[Tekst ukazał się w Tygodniku POLITYKA w październiku 2012 r.]
Pomarańczowy, nieprzenikniony, daleki i zimny. A do tego pod pewnymi względami podobny do Ziemi. Bardzo zagadkowy, chociaż niektóre jego tajemnice udało się wyjaśnić. Tytan – największy księżyc Saturna.
Chociaż Tytan został odkryty w połowie XVII w., dopiero w 1944 r. dowiedzieliśmy się, że księżyc ten obleka gęsta i gruba atmosfera. Jej ciśnienie jest o połowę większe niż na Ziemi, sięga ona jednak znacznie wyżej niż atmosfera ziemska – kilkaset kilometrów nad powierzchnię. Pozostałe naturalne satelity planet Układu Słonecznego albo nie mają atmosfer w ogóle, albo bardzo nikłe i rzadkie – dlatego Tytan jest księżycem wyjątkowym. Tytan to gigant, rozmiarami przerasta Merkurego i jest też jedynym, po Ziemi, ciałem niebieskim w naszym Układzie Słonecznym, na którego powierzchni istnieją płynne substancje. Nie jest to jednak woda, lecz płynne węglowodory – głównie metan, zmieszany z etanem i acetylenem. Pomarańczowe zabarwienie atmosfery jest wywołane jej składem chemicznym – głównie azotem z domieszką metanu i etanu. To typowy księżyc lodowy.
Z powierzchni Ziemi nawet najlepsze teleskopy nie pozwalają przeniknąć przez gęstą tytanową atmosferę. Nie zdołały tego uczynić także instrumenty badawcze sond Pioneer czy Voyager. Dopiero obserwacje Teleskopu Kosmicznego Hubble’a ukazały pierwsze, niewyraźne zarysy lądów księżyca. Sytuacja zmieniła się wyraźnie w 2004 r., gdy amerykańska sonda Cassini rozpoczęła dokładne badania Saturna i jego księżyców. Od tego czasu Cassini przeleciał w pobliżu Tytana 80 razy i zbadał go najdokładniej, jak obecnie jest to możliwe.
Zagadka 1. Tytanowy subocean
Wcześniej podejrzewano, że wewnątrz księżyca, pod całą jego powierzchnią może znajdować się ocean wodny. Teraz wiadomo już, że ten ocean tam jest. Niedawno w czasopiśmie „Science” ukazał się artykuł omawiający wyniki obserwacji poczynionych za pomocą sondy Cassini.
Tytan okrąża Saturna co 16 dni po lekko eliptycznej orbicie i podlega silnym pływom powodowanym przez ogromną grawitację planety. Pływy te wywołują na jego powierzchni wybrzuszenia mierzące nawet do 10 m wysokości. Gdyby Tytan składał się wewnątrz w całości z lodu (lub innej stałej materii), zmiany pływowe nie mogłyby być tak duże. Księżyc – zastanawiali się badacze – musi mieć w sobie sporo płynnej substancji, najpewniej wody, ale jak to potwierdzić? Wysłanie próbników, które miałyby to zbadać na miejscu, byłoby obecnie zadaniem arcytrudnym, zważywszy, że próbnik Huygens, jedyny, jaki udało się na księżyc zrzucić (w 2005 r.), pracował na jego powierzchni niewiele ponad godzinę.
Im silniejsze są te pływy – co zależy od położenia Tytana na orbicie wokół Saturna – tym silniejszym deformacjom podlegają także wewnętrzne części księżyca, a to objawia się zaburzeniami w jego własnym polu grawitacyjnym. Zaburzenia te można rejestrować, ponieważ wywołują one niewielkie zmiany prędkości orbitalnej Tytana. Podczas sześciu bliskich przelotów sondy Cassini nad księżycem, w latach 2006–11, dwa zespoły astronomów z Włoch i z USA śledziły skrupulatnie te zmiany. Z analizy danych badacze wywnioskowali niezależnie, że zachowanie Tytana da się wytłumaczyć, jeśli ma na głębokości ok. 100 km pod zewnętrzną powłoką lodową ogromny ocean. Warstwa wody liczy kilkaset kilometrów, a nad nią i pod nią wewnątrz globu zalegają warstwy lodu różniące się gęstością. Tym samym Tytan dołącza właśnie do klubu księżyców Układu Słonecznego – Ganimedesa, Europy i Callisto, które pod swoimi lodowymi skorupami mają oceany wodne.
