لقد أدت المركبة الفضائية كاسيني التي تدور حول زحل وتمر بالقرب من أقماره عدة مرات في العقد الماضي إلى تحسين معرفتنا حول تيتان، القمر الغامض، كما زادت من فضولنا، لدرجة أن هناك مقترحات لإرسال بالون إلى تيتان
أَجواء
أشارت ملاحظات كاسيني المطولة لتيتان إلى وجود الهيدروكربونات العطرية (PAHs POLYEYCIC) AROMATIC HYDROCARBONAT) في غلافه الجوي العلوي. تنمو هذه الجسيمات إلى مجموعات أكبر وتصل في النهاية إلى الأرض مثل رقاقات الثلج وتسبب زيادة في كمية الهباء الجوي.
عندما يضرب ضوء الشمس أو الجسيمات عالية الطاقة من الغلاف المغناطيسي لزحل الطبقات العليا من الغلاف الجوي على ارتفاع 1,000 كيلومتر فوق سطح الأرض، تتحلل جزيئات النيتروجين والميثان. ونتيجة لذلك، يتم إنشاء الأيونات والإلكترونات الموجبة بكميات كبيرة، وهذه بدورها تخلق سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تنتج أنواعًا مختلفة من الهيدروكربونات. تؤدي هذه التفاعلات في النهاية إلى تكوين الهباء الجوي المعتمد على الكربون. وقد لوحظت مجموعات كبيرة من الذرات والجزيئات في الطبقات السفلية من الضباب على ارتفاع أقل من 500 كيلومتر فوق سطح الأرض (1). أما بالنسبة للميثان، فالسؤال الأساسي هو من أين يأتي الإمدادات الحالية من الميثان بسبب التحلل في الغلاف الجوي العلوي. ويقدر أن المصدر ذو طبيعة جيولوجية (2). والمفاجأة المثيرة للاهتمام في حد ذاتها هي هجرة جيوب الجزيئات العضوية الموجودة عاليا فوق القطبين. وكانت المفاجأة بسبب حقيقة أن الرياح في اتجاه الشرق والغرب على ارتفاعات متوسطة يجب أن تخلط بشكل أساسي الجزيئات المتكونة هناك (3). وفي الجزء السفلي من الغلاف الجوي تم اكتشاف مادة البلاستيك البروبيلين التي تستخدم في صناعة الأوعية البلاستيكية (a3).
الأيونوسفير
يتكون الغلاف الأيوني بشكل أساسي من مركبات عضوية مثل HCNH+ (سيانيد الهيدروجين البروتوني) و5H2C (مجموعة الإيثيل)، على الرغم من وجود العديد من الجزيئات بكثرة بكميات صغيرة. السبب الرئيسي لتأين الغلاف الجوي هو تدفق الأشعة فوق البنفسجية من الشمس. تلعب الجسيمات المحاصرة في الغلاف المغناطيسي لزحل دورًا صغيرًا على الجانب النهاري لتيتان، ويكون لها تأثير أكبر على الجانب الليلي منه. أعلى كثافة للأيونوسفير هي على ارتفاع 1,000 - 1,300 كيلومتر فوق سطح الأرض. ويحدث انخفاض الكثافة عندما تكون الشمس مرتفعة فوق خط الأفق. أعلى كثافة إلكترون كانت 3,000 جسيم لكل 1 سم خلال النهار وأدنى 1,000 جسيم لكل 1 سم في الليل. وقد تم العثور على علاقة واضحة بين مدى التأين في طبقة الأيونوسفير ومستوى النشاط الشمسي. يتغير تدفق الأشعة فوق البنفسجية خلال الدورة الشمسية ويؤثر بشكل كبير على كثافة الإلكترون في الغلاف الأيوني لتيتان. وبعد عام 2010، زاد نشاط الشمس بسرعة، وأظهر تحليل البيانات أثناء مرور المركبة الفضائية بالقرب من تيتان بين مايو 2012 ونوفمبر 2012 زيادة في كثافة الإلكترون بنسبة 15% - 20% في الطبقات السفلى من المحيط الحيوي(4). ومع اقتراب فصل الصيف من نصف الكرة الشمالي، بدأ الضباب فوق القطب الشمالي في التبدد (5).
