Títan

„Einhvers staðar bíður eitthvað stórkostlegt eftir því að finnast.“
Carl Sagan

Títan er stærsta tungl Satúrnusar og næststærsta tungl sólkerfisins á eftir Ganýmedesi við Júpíter. Það er stærra en reikistjörnurnar Merkúríus og Plútó. Títan er í um 1,2 milljón km fjarlægð frá Satúrnusi eða um þrisvar sinnum fjær móðurreikistjörnunni en tunglið okkar.

Christiaan Huygens

Í grískri goðafræði voru Títanar tólf börn (sex synir og sex dætur) Gæju og Úranosar. Hver sonur kvæntist eða eignaðist barn með einni af systrum sínum og voru Títanar persónugervingar náttúrukraftanna. Í annarri útgáfu af sögnunum voru Títanar forfeður mannkynsins. Títanarnir gleyptu í sig limi Díónýsusar, sem var sonur Seifs, en hann ætlaði honum yfirráð yfir heiminn. Seifur reiddist mjög og lýsti Títanana eldingu. Eldurinn brenndi þá til ösku og mennirnir urðu til úr öskunni.

Hollendingurinn Christiaan Huygens (frb. „hojgens“) (1629-1695) fann Títan árið 1655. Huygens nefndi tunglið einfaldlega „tungl Satúrnusar“ en nafnið Títan kom um miðja 18. öld þegar breski stjörnufræðingurinn John Herschel stakk upp á nafninu sem á vel við. John þessi var sonur Williams Herschel sem fann tvö tungl Satúrnusar og reikistjörnuna Úranus.

Þykkur, ógagnsær lofthjúpur

Lítið var vitað um Títan í rúmlega 300 ár annað en stærð hans, birtustig og braut umhverfis Satúrnus. Snemma á 20. öld fór stjörnufræðinga að gruna að Títan hefði lofthjúp. Það fékkst staðfest árið 1944 þegar bandaríski stjörnufræðingurinn Gerard Kuiper (frb. „Kæper“) mældi litróf Títans og fann þar metan.

Í september 1979 flaug Pioneer 11 fyrst geimfara framhjá Títan en ekki var mikið á því að græða. Þekking okkar á tunglinu jókst gífurlega þegar Voyager 1 flaug framhjá því í nóvember 1980 í aðeins 4.400 km fjarlægð. Stjörnufræðingar bjuggust við óvenjulegum hnetti en á myndunum sem teknar voru sást ekkert nema gríðarlega þykkur lofthjúpur.

Tvö þunn misturslög hátt í þykkum ógagnsæjum lofthjúpi Títans.
(Mynd: Cassini-Huygens)

Voyager sýndi að 95% lofthjúpsins er úr nitri (köfnunarefni) á meðan lofthjúpur jarðar er 78% nitur. Nitrið á Títan kemur líklega frá ammóníaki (NH3) sem er nokkuð algengt í ytra sólkerfinu. Þegar útfjólublátt ljós frá sólinni rekst á ammóníak í lofthjúpnum brotnar það hæglega í efniseiningar sínar, vetni og nitur. Þyngdarkraftur Títans er of lágur til að viðhalda vetnisatómunum svo þau streyma út í geiminn en nitrið verður eftir. Þess vegna er svona mikið nitur í lofthjúpi Títans.

Næst algengasta gastegundin á Títan er metan (CH4). Þegar útfjólublátt ljós rekst á metan brotnar það í einfaldari efnasambönd og myndar svokölluð vetniskolefni. Vetniskolefni eru sameindir úr kolefnis- og vetnisatómum. Við könnumst vel við slík efni, t.d. náttúrugas eins og etan (C2H6), kolvetnisgas (C2H2), etýlen (C2H4) og própan (C3H8). Vetniskolefni eru líka notuð í eldsneyti og vax. Etan er algengast þessara vetniskolefna en því rignir niður á yfirborðið og gæti hafa myndað vötn og ár á yfirborðinu. Innrauðar myndir frá Hubblesjónaukanum renna stoðum undir þessa hugmynd en rannsóknir á yfirborðinu með ratsjá hafa ekki sýnt neinar vísbendingar um fljótandi etan.

