA / A. Pagan, STScI / Webb Titan GTO Team
Jeszcze tego samego dnia naukowcy uświadomili sobie, że powinni dowiedzieć się, czy te chmury poruszają się lub zmieniają kształt, co może pomóc zdobyć informację o ruchach powietrza w atmosferze Tytana. Dlatego astronomowie z zespołu obserwującego Tytana Teleskopem Webba zwrócili się z prośbą do kolegów, aby tego wieczoru kontynuowali obserwacje Tytana w Obserwatorium Kecka na Hawajach, gdzie znajdują się dwa teleskopy o średnicy zwierciadeł 10 metrów każdy (jedne z największych na świecie!).
Mianowicie kierownik pierwszego zespołu dr Conor Nixon (NASA’s Goddard Space Flight Center) napisał do astronomów, którzy mają wielkie doświadczenie w pracy z teleskopami Kecka, Imke de Pater (University of California, Berkeley) i Katherine de Kleer (Caltech) – Właśnie uzyskaliśmy pierwsze zdjęcia Tytana za pomocą Teleskopu Webba, które zostały zrobione ostatniej nocy. Są niezwykłe! Wydaje się, że jest wielka chmura nad północnym obszarem polarnym w pobliżu Kraken Mare. Bylibyśmy wdzięczni za szybką odpowiedź odnośnie kontynuacji obserwacji Teleskopem Kecka, aby zauważyć jakieś zmiany w tej chmurze.
Po pertraktacjach z obsługą teleskopu Kecka i obserwatorami, którzy tego wieczoru mieli zaplanowane sesje, Imke oraz Katherine szybko umieściły w kolejce plan obserwacji Tytana. Celem były obserwacje Tytana od jego stratosfery aż do powierzchni, aby spróbować złapać chmury, które zaobserwował Teleskop Webba. Obserwacje zakończyły się sukcesem. Imke de Pater skomentowała to następująco – Obawialiśmy się, że te chmury mogły zniknąć, gdy z pomocą Kecka obserwowaliśmy Tytana dwa dni później, ale ku naszej radości chmury były w tych samych miejscach – w wyglądzie jakby zmieniły kształt.
Zmiany zachmurzenia na Tytanie w ciągu 30 godzin pomiędzy 4 i 6 listopada 2022 roku zaobserwowane przez Teleskop Webba z kamerą NIRCam (po lewej, λ~1,4–1,99μm + jasność λ~2,09) oraz hawajski teleskop Kecka z kamerą NIRC-2 (po prawej, λ~2,06–2,13μm). Na zdjęciach atmosfera Tytana obraca się od lewej strony do prawej – tak jak ją widzimy z odległej Ziemi i Słońca. Wydaje się, że chmura A rotuje, zaś chmura B – rozpada się lub chowa za widoczną tarczę Tytana. Chmury nie są wieczne zarówno na Tytanie jak i na Ziemi, więc może te z 4 i 6 listopada 2022 r. nie są tymi samymi (?). Źródło: NASA / ESA / CSA / A. Pagan, STScI / Webb Titan GTO Team
Po uzyskaniu zdjęć w podczerwieni z Teleskopu Kecka ich interpretacją zajęli się specjaliści od modelowania atmosfer. Jeden z nich, Juan Lora (Yale University) zauważył – Rzeczywiście niesamowite! Cieszę się, że to widać, ponieważ przewidzieliśmy pewną zmienność chmur dla tej pory roku! Nie jesteśmy pewni, czy chmury z 4 i 6 listopada są tymi samymi, ale są potwierdzeniem sezonowego typu pogody.
Zespół astronomów oprócz zdjęć za pomocą kamery NIRCam uzyskał również widma spektrografem NIRSpec sprzęgniętym z Teleskopem Webba, w długościach fali, które są nieprzepuszczalne przez atmosferę ziemską, a więc niedostępne dla instrumentów takich jak np. Teleskop Kecka. Te obserwacje są nadal analizowane i pozwolą nam faktycznie wyznaczyć skład chemiczny dolnej atmosfery i powierzchni Tytana w sposób, w który nie mógł nawet satelita Cassini przelatujący w pobliżu tego księżyca. Dowiemy się więcej o przyczynie powstawania jasnych struktur nad południowym biegunem.
W maju lub czerwcu 2023 roku są planowane kolejne obserwacje Tytana zarówno z użyciem kamery NIRCam oraz spektrografu NIRSpec (bliska podczerwień o długości fali λ do ~5 μm), jak i po raz pierwszy instrumentu MIRI (średnia podczerwień λ ~5–28 μm). Obserwacje MIRI poszerzą zakres widma Tytana o jeszcze nie obserwowane długości fali. Oprócz danych o złożonej strukturze gazów w atmosferze Tytana, ten instrument może dostarczyć kluczowe wskazówki do zrozumienia, dlaczego Tytan jest jedynym księżycem u Układzie Słonecznym z gęstą atmosferą.
Więcej informacji:
- Webb, Keck Telescopes Team Up to Track Clouds on Saturn’s Moon Titan
- NASA Releases New JWST And W. M. Keck Observatory Images Of Titan, Saturn’s Moon
Źródło: NASA/ESA
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Na ilustracji zmiany zachmurzenia na Tytanie w ciągu 30 godzin pomiędzy 4 i 6 listopada 2022 roku, zaobserwowane przez Teleskop Webba z kamerą NIRCam (po lewej, λ~1,4–1,99μm + jasność λ~2,09) oraz hawajski teleskop Kecka z kamerą NIRC-2 (po prawej, λ~2,06–2,13μm). Na zdjęciach atmosfera Tytana obraca się od lewej strony do prawej – tak jak ją widzimy z odległej Ziemi i Słońca. Źródło: NASA/STScI/Keck Observatory/Judy Schmidt
