Webbov ďalekohľad: Predpoveď počasia na Titane: Čiastočne zamračené s občasnými metánovými prehánkami
Tieto snímky Titanu boli zhotovené vesmírnym teleskopom NASA Jamesa Webba 11. júla 2023 (horný rad) a pozemným observatóriom W. M. Kecka 14. júla 2023 (dolný rad). Zobrazujú metánové oblaky (označené bielymi šípkami), ktoré sa objavujú v rôznych výškach na severnej pologuli Titanu.
Na ľavej strane sú reprezentatívne farebné snímky z oboch teleskopov. Na snímke z Webba je svetlo s vlnovou dĺžkou 1,4 mikrometra zafarbené modrou farbou, 1,5 mikrometra zelenou farbou a 2,0 mikrometra červenou farbou (filtre F140M, F150W a F200W). Na Keckovej snímke je svetlo pri 2,13 mikrónoch sfarbené modro, 2,12 mikrónov je zelené a 2,06 mikrónov je červené (filtre H2 1-0, Kp a He1b).
V strednom stĺpci sú snímky s jednou vlnovou dĺžkou zhotovené Webbom a Keckom pri 2,12 mikrónoch. Táto vlnová dĺžka je citlivá na emisie zo spodnej troposféry Titanu. Pravé krajné snímky zobrazujú emisie pri 1,64 mikróna (Webb) a 2,17 mikróna (Keck), ktoré uprednostňujú vyššie výšky, v hornej troposfére a stratosfére (atmosférická vrstva nad troposférou) Titanu. Dokazuje to, že oblaky sú 14. júla viditeľné vo väčších výškach ako predtým 11. júla, čo svedčí o pohybe smerom nahor.
NASA, ESA, CSA, STScI a observatórium W. M. Kecka
Saturnov mesiac Titan je zaujímavý svet zahalený do žltkastého smogového oparu. Podobne ako na Zemi, atmosféra je tvorená prevažne dusíkom a má počasie vrátane mrakov a dažďa. Na rozdiel od Zeme, ktorej počasie je poháňané vyparovaním a kondenzáciou vody, na chladnom Titane prebieha metánový cyklus.
Vesmírny teleskop NASA Jamesa Webba doplnený o snímky z teleskopu Keck II po prvýkrát našiel dôkazy o konvekcii oblakov na severnej pologuli Titanu, nad oblasťou jazier a morí. Webb tiež zistil kľúčovú molekulu obsahujúcu uhlík, ktorá umožňuje nahliadnuť do chemických procesov v zložitej atmosfére Titanu.
Počasie na Titane
Na Titane zohráva metán podobnú úlohu ako voda na Zemi, pokiaľ ide o počasie. Vyparuje sa z povrchu a stúpa do atmosféry, kde kondenzuje a vytvára metánové mraky. Príležitostne padá ako chladný, olejovitý dážď na pevný povrch, kde je vodný ľad tvrdý ako skala.
„Titan je jediným ďalším miestom v našej slnečnej sústave, ktoré má počasie ako Zem v tom zmysle, že má oblaky a dažďové zrážky na povrchu,“ vysvetlil hlavný autor Conor Nixon z Goddardovho centra vesmírnych letov NASA v Greenbelte v Marylande.
Tím pozoroval Titan v novembri 2022 a júli 2023 pomocou Webbovho teleskopu aj jedného z dvojice pozemných teleskopov observatória W. M. Kecka. Tieto pozorovania ukázali nielen oblaky v stredných a vysokých severných zemepisných šírkach na Titane – na pologuli, kde je v súčasnosti leto – ale tiež ukázali, že tieto oblaky zjavne časom stúpajú do väčších výšok. Zatiaľ čo v predchádzajúcich štúdiách sa pozorovala konvekcia oblakov v južných zemepisných šírkach, toto je prvý dôkaz takejto konvekcie na severe. Je to dôležité, pretože väčšina jazier a morí Titanu sa nachádza na jeho severnej pologuli a vyparovanie z jazier je hlavným potenciálnym zdrojom metánu. Ich celková rozloha je podobná rozlohe Veľkých jazier v Severnej Amerike.
Najnižšia vrstva atmosféry, tzv. troposféra, sa na Zemi rozprestiera do výšky približne 12 kilometrov. Na Titane, ktorého nižšia gravitácia umožňuje rozšírenie atmosférických vrstiev, však troposféra siaha až do výšky približne 45 kilometrov. Webb a Keck použili rôzne infračervené filtre na sondovanie do rôznych hĺbok Titanovej atmosféry, čo astronómom umožnilo odhadnúť výšku oblakov. Vedecký tím pozoroval oblaky, ktoré sa v priebehu niekoľkých dní zrejme presunuli do vyšších nadmorských výšok, hoci nemohli priamo vidieť žiadne zrážky.
Chemické zloženie atmosféry Titanu
Táto štvorpanelová infografika ukazuje kľúčový chemický proces, ktorý sa pravdepodobne vyskytuje v atmosfére Saturnovho mesiaca Titan.
1. Titan má hustú dusíkovú (N2) atmosféru, ktorá obsahuje aj metán (CH4).
2. Molekuly známe ako metylové radikály (CH3) vznikajú, keď sa metán rozkladá slnečným žiarením alebo energetickými elektrónmi zo Saturnovej magnetosféry.