Í lofthjúpi Títans getur nitur blandast við vetniskolefni og myndað efni á borð við blásýru (HCN). Blásýra er banvæn gastegund en átti engu að síður þátt í myndun lífsins. Blásýra og samskonar efnasambönd geta nefnilega haldist lengi saman og myndað fjölliður (e. polymer), sem eru mjög langar sameindir. (Plast, nælon og efni í fatnað, húsgögn og fleira eru úr fjölliðum). Sumar fjölliður mynda dropa sem haldast í lofthjúpnum og verða að agnúða (e. aerosol). (Algengir agnúðar á jörðinni eru þokur, mistur og úðunarvökvar, t.d. málning í úðabrúsa). Agnúðinn í lofthjúpi Títans og nitrið valda rauðbrúna litnum sem einkennir tunglið. Þyngri agnir falla á yfirborðið svo úr verður þykkt lag úr klístraðri, tjörukenndri drullu.

Hve þykkur er lofthjúpurinn?

Títan er eina tungl sólkerfisins með þykkan lofthjúp. Lofthjúpurinn er tíu sinnum þykkari en lofthjúpur jarðar og loftþrýstingurinn er 50% meiri en við sjávarmál á jörðinni (álíka mikill þrýstingur og á botni sundlaugar). Yfirborð jarðar er sýnilegt úr geimnum, ef ský hylja það ekki, en á Títan hylur 200 km þykk lagskipt ógagnsæ þoka yfirborðið. Móðan er svo þykk að lítið sólarljós nær niður á yfirborðið.

Satúrnus er nærri tíu sinnum fjær sólu en jörðin. Það þýðir að aðeins 1% af því sólarljósi sem jörðin fær skín á Satúrnus og þar með Títan. Lofthjúpur Títans síar burt 90% af þessu ljósi áður en það nær niður á yfirborðið. Afleiðing þess er að styrkur sólarljóssins á yfirborði Títans er aðeins 0,1% af ljósstyrknum við yfirborð jarðar. Geimfari sem stæði á yfirborði Títans að degi til myndi því upplifa 1/1000 af því dagsljósi sem nær til jarðar. Engu að síður er þar 350 sinnum bjartara en þegar fullt tungl lýsir upp yfirborð jarðar.

Þótt þvermál Títans sé aðeins 40% af þvermáli jarðar nær lofthjúpurinn 10 sinnum lengra út í geiminn en lofthjúpur jarðar. Lofthjúpur jarðar nær aðeins 60 km frá yfirborðinu en lofthjúpur Títans er um 600 km að þykkt.

Flekkótt yfirborð

Gögn frá Voyager-geimförunum benda til að Títan sé 45% vatnsís og 55% berg. Þegar Títan myndaðist varð upphitun líklega til þess að það skiptist upp í bergkjarnar og ísmöttul, sem gæti eitt sinn hafa verið fljótandi vatn. Ekki er vitað hvort innviðir tunglsins séu heitir í dag og hvort innri virkni geti komið lífrænum efnahvörfum af stað.

Mjög lítið er vitað um yfirborð Títans því við sjáum það ekki í venjulegu ljósi. Þess í stað eru myndir teknar í innrauðu ljósi eða með ratsjám því geislun á þeim bylgjulengdum getur sloppið í gegnum lofthjúpinn. Í fyrstu áttu vísindamenn erfitt með að útskýra metanið í lofthjúpnum og héldu þeir að Títan væri þakinn hafi úr vetniskolefnum. Það breyttist þegar innrauðar myndir voru teknar af yfirborðinu en af þeim að dæma virðist yfirborðið ungt. Þar sjást fáir loftsteinagígar en þess í stað fjöll og dökkir og ljósir flekkir. Til að fjöll geti orðið til verður einhver jarðvirkni að vera til staðar svo unnt sé að hreyfa skorpuna til. Því er ljóst að eitthvað er um að vera á yfirborðinu sem útskýrir ungt yfirborð tunglsins.

Yfirborð Títans séð í innrauðu ljósi. Ljósi flekkurinn er Xanadu.
(Mynd: Hubblesjónaukinn)

Ratsjármyndir af yfirborðinu með stærstu sjónaukum heims og Hubblesjónaukanum sýna einkennilega ljósa og dökka flekki. Dökku flekkirnir gætu verið höf úr vetniskolefnum en þau eru mjög dökk og endurvarpa lítilli geislun. Vatnsís er líka mjög dökkur á innrauðum myndum svo líklega leynist einhver vatnsís þarna.

