آشنایی با تیتان ، قمری با بارش متان!

زحل برخلاف مشترى فقط یک قمر بزرگ دارد كه حتی بزرگتر از سیاره‌عطارد و سیاره کوتوله پلوتو می‌باشد!!!
قطر اين قمر، یعنی تيتان یا تایتان ، 5150 كيلومتر است. در ميان تمام قمرهاى منظومه‌ى شمسى فقط گانيمد، قمر مشترى، از تيتان بزرگتر است. تيتان هم مانند گانيمد چگالى كمى دارد كه نشان مى دهد از تركيبى از يخ وسنگ تشكيل شده است .

آشنایی با خصوصیات تیتان:

تيتان در فاصله 1/221/600 کیلومتری از زحل ، سیاره مادر خود قرار دارد و یک دور گردش کامل آن 15 روز 22 ساعت و 42 دقیقه زمینی طول می‌کشد.
تیتان را كريستين هويگنس درسال 1665 ميلادى كشف کرد اما ویژگی‌های یگانه اش تا قرن بیستم آشکار نشده بود.
در اوایل دهه ١٩٠٠ ميلادى دانشمندان شک كردند كه شايد تيتان جوّ داشته باشد زيرا براى نگه دارى گازهاى سنگين به اندازه‌ى كافى سرد و پرجرم است. نخستین نشانه های وجود جوی پیرامون تیتان ، در سال 1903 به وسیله جی، کماس سولا ستاره شناس اسپانیایی احساس گردید.
اين حدسيات در سال 1944 ميلادى و زمانى تأييد شد كه جرارد كايپِر خطوط جذبى متان را در طيف نور بازتابيده‌ى خورشيد از تيتان كشف كرد. امروز مى دانيم كه تيتان تنها قمر در منظومه‌ى شمسى با جوّى قابل توجه است.
جو تیتان تا حدود 500 کیلومتر در فضا ادامه پیدا می‌کند در حالی که ضخامت جو زمین فقط 37 کیلومتر است!!
تصویر‌هایی که از این قمر گرفته شده است ، سطحی گل‌آلوده را با ذخایر یخی و مجراهایی که جریان متان مایع حفر کرده است ، نشان می‌دهد. به علاوه نشانه هایی از وجود باد و وقوع فرسایش در سطح قمر به دست آمده است. پیدایش باد های تیتان به علت گرمایش نایکنواخت ناشی از تابش خورشید نیست! بلکه نیرو های کشندی نیرومند زحل ، موجب « جزر و مد » های جوی می‌شود!

جو شگفت انگیز تیتان!:

تيتان به سبب جوّش يكى از مهم ترين اهداف مأموريت هاى ويجر بود. البته در كمال حيرت و ناراحتى دانشمندان و مهندسان مأموريت ويجر ١ در تمام ساعت هاى ارزشمند و محدود رصدش فقط و فقط تصاويرى بى هيج عارضه از تيتان مى فرستاد.
جوّ تيتان آن قدر ضخيم است ( با ضخامت حدود ٢٠٠ كيلومتر يا حدود ١٠ بار ضخيم تر از جوّ زمين ) كه چيزى از سطح اين قمر ديده نمى شود. مه اطراف تيتان آن قدر متراكم است كه بخش كوچكى از نور خورشيد به سطح قمر مى رسد؛ احتمالاً ظهر در تيتان روشن تر از نيمه شبى مهتابى روى زمين نيست.
دانشمندان با بررسى ميزان تغيير علائم راديويى ارسال شده به سوى سطح تيتان از ويجر ١ تخمين زدند كه فشار بر سطح تيتان بايد حدود 45 درصد بيشتر از فشار هواى زمين در سطح درياها باشد. گرانش سطحى تيتان ضعيف تر از زمين است بنابراين اين قمر براى داشتن چنین فشارى در سطحش بايد گاز بيشترى در جوّش داشته باشد. در واقع محاسبات نشان مى دهند كه بر فراز هر یک متر مربع از سطح تيتان حدود ١٠ برابر بيشتر (از نظر جرم) ازهر متر مربعِ زمين گاز وجود دارد.
براى بررسى بهتر سطح تيتان بايد فضاپیمایی ديگر عازم اين قمر مى شد كه براى فرود بر آن برنامه ريزى شده باشد. در سال ١٩٩٧ ميلادى فضاپيماى كاسينى به سوى زحل پرتاب شد كه درسال ٢٠٠٣ به مقصد رسيد. اين فضاييما كاوشگری به نام هويگنس داشت كه در ژانویه ی سال ٢٠٠٥ ميلادى بر فراز تیتان رها شد و بر سطح آن فرود آمد و حين فرود تصاوير و اطلاعات بسيار باارزشى به زمين مخابره كرد. هويگنس طورى طراحى شده بود كه مى توانست هم بر خشكى و هم در درياهاى هيدروكربن تيتان فرود بيايد. اين كاوشگر در ناحيه اى نيمه خشک فرود آمد كه شايد زمانى در آن متان مايع جارى بوده است.