3. Potom rekombinuje s inými molekulami alebo sám so sebou a vytvára látky, ako je etán (C2H6).
4. Metán, etán a ďalšie molekuly kondenzujú a pršia z atmosféry, pričom vytvárajú na povrchu Titanu jazerá a moria. Vesmírny teleskop NASA Jamesa Webba po prvýkrát zistil na Titane metylradikál, čím poskytol kľúčový chýbajúci prvok pre naše chápanie chemických procesov na Titane.
NASA, ESA, CSA a Elizabeth Wheatley (STScI)
Budúcnosť atmosféry Titanu
Táto uhľovodíková chémia má dlhodobé dôsledky pre budúcnosť Titanu. Keď sa metán vo vyšších vrstvách atmosféry rozpadá, časť z neho sa rekombinuje a vytvára ďalšie molekuly, ktoré nakoniec v tej či onej chemickej forme skončia na povrchu Titanu, zatiaľ čo časť vodíka z atmosféry uniká. V dôsledku toho sa metán časom vyčerpá, ak nebude existovať nejaký zdroj na jeho doplnenie.
K podobnému procesu došlo aj na Marse, kde sa molekuly vody rozpadli a vzniknutý vodík sa stratil do vesmíru. Výsledkom bola suchá, púštna planéta, ktorú vidíme dnes.
„Na Titane je metán spotrebným materiálom. Je možné, že sa neustále dopĺňa a vyprcháva z kôry a vnútra v priebehu miliárd rokov. Ak nie, nakoniec sa všetok stratí a Titan sa stane prevažne bezvzdušným svetom prachu a dún,“ povedal Nixon.
Video: Webb špehuje dažďové mraky a novú molekulu na Titane
Zo všetkých cudzích svetov v našej slnečnej sústave sa jeden obzvlášť podobá našej domovskej planéte. Titan, najväčší mesiac Saturnu, je jediným ďalším miestom, o ktorom vieme, že sa na ňom môžete
prechádzať po morskom pobreží alebo stáť v daždi. Exotické moria Titanu a jeho olejnaté kvapky dažďa však nie sú tvorené vodou, ale prírodnými plynmi metánom a etánom, ktoré sú prechladené do tekutej podoby. Vesmírny teleskop NASA Jamesa Webba teraz odhalil kľúčový, chýbajúci krok v tom, ako vzniká etán, a jeho objav by nám mohol napovedať o budúcnosti atmosféry Titanu.
Kredit: Goddard Space Flight Center NASA. Producent/redaktor: Dan Gallagher. Vedúci vedec/prípravca: Conor Nixon. Vedúci animátor: Jenny McElligott. Hlavný vizualizátor: Mgr: Andrew J. Christensen. Vedec: Mgr: Nicholas Lombardo. Animátor/výtvarný riaditeľ: Mgr: Michael Lentz. Vedúci animácie: Mgr: Walt Feimer. Animátori: Mgr: Jonathan North, Wes Buchanan, Kim Dongjae, Chris Meaney, Adriana Manrique Gutierrez. Vizualizátori údajov: Mgr: Mark SubbaRao, Kel Elkins, Ernie Wright. Poskytovateľ údajov: Juan Lora. Výkonný producent: Wade Sisler. Podpora sociálnych médií: Kathryn Mersmann. Verejné záležitosti: Mgr: Laura Betz.
Doplnenie misie Dragonfly
Ďalšie záhady Titanu bude skúmať misia NASA Dragonfly, robotické rotorové lietadlo, ktoré má na Saturnovom mesiaci pristáť v roku 2034. Dragonfly uskutoční viacero letov a preskúma rôzne miesta. Jej hĺbkové výskumy doplnia Webbovu globálnu perspektívu.
„Spojením všetkých týchto zdrojov vrátane Webbu, Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu NASA a pozemných observatórií zachováme kontinuitu medzi bývalou misiou Cassini/Huygens na Saturn a nadchádzajúcou misiou Dragonfly,“ dodala Heidi Hammelová, viceprezidentka Asociácie univerzít pre výskum v astronómii a interdisciplinárna vedecká pracovníčka Webbu.
Tieto údaje boli získané v rámci Hammelovej programu: Garantované časové pozorovania na štúdium Slnečnej sústavy. Výsledky boli uverejnené v časopise Nature Astronomy.
Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba je najvýznamnejším vesmírnym vedeckým observatóriom na svete. Webb rieši záhady v našej Slnečnej sústave, pozerá sa za hranice vzdialených svetov okolo iných hviezd a skúma tajomné štruktúry a pôvod nášho vesmíru a nášho miesta v ňom. Webb je medzinárodný program, ktorý vedie NASA spolu s partnermi ESA (Európska vesmírna agentúra) a CSA (Kanadská vesmírna agentúra).
Ak sa chcete dozvedieť viac o Webbe, navštívte stránku:
Kontakty pre médiá
Laura Betz – laura.e.betz@nasa.gov
Goddardovo centrum vesmírnych letov NASA, Greenbelt, Md.
Christine Pulliam – cpulliam@stsci.edu
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.