Ljósu flekkirnir eru að mestu vetniskolefnisís. Vatnsís er dekkri í innrauðu ljósi svo ekki er um þess konar ís að ræða. Ljósu svæðin gætu verið hásléttur eða fjöll með vetniskolefnisís á toppnum. Hingað til hafa þó engin merki um fjöll fundist á Títan en sé vetniskolefnisís til staðar verða há fjöll að vera á yfirborðinu, því þá getur vetniskolefnið safnast fyrir á toppnum líkt og snjór.

Á myndum Hubblesjónaukans sést einn stór ljós flekkur, nokkurs konar meginland, sem kallast Xanadu. Óvíst er hvort Xanadu er fjallgarður, risavaxin dæld, slétta eða blanda af öllu þessu.

Erfitt er að draga ályktanir um yfirborðið út frá þeim fáu myndum sem borist hafa frá Cassini. Þess vegna vitum við ekkert um á hvernig yfirborði Huygens-kanninn lendir. Hann á að lenda milli ljósra og dökkra svæða. Hver veit nema hann sjái fjöll öðrum megin en stöðuvatn hinum megin. Hvert sem svarið verður, verður það vafalaust mjög áhugavert.

Líf á Títan?

Þykkur lofthjúpur Títans inniheldur efnasambönd vetnis, niturs og kolefnis sem eru byggingarefni lífrænna efnasambanda og væru merki um líf ef þau væru á jörðinni. Mjög ólíklegt er að líf þrífist á Títan enda er hitastigið þar -178°C þar og öll efnahvörf því hægfara og útilokað að finna fljótandi vatn. Ítarleg rannsókn á efnafræði Títans gæti engu að síður varpað ljósi á uppruna lífsins á jörðinni.

Satúrnus og Títan úr 285 milljón km fjarlægð. Myndina tók Cassini 21. október 2002.

Stjörnufræðingar telja að lofthjúpur Títans svipi til þeirra aðstæðna sem voru á jörðinni í árdaga hennar, áður en lífið kom til sögunnar. Á Títan gætu leynst vísbendingar um lofthjúp jarðar í fyrndinni og með því að rannsaka hann gætum við varpað ljósi á þróun lofthjúps jarðar.
Huygens-kanninn mun segja okkur mikið um efnafræði Títans, sem og Cassini-brautarfarið. Erfitt er að segja til um hversu flókin efnafræðin á Títan er og það er einmitt stóra spurningin. Ef við finnum stórar og flóknar sameindir, erum við skrefi nær lífrænum sameindum eins og amínósýrum, sem eru byggingarefni próteina og þar með lífs. Á Títan eru byggingarefni amínósýra en hvort svo flóknar sameindir sé þar að finna er erfitt að segja til um. Líklega er lítið af svo flóknum efnasamböndum þar því við það lága hitastig á Títan ganga efnahvörf ekki eins og á jörðinni.

Skömmu eftir að Voyager-förin flugu framhjá Títan gerði Carl Sagan og samstarfsmaður hans Bishun Khare áhugaverða tilraun á agnúðanum í lofthjúpi Títans. Sömu efnum og finnast í agnúðanum, metani og ammóníaki, var komið fyrir í stóru tilraunaglasi ásamt 2,6% vatnsgufu við 0,2 millíbara þrýsting, sem er u.þ.b. sami þrýstingur og í skýjatoppi Títans. Rafmagnsneista var hleypt í gegnum blönduna á tilraunastofunni, þ.e. líkt var eftir eldingum, og við þetta myndaðist smám saman fast, rauðbrúnt efni. Efnið var síðan greint og í ljós kom að það innihélt yfir 100 lífræn efnasambönd, þar á meðal 16 amínósýrur, sem mörg hver eru talin hafa haft mikið að segja um uppruna lífsins á jörðinni. Efnið var kallað „tholin“, eftri gríska orðinu yfir „forugt“ og er það talið valda rauðbrúna litnum á Títan og á nokkrum útstirnum. Tholin finnst ekki náttúrulega á jörðinni vegna þess að oxun í lofthjúpi okkar í kemur í veg fyrir myndun þess. Þessar niðurstöður benda til þess að Títan sé að mörgu leyti risastór tilraunastofa í forlífrænni efnafræði. Niðurstöðurnar benda ennfremur til að innskot fljótandi vatns í fortíð eða framtíð Títans gæti leitt til lífrænnar efnafræði á hnettinum.