ترکیبات جوی تیتان:

بيشتر داده هايى كه ويجرها از جوّ تيتان به دست آوردند بعدها با كاوش فضاپیمای كاسينى تأييد شد ازجمله اين كه تقريباً ٩٠ درصد جوّ تيتان از نيتروژن شكيل شده است. بيشتر اين نيتروژن احتمالاً حاصل آمونياک ($NH3$) است كه تركيبى از نيتروژن و هيدروژن و در نواحى خارجى منظومه شمسى نسبتاً فراوان است. آمونیاک به آسانی با تابش فرابنفش نور خورشيد به نيتروژن و هيدورژن مى شكند. گرانش تيتان براى نگه داشتن اتم هاى هیدروژن زيادى ضعيف است ، بنابراين اين اتم‌ها به فضا مى گریزند و اتم های سنگین تر نیتروژن را پشت سر جا می‌گذارند.

متان ($CH4$) دومين گاز فراوان در تيتان است كه در زمين هم بخش اصلى «گاز طبيعى» مصرفى به عنوان سوخت را تشكيل مى دهد. واكنش متان با تابش فرابنفش نور خورشيد انواع تركيبات كربن-هيدروژن را می سازد كه به هيدروكربن مشهورند. مثلاً طيف سنجى فروسرخ فضاپیماهای ويجر و كاسينى مقادير اندكى از ديكر گاز ها مانند اتان ($C2H6$)، استيلن ($C2H2$)، اتيلن($C2H4$) و پروپان($C3H8$) را هم در جو تیتان آشکار کرده است.
طی تابستان بريكى از نيم كره هاى تيتان اين مواد ممكن است به روش همرفت بالا بيايند و ابرهايى را بسازند كه حتى از زمين ديده شوند.
مطالعاتی که به‌وسیله‌ی گروهی از دانشمندان در دانشگاه ایالتی نیویورک در استونی بروک انجام شد ، وجود اتان را در تیتان آشکار کرد. اتان یکی از چند مولکول لازم برای تشکیل اسید‌های آمینه است که از اجزاء اساسی حیات هستند.
اتان فراوان ترين هيدروكربنى است كه از متان در جوّ تيتان ساخته مى شود. پس از شكل گیری به صورت قطراتى فشرده مى شود و بر سطح تيتان مى‌بارد!
احتمالاً در تاريخ منظومه شمسى به اندازه كافى اتان توليد شده است كه رودخانه ها و درياچه هايى بر تيتان ساخته باشد. دانشمندان پيش از هويگنس براى آزمايش اين تصور به نقشه بردارى فروسرخ (كه از ميان ابرها تاسطح نفوذ مى كند) از اين قمر پرداختند و به اين نتيجه رسيدند كه حتماً حجم هايى از هيدروكربن مايع در سطح تيتان وجود دارند. فرود هويگنس بر تیتان هم اين نظر را تأييد كرد. هم چنین مشخص شد كه تيتان هم مانند بسيارى از قمرها در منظومه شمسى در دَوَران هم زمان قفل شده و هميشه يک روى آن به سوى زحل است.

آیا تیتان ، هیدروکربن ها را می بلعد؟!

