Hvordan Titan kokte atmosfæren

Saturns store måne Titan, med sin mindre måne Mimas i forgrunnen, sett av romfartøyet Cassini i 2013. Titans atmosfære er tykk og disig, og for det meste nitrogen, som jordas. Hvor kom nitrogenet fra? Bilde via NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.

Titan er Saturns største måne og virker på mange måter mer som en planet enn en måne. Det er uhyggelig jordlignende, men likevel en veldig annen verden fra Jorden, med ekstrem kulde og elver, innsjøer og hav av flytende metan / etan. Dessuten er Titan den eneste månen i solsystemet som har en tykk atmosfære, og også på den måten minner den om de største planetene i solsystemet vårt. Titans atmosfære er hovedsakelig sammensatt av nitrogen, som Jordens. Akkurat hvordan Titans atmosfære utviklet seg har vært et av de langvarige mysteriene i denne bisarre verdenen.

EarthSky månekalendere er kule! De lager gode gaver. Bestill nå. Går fort!

En ny fagfellevurdert studie kaster lys over dette spørsmålet. Studien ble publisert online i The Astrophysical Journal 22. januar 2019. Studien - fra Southwest Research Institute (SwRI) - antyder at nitrogenet i Titans atmosfære stammet fra "matlaging" av organisk materiale i månens indre. Kelly Miller, forsker i SwRIs romvitenskap og ingeniørdivisjon og hovedforfatter av studien, ga litt bakgrunn:

Titan er en veldig interessant måne fordi den har denne veldig tykke atmosfæren, som gjør den unik blant måner i solsystemet vårt. Det er også det eneste kroppen i solsystemet, annet enn Jorden, som har store mengder væske på overflaten. Titan har imidlertid flytende hydrokarboner i stedet for vann.

Det skjer uten tvil mye organisk kjemi på Titan, så det er en ubestridelig kilde til nysgjerrighet.

Hovedteorien om Titans atmosfære har vært at ammoniakkis fra kometer ble omdannet, ved påvirkninger eller fotokjemi, til nitrogen for å danne Titans atmosfære. Selv om det fortsatt kan være en viktig prosess, forsømmer det effekten av det vi nå vet er en veldig betydelig del av kometer: komplekst organisk materiale.

Kunstnerens konsept av Huygens-sonden som synker gjennom Titans tykke atmosfære før landing, i 2005. Bilde via NASA.

Millers studie var inspirert av et oppdrag til et veldig annet objekt - komet 67P / Churyumov-Gerasimenko - studert i detalj av Det europeiske romfartsorganets Rosetta romfartøy. Det viste seg at kometenes sammensetning var omtrent 1/2 is, 1/4 bergart og 1/4 organisk materiale. Kometens komposisjon kan være betydelig når det gjelder å finne ut hvordan Titans atmosfære ble, ifølge Miller:

Kometer og primitive kropper i det ytre solsystemet er virkelig interessante fordi de thought thought thought re trodde å være igjen byggesteiner i solsystemet. Disse små kroppene kunne innlemmes i større kropper, som Titan, og det tette, organisk rike steinmaterialet kunne finnes i kjernen.

Titan sett av Cassinis radar, og viser metanskyer i atmosfæren. Bilde via NASA / JPL-Caltech.

Hvordan gjelder alt dette for Titan? Miller sammenlignet termiske modeller av Titans interiør med data fra organisk materiale i meteoritter. Tanken var å se hvor mye gassformet materiale som kunne produseres fra meteorittpåvirkning i Titan når det først ble dannet.

Resultatet var at omtrent halvparten av månens nitrogen og kanskje også det meste av metan kunne redegjøres for i dette scenariet. De organiske stoffene ville bli "kokt" inn i Titan som det ble dannet for noen milliarder år siden.

Mens det hovedsakelig er nitrogen, inneholder Titans atmosfære også omtrent 5 prosent metan, som kan danne organiske forbindelser. Disse organiske stoffene er over hele Titan i dag - både i atmosfæren (som dis) og belegg overflaten (inkludert massive "sanddyner" av organisk materiale).

Struktur av Titans atmosfære, som hovedsakelig er sammensatt av nitrogen og metan. Bilde via Anthony J. Colozza.

Men Titans atmosfæriske metanforsyning må fortsatt påfylles på en eller annen måte siden gassen brytes sammen over tid, og forskere er fremdeles ikke sikre på hvordan det skjer. På jorden kommer det meste metan fra biologi, men på Titan - gitt de ekstreme forholdene - er det mer sannsynlig å være primordial metan som er til overs fra da månen først ble dannet, lik den som ble funnet i atmosfærene til isgigantene Uranus og Neptun.

Noen forskere tror imidlertid at et primitivt liv av en eller annen art er mulig på Titan, kanskje i metan / etan-innsjøer og hav eller i havhavet under vann.

Hovedpoeng: Titans tykke nitrogenatmosfære er unik blant måner i solsystemet. Nitrogenet kan ha blitt "kokt" inne i Titan.

Kilde: Bidrag fra Accreted Organics to Titans Atmosphere: New Insights from Cometary and Chondritic Data

Via SwRI