Títan í tölum

Uppgötvað af: Christiaan Huygens
Uppgötvað árið: 1655
Massi: 1,35 x 1023 kg
Þvermál: 5.150 km
Eðlismassi: 1,88 g/cm3
Meðalfjarlægð frá Satúrnusi: 1.221.850 km
Snúningshraði: 15,95 dagar
Umferðartími: 15,95 dagar
Brautarhraði: 5,58 km/s
Brautarhalli: 0,33°
Miðskekkja brautar: 0,0292
Lausnarhraði: 2,65 km/s
Endurskinshlutfall: 0,21
Birtustig: 8,28
Meðalyfirborðshiti: -178°C
Loftþrýstingur: 1,5 atm.

Efnasamsetning lofthjúps Títans

Sameind Hlutfallslegt magn
Nitur (N2): 0,97
Metan (CH4) 3 x 10-2
Vetni (H2) 2 x 10-3
Kolmónoxíð (CO): 6 x 10-5
Etan (C2H6): 2 x 10-5
Etýlen (C2H4): 4 x 10-7
Kolvetnigas (C2H2): 2 x 10-6
Própan (C3H8): (2-4) x 10-6
Blásýra (HCN): 2 x 10-7
CH3CCH: 3 x 10-8
CHCCCH: (1-10) x 10-8
C2N2: (1-10) x 10-8
HCCCN: (1-10) x 10-8
H2O: 8 x 10-9
Koltvísýringur (CO2): -178°C

Tafla úr bókinni An Introduction to Astrobiology, bls. 174.

Myndir af Títani

Jörðin, tunglið og Títan

Hér er stærð Títans borin saman við stærð tunglsins og jarðar. Þvermál Títans er um 40% af þvermáli jarðar en þvermál tunglsins um 25% af þvermáli jarðar.
(Mynd: Stjörnufræðivefurinn)

Ský á Títan

Þessa mynd af Títan tók Voyager 1 23. ágúst 1980 úr 2,3 milljón km fjarlægð. Á henni sjást fáein smáatriði í lofthjúpi tunglsins. Suðurhvelið virðist ljósara og dökkur skýjakragi sést við norðurpólinn.
(Mynd: Voyager 1)

Mistur á Títan

Mistrið sem umlykur Títan sést vel á þessari mynd sem Voyager 1 tók þann 12. nóvember 1980 úr 22 þúsund km fjarlægð. Litirnir eru falskir svo unnt sé að greina fleiri smáatriði í mistrinu. Efra lag þykks agnúðans yfir rönd tunglsins virðist appelsínugulur. Geilirnar í mistrinu eru í 200, 375 og 500 km hæð yfir yfirborði tunglsins.
(Mynd: Voyager 1)

Títan í náttúrulegum lit

Þessa mynd tók Cassini-geimfarið af Títan í náttúrulegum lit, eins og tunglið kæmi okkur fyrir sjónir. Myndin sýnir rauðbrúna litinn á tunglinu sem er afleiðing gríðarlega þykkrar þoku, úr lífrænum efnasamböndum. Myndin var tekin úr 13,1 milljón km fjarlægð hinn 10. júní 2004.
(Mynd: Cassini-Huygens)

Hulunni svipt af Títan

Myndirnar voru teknar um miðjan apríl og eru álíka góðar og bestu myndirnar sem teknar hafa verið af tunglinu frá jörðu. Þær eru teknar úr mikilli fjarlægð með innrauðri ljóssíu á 38 sekúndum. Sían gerir mönnum kleift að gægjast inn fyrir þykkan lofthjúpinn. Þær verið stækkaðar tífalt og lagaðar til í tölvu svo unnt sé að greina smáatriði á myndunum. Fróðlegt er að bera saman myndir Cassini og kort sem gert var eftir myndum Hubble-sjónaukans frá 1997 og 1998, sem sést fyrir neðan. Það bendir til að bjarta svæðið á mynd Cassini sé einmitt Xanadu. Litir kortsins standa fyrir mismunandi endurvarp yfirborðsins, þar sem dimmblátt er dekkst, þá ljósblátt, grænt, gult, rautt og loks dimmrautt sem er bjartast. Á kortinu er Xanadu stóra rauðleita svæðið sem teygir sig frá 60 gráðu til 150 gráðu vestlægrar lengdar. Hérna má lesa nánar um þessar myndir.
(Mynd: Cassini-Huygens/Hubblesjónaukinn)

