Geologiczne procesy stojące za wydmami na Tytanie

Zarówno zdjęcie jak i ilustracja przedstawiające wschodni fragment Xanadu, równikowego regionu Tytana odsłaniają przed nami krajobraz gór, kanałów, rzek i równin. Źródło: Jeremy Brossier

Nawiewane wiatrem wydmy Tytana moga pokrywać miliony kilometrów kwadratowych więcej niż uważano wcześniej i najprawdopodobniej powstały one w procesach podobnych do tych zachodzących na Ziemi – wskazują najnowsze badania. Nowe wyniki mogą pomóc naukowcom w poszukiwaniu życia lub jego cząsteczkowych prekursorów na największym księżycu Saturna.

Wyniki badań opublikowane w periodyku Journal of Geophysical Research-Planets wydawanym przez American Geophysical Union wykorzystują nowe mapy Tytana do zbadania dwóch kwestii dotyczących tego księżyca: w jaki sposób powstały na nim wydmy i z czego się składają.

Atmosfera Tytana jest niezwykle gęsta i przenikają ją grube warstwy unoszących się w niej związków organicznych.  Jednak za tą atmosferą znajduje się mroźny krajobraz niewiele różniący się od ziemskich pustyni.

Powierzchnia Tytana pokryta jest dolinami, kanionami, jeziorami i wydmami. Za wiele z tych cech powierzchni przypominających powierzchnię Ziemi odpowiada system pogodowy Tytana, w którym węglowodory, np. metan, w formie opadów docierają do powierzchni księżyca.

Procesy geologiczne stojące za powstawaniem wydm mogą być podobne do tych, które stoją za powstawaniem kanionów i kanałów rzecznych na Ziemi. Tak jak deszcz powoli rzeźbi kaniony i rzeki na Ziemi, tak opady węglowodorów  uruchamiają procesy na szczytach gór obszaru równikowego na Tytanie, które prowadzą do powstawania rozległych równin wydmowych i burz pyłowych.

Analizując najbardziej szczegółowe zdjęcia równika Tytana w historii, autorzy analizy wskazują, że wydmy pokrywają dużo większy obszar księżyca niż dotychczas sądzono. Wydmy rozciągają się na obszarze trzy miliony kilometrów kwadratowych większym od wcześniej szacowanego.

Z uwagi na fakt, że Tytan posiada bogatą w azot atmosferę, aktywne układy pogodowe oraz związki organiczne na swojej powierzchni, może on sprzyjać powstawanu życia lub jego prebiotycznych składników. Zrozumienie procesów geologicznych tam zachodzących może pomóc naukowcom odkryć gdzie może istnieć potencjalne życie – mówi Jeremy Brossier z Instytutu Badań Planetarnych w Berlinie, główny autor opracowania.

Naukowcy po raz pierwszy bliżej przyjrzeli się powierzchni Tytana za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a w 1994 roku. Wtedy to badacze założyli, że rozległe, ciemne obszary w pobliżu równika to jeziora ciekłych węglowodorów.

Teraz, po wielu latach naukowcy wiedzą, że owe duże, ciemne obszary po raz pierwszy zauważone przez Hubble’a nie były jeziorami, ale rozległymi równinami usianymi przez wydmy. Dowiedzieliśmy się tego dzięki sondzie Cassini wystrzelonej z Ziemi w 1997 roku, która spłonęła w górnych warstwach atmosfery Saturna w 2017 roku. Jednym z instrumentów zainstalowanych na pokładzie sondy był radar SAR, który ukazał badaczom kształt powierzchni Tytana odbijając od niej fale dźwiękowe. Wystarczyło włączyć SAR, aby badaczom ukazały się góry, doliny, a nawet kaniony na powierzchni księżyca.

Stworzenie mapy kształtu powierzchni Tytana stanowiło kluczowy pierwszy krok na drodze do zrozumienia procesów geologicznych zachodzących na jego mroźnej powierzchni. Ale zrozumienie z czego składają się te formy powierzchni – lodu, skał, piasku czy innego materiału – to zupełnie inne wyzwanie.

Aby rozwikłać tę zagadkę, badacze musieli skorzystać z innego instrumentu: VIMS, który działa jak kamera. W przeciwieństwie do większości kamer VIMS rejestruje obrazu w 352 różnych barwach i rejestruje promieniowanie w zakresie od 300 do 5100 nanometrów. Ludzkie oko – dla porównania – rejestruje tylko zakres 380-620 nm.

Analiza tych danych pozwoliła naukowcom zbadanie z czego składa się powierzchnia Tytana. Każdy związek chemiczny inaczej odbija światło, pozostawiając w nim charakterystyczny dla siebie odcisk. Naukowcy tacy jak Bossier wykorzystują te odciski do ustalenia składu chemicznego wierzchniej warstwy (tylko ta widoczna jest dla VIMS) powierzchni księżyca.

W laboratorium Brossier wraz ze swoimi współpracownikami modelował różne mieszaniny substancji, które mogą znajdować się na powierzchni Tytana i oceniał ich właściwości spektralne. Bazując na tych informacjach stworzył model, który później stosował do “odcisków” widocznych w danych zebranych na Tytanie za pomocą VIMS.

Wykorzystując nowe zdjęcia wykonane za pomocą VIMS, autorzy opracowania zaproponowali proces geologiczny tworzenia wydm rozpoczynający się na samym szczycie pasm górskich w rejonie równika Tytana. To tam, gęsta atmosfera Tytana bezustannie dostarcza cienkie warstwy materiałów organicznych przypominające pudrową warstwę świeżego śniegu.

Owa cienka warstwa bogata jest w małe, organiczne cząsteczki, tzw. tholiny, które odbijały bardzo dużo światła w stronę instrumentów Cassini. Brossier wraz ze swoimi współpracownikami wykorzystał sygnatury tych tholinów oraz lodu wodnego do odtworzenia procesu geologicznego prowadzącego do powstawania wydm na Tytanie.

Najnowsze badania wskazują, że deszcze metanu prowadzą do erozji szczytów górskich na Tytanie, rzeźbiąc kanały w powierzchni. Taka erozja spłukuje tholiny oraz fragmenty lodu po zboczach górskich na niziny, gdzie następnie się gromadzą.

Wiejące na Tytanie wiatry wywiewają mniejsze ziarna tej mieszaniny w kierunku wydmowych równin obszaru równikowego. To właśnie te małe ziarna odpowiadają za powstawania wydm.

Proces ten przypomina proces formowania się wydm na Ziemi, mówi Brossier, tyle, że materia, z której ostatecznie powstają wydmy na Tytanie pochodzi z jego atmosfery. Te grube, gęste obłoki organicznych aerozoli uzupełniają kolejne warstwy materii organicznej na szczytach gór, które metan z czasem spłukuje w kierunku równin wydmowych.

Powyższe badania także dostarczają silnych dowodów na istnienie odsłoniętych obszarów lodu wodnego i jego geologicznej roli w formowaniu wydm na Tytanie.

Źródło: AGU