Zagadka 2. Wielkie zimowe zawirowanie
Pory roku na Tytanie, mierzone ziemskim czasem, trwają latami. Wynika to z faktu, że Saturn – i jego księżyce – okrążają Słońce prawie co 11 tys. dni. Tyle trzeba czau Tytanowi, by zrealizował cały cykl roczny. Kiedy sonda Cassini przybyła w okolice Saturna w 2004 r., na Tytanie panowała zima na półkuli północnej. I choć tonęła ona w mroku, przyrządy sondy zaobserwowały potężną koncentrację aerozoli atmosferycznych, roztaczającą się wysoko nad biegunem północnym. Aerozol miał kształt czapy, składającej się ze związków organicznych, w których wykryto węgiel, wodór i azot. Czapa ta utrzymywała się potem przez wiele lat. Zmiany zaczęły następować w sierpniu 2009 r. Na północy nastała wiosna. Od tamtej pory naukowcy monitorowali atmosferę Tytana szczególnie nad biegunem południowym, sądząc, że nadejście zimy na południowej półkuli wywoła podobny efekt. I nie mylili się.
W maju 2012 r. taka czapa różnokolorowych mgieł i chmur, sięgająca 300 km wysokości, pojawiła się nad biegunem południowym. Na wiele lat nastała zima na półkuli południowej. Teraz wielkie obszary południa Tytana spowija ciemność. „Struktura ta przypomina nieco tzw. otwarte komórki konwekcyjne obserwowane na Ziemi nad oceanami” – mówi Tony del Genio, członek zespołu Cassini z NASA Godard Institute for Space Studies. „Jednak na naszej planecie tego typu układy powstają tuż nad powierzchnią, natomiast struktura na Tytanie znajduje się bardzo wysoko, być może w odpowiedniku tytanowej stratosfery”.
27 czerwca 2012 r. udało się wykonać bardzo dokładne zdjęcia tej czapy. Odkryto w niej potężny wir. Ponieważ jednak przyrządy Cassiniego nie widzą całości, a zwłaszcza przypowierzchniowych warstw koncentracji, niezwykle trudno jest wyjaśnić mechanizm jej powstawania oraz rozwikłać zagadkę, dlaczego jest tak duża.
Zagadka 3. Metanowe pojezierza
Dzięki badaniom sondy Cassini uczeni wiedzą o licznych jeziorach i rzekach występujących w wielu miejscach na Tytanie. Są to twory „żywe” w takim znaczeniu, że wypełniające je płynne węglowodory, głównie metan – rzeczywiście płyną, a nawet falują pod wpływem wiatru. Największe jeziora występują na półkuli północnej – Karken Mare ma wielkość Morza Kaspijskiego.
Jednak z rzekami tytanowymi jest coś nie tak. Powierzchnia Tytana, który liczy 4 mld lat, wygląda tak, jakby uformowała się całkiem niedawno, około 100–500 mln lat temu. Jest to powierzchnia z reguły płaska, bez wyraźnych uskoków, wgłębień i wyżłobień. Taylor Perron, profesor geologii z MIT, mówi, że ten widok przypomina mu prymitywne stare mapy, na których nie uwidoczniono żadnych szczegółów topografii, a tylko schematycznie zaznaczono biegi rzek.
Zważywszy młody – jak na jego wiek – wygląd powierzchni Tytana, uważa się, że zarówno rzeki, jak i procesy geologiczne – ruchy tektoniczne czy wybuchy wulkanów (na księżycach lodowych nazywa się je kriowulkanami, ponieważ zamiast lawy wypluwają mieszaninę wody, metanu i amoniaku) – dokonały jej przemodelowania, a więc spowodowały erozję starych struktur oraz naniesienie nowych warstw osadowych. Niestety, śladów rzecznej erozji – takich jak na Ziemi – na Tytanie prawie nie ma. Tamtejsze rzeki, dokonując erozji w tytanowym lądolodzie, powinny wyżłobić skomplikowane sieci odnóg i rozgałęzień. Ich faktyczny wygląd jest jednak inny – to długie, wąskie i raczej regularne strumienie trochę przypominające kanały. Tak wyglądały pierwotne rzeki Ziemi, zanim zmieniły tereny, przez które płynęły. W związku z tym uczeni są obecnie zdania, że rzeczna erozja tytanowej powierzchni musi być procesem bardzo powolnym.
Co zatem spowodowało obecny, wygładzony wygląd powierzchni księżyca? Być może przede wszystkim czynniki geologiczne, a więc procesy tektoniczne i aktywność wulkaniczna. Ta powierzchniowa „młodość” Tytana jest jednak bardzo zagadkowa.
Zagadka 4. Życie
Czy na Tytanie mogłoby narodzić się i przetrwać życie? Wprawdzie całkowity brak tlenu i temperatury spadające na powierzchni Tytana grubo poniżej -150 st. C nie sprzyjają życiu, to jednak niezwykłe bogactwo związków organicznych występujących na tym księżycu pozwala choćby teoretyzować na temat możliwości powstawania na nim jakichś struktur prebiotycznych. Z nich z kolei mogłyby wyewoluować proste ekstremofile. Tego się nie wyklucza. Sonda Cassini będzie latać w jego pobliżu jeszcze przez pięć lat, może nieco dłużej; potem ulegnie zniszczeniu w atmosferze Saturna. Z pewnością odkryje jeszcze wiele intrygujących zagadek tajemniczego pomarańczowego księżyca.