Snúningur Títans - hreyfimynd

řessi hreyfimynd er samansett úr 45 myndum sem Cassini-geimfarið tók milli 2. júní og 17. júní 2004 úr 14,9 milljón til 7,7 milljón km fjarlægð. Á myndinni sjást smáatriði á yfirborðinu, t.d. dökk línulegir flekkir og stóra ljósa svæðið Xanadu. Við suðurpólinn sést líka bjartur flekkur sem talið er að sé ský.
(Mynd: Cassini-Huygens)

Yfirborð Títans

Þessi mynd var sett saman úr níu myndum sem Cassini tók 26. október 2004 úr 650 þúsund til 300 þúsund km fjarlægð. Birtubreytingar á yfirborðinu og björt ský við suðurpólinn eru auðsjáanleg. Myndin var unnin með það fyrir augum að skerpa á kennileitum yfirborðsins og draga úr áhrifum lofthjúpsins. Bjarta svæðið á hægri hliðinni er miðbaugssvæðið Xanadu. Á myndinni sjást fáir loftsteinagígar sem bendir til þess að yfirborðið sé ungt en ekki er vitað um orsök þess.
(Mynd: Cassini-Huygens)

Hreyfimynd af skýjum við suðurpólinn

Þessi hreyfimynd af skýjum við suðurpólsvæði Títans var tekin á 11,5 klukkustunda tímabili 23. október 2004, þegar Cassini flaug í fyrsta skipti nálægt tunglinu. Myndirnar voru teknar í innrauðu ljósi svo unnt væri að sjá í gegnum mistrið. Á myndinni sést hvernig skýin þróast.
(Mynd: Cassini-Huygens)

Lendingarsvæði Huygens

Hér sjást tvær myndir af lendingarsvæði Huygens-kannans. Cassini-geimfarið tók báðar myndirnar í innrauðu ljósi 27. október 2004. Huygens-kanninn á að falla í gegnum lofthjúp Títans 14. janúar 2005.
(Mynd: Cassini-Huygens)

Ratsjármynd af yfirborði Títans

Þessi hreyfimynd er samansett úr 45 myndum sem Cassini-geimfarið tók milli 2. júní og 17. júní 2004 úr 14,9 milljón til 7,7 milljón km fjarlægð. Á myndinni sjást smáatriði á yfirborðinu, t.d. dökk línulegir flekkir og stóra ljósa svæðið Xanadu. Við suðurpólinn sést líka bjartur flekkur sem talið er að sé ský.
(Mynd: Cassini-Huygens)

Lagskipt mistur í lofthjúpi Títans

Á þessari mynd sést efri hluti lofthjúps Títans sem tekin var með útfjólubláu ljósi af rönd næturhliðarinnar. Hér sést að mistrið skiptist í um tólf þunn lög sem teygja sig nokkur hundruð km yfir yfirborðið.
(Mynd: Cassini-Huygens)

Heimildir og ítarefni

Freedman, Roger og Kaufmann, William J. 1998. Universe, 5. útgáfa. W. H. Freeman, New York.
Beatty, J. Kelly; Petersen, Carolyn Collins; Chaikin, Andrew (ritstj.). 1998. The New Solar System. Cambridge University Press, London.
Bennett, Jeffrey O.; Shostak, Seth og Jakosky, Bruce. 2002. Life in the Universe. Addison Wesley, San Fransisco.
Gilmour, Iain og Sephton, Mark (ritstj.). 2004. An Introduction to Astrobiology. Cambridge University Press, London.
Sagan, Carl. 1994. Pale Blue Dot. Random House, New York.
Sky & Telescope, júní 2004.
The Planetary Report, maí/júní 2004.
The Planetary Report, júlí/ágúst 2004.
The Planetary Report, september/október 2004.
Encyclopedia Mythica

Til baka á forsiðu

Opna Stjörnufræðivefinn í nýjum glugga
Til baka á forsiðu

Meira um Títan

Satúrnus

Cassini-leiðangurinn

Hringar Satúrnusar

Sólkerfið

Slóðir á aðra vefi