نیتروژن در جوّ تيتان ممكن است با هيدروكربن هاى دیگر موجود در هوا تركيب شود و تركيباتى مانند سيانيد هيدروژن (HCN) بسازد. سيانيد هیدروژن ممكن است در درازمدت با مولكول هاى ديگر تركيب شود و زنجيره هاى تكرار شونده اى بسازد كه موادى به نام پليمر (بَسپار) را تشكيل مى دهند. ريز قطره هايى از برخى پليمرها ممكن است در جوّ باقى بمانند و تشكيل ايروسِل بدهند (ايروسل هاى معمول روى زمين شامل انواع مه و نيز رنگ اسپرى شده از قوطى رنگ است). به نظر مى رسد پليمرهاى موجود در ايروسل هاى جوّ تيتان عامل رنگ قهوه اى مايل به قرمزى باشند كه در شکل بالا مى بينيد. ذرات پليمر سنگین تر در هوا باقى نمى مانند بلكه بر سطح جامد تيتان مى نشينند و آن را با لايه اى ضخيم از ماده ای چسبناک و لزج و قيرمانند مى پوشانند.
برخى از مواد و تركيباتى كه در سطح يا جوّ تيتان بيدا شده‌اند ممكن است بلوک هاى سازنده‌ى حياتى بر پايه ی متان در اين قمر باشند. البته دماى سطحى بسيار پايين تيتان (٩٥ كلوين يا ١٧٨ – درجه ی سانتى گراد) شايد شرايط را براى تشكيل حيات مشكل كند. البته در يافته هاى جديدتر فضاپیمای كاسينى در تابستان سال ٢٠١٠ ميلادى دانشمندان شواهد جديدى يافتند از «چیزی» كه گویی مشغول مصرف هيدروژن و برخى از هيدروكربنها (به ويژه استيلن) در سطح تيتان است و این مى تواند آن ها را بسيار به كشف نوعى حيات «متان خور» در اين قمر نزديک كند!!!
به هر حال بررسى ها ادامه دارند وهر چه دانسته هاى ما درباره ی احتمال و چگونگی وجود حيات در تيتان افزايش يابد، اين دانش به درک بهتر حيات زمينى نيز كمک خواهد كرد.

سطح قمر تایتان:

پس از ويجرها، كاسينى هم به نقشه بردارى رادارى از تيتان پرداخت. در بررسى هاى كاسينى و هویگنس عوارض گوناگون دیگری هم براين قمر آشكار شدند ازجمله كوه ها و تپه هايى كم ارتفاع (با ارتفاعى از ١٥٠ مترتا گاهی بيش از یک كيلومتر و بيشتر از جنس يخ هيدروكربن) كه سطح اين قمر را بسيار پرچین و چروک كرده است. البته اختلاف ارتفاع در سطح اين قمر به ندرت به بیش از ۵۰۰ متر می رسد.
تعداد اندكى هم عوارضى اند كه به نظر گودال برخوردى مى رسند و ظاهراً با هيدروكربن مايع پر شده اند. برسطح تيتان هم چنین سرزمين هاى تيره و روشن هم ديده شدند. يكى از آن ها ناحیه ی بسيار بازتابنده اى به نام زانادو به اندازه ی كشور استراليا است كه در بخش استوايى قمر قرار دارد!! اين ناحيه نخستين بار در سال ١٩٩٣ ميلادى در تصاوير فروسرخ تلسكوپ فضايى هابل آشكار شد و بعدها كاسينى هم آن را دید. این ناحیه ی به هم پیچیده ، پر است از تپه ها و شيارها و دره ها.

و در نهایت باید در مورد تیتان این را بدانیم که بارش‌های دوره‌ای متان و توزیع و الگوهای شکل‌گیری رودخانه‌ها،دریاچه ها و …، چشم‌اندازی خلق می‌کنند که در عین بیگانه بودن، آشنا به نظر می‌رسد؛ گویی نسخه‌ای موازی از فرآیندهای زمین‌شناختی خودمان هستند! مشاهدات کاسینی–هویگنس نشان داده که این تعامل پایدار بین جو، سطح و دریاچه‌ها نه‌تنها سرنخ‌هایی درباره‌ی تحول سیاره‌ای ارائه می‌دهد، بلکه شرایطی فراهم می‌کند که می‌تواند به شکل‌گیری مولکول‌های پیچیده‌ی آلی در دماهای بسیار پایین بینجامد. از همین رو، تیتان همچنان یکی از جذاب‌ترین اهداف برای پژوهش درباره‌ی منشأ حیات و رفتار سیستم‌های سیاره‌ای در محیط‌های افراطی باقی مانده است.

منبع: کتاب های اطلس منظومه شمسی نوشته پاتریک مور و گری هانت – شناخت عالم اثر راجر آفریدمن و ویلیام جی کافمان – نجوم به زبان ساده نوشته مایر دگانی – شناخت فضا و منظومه شمسی گزیده مقالات ناسا