مناخ
أما بالنسبة لمناخ تيتان، فقد تم تطوير نموذجين. وفقًا لأحد النماذج - مع التغيرات الموسمية في نصف الكرة الشمالي، ستتطور التموجات، وستعبر المحيطات الهيدروكربونية وستبدأ الأعاصير في الدوران حول هذه الأيام. ووفقا للنموذج الثاني، فإن ارتفاع درجات الحرارة في نصف الكرة الشمالي يمكن أن يؤدي أيضا إلى حدوث أعاصير تعرف باسم الأعاصير المدارية. وعلى الأرض، تمتص الأعاصير المدارية طاقتها من تبخر مياه البحر، وقد لوحظت بالفعل تغيرات طفيفة في بحيرة هورون (6). مع تلقي نصف الكرة الشمالي المزيد من ضوء الشمس في أوائل الصيف، تظهر الأعاصير الشبيهة بالأعاصير. بالإضافة إلى ذلك، مع الانتقال إلى هذا الفصل من العام، تبدأ البحيرات الشمالية بالتوهج بالأشعة تحت الحمراء القريبة (7).
غيوم
ولدهشة الباحثين، أشارت الملاحظات إلى وجود سحابة جليد الميثان فوق طبقة الستراتوسفير. هذه السحابة أكثر كثافة من جليد الإيثان الذي تم تحديده سابقًا. ولم يتوقعوا وجود سحب الميثان على هذا الارتفاع، وهو مكان يبدو ظاهريا مستحيلا لتطور هذه السحب. وما زاد من المفاجأة هو حقيقة أنه حتى درجة الحرارة التي تبلغ 203 درجات تحت الصفر في نصف الكرة الجنوبي ليست باردة بما يكفي للسماح للميثان بالتكثف في الجليد في طبقة الستراتوسفير السفلى. درجات الحرارة في الجزء السفلي من الغلاف الجوي ليست موحدة على طول القسم الرأسي من الستراتوسفير. وأظهرت عمليات رصد المركبة الفضائية بالأشعة تحت الحمراء والراديو أن درجة الحرارة بالقرب من القطب الشمالي أقل من تلك الموجودة في نصف الكرة الجنوبي. اتضح أن هذا الاختلاف بمقدار 12 درجة وأكثر يكفي لتكوين جليد الميثان. ويبدو أن عملية تشكل هذه السحب العالية تختلف عن تلك التي تحدث في الغلاف الجوي. إن الدوران العالمي للغلاف الجوي هو أن الهواء الدافئ في الصيف في نصف الكرة الأرضية الصيفي يرتفع إلى طبقة الستراتوسفير ويتحرك ببطء نحو القطب حيث يسود الشتاء. هناك يهبط الهواء إلى الأسفل عندما يبرد ويسمح بتكوين سحب الميثان. على غرار العمليات المتوازية على الأرض والمريخ. وتوجد سحب الميثان من خط عرض 65 شمالاً وما فوق. وتشير التقديرات إلى أن هذه السحب تتطور على ارتفاع 50-130 كم. ومع اقتراب فصل الشتاء في نصف الكرة الجنوبي، سيتم التحقق من تطور السحب من هذا النوع (8). تمت ملاحظة هذه السحب في 20 يوليو 2014 و22 يوليو 2014 فوق بحيرة ماري ليجيا. وأظهرت القياسات فوق القطب الجنوبي أن سرعة الرياح تتراوح بين 14.2 و16 كم/ساعة (9). وفي عام 2013، لوحظ تشكل سحابة جديدة فوق القطب الجنوبي، على الرغم من أن تركيبها غير معروف. كما تم العثور على ضباب مماثل من الجليد في القطب الشمالي. والفصل فيه الآن هو الربيع (10).
البحيرات والبحار
أكبر بحر على تيتان هو فرس الكراكن، وهو بحجم بحر قزوين وبحيرة سوبيريور مجتمعتين (11). ثاني أكبر بحر في تيتان هو بحر ليجيا Mare Ligeia وتبلغ مساحته 125,000 كيلومتر مربع (12). بحيرات تيتان لها أشكال مختلفة. بعضها مستدير وبعضها ذو منحدرات شديدة. من المحتمل أن تكونت هذه بسبب الانفجارات البركانية أو تطور التربة الكارستية التي تكونت من تحلل طبقات الصخور القابلة للذوبان (13). وخلال عمليات الرصد تم العثور على طريقة لقياس عمق البحيرات من خلال قياسين راداريين. في أحد القياسات يتم فحص سطح البحيرة وفي الاختبار الثاني يتم فحص قاعها. إن الفارق الزمني بين القياسين يجعل من الممكن حساب عمق البحيرات. وقد وجد أن عمق ماري ليجيا يبلغ 160 مترا. ومن خلال التجارب المعملية يمكن التعرف على تركيبة البحيرة (14). وأظهرت الملاحظات التي تمت عام 2013 أن السطح أملس كالمرآة، مما يدل على أن الرياح لم تهب على المكان آنذاك.
أثناء عمليات رصد كاسيني، أظهرت قياسات الرياح أن سرعتها كانت أصغر من أن تخلق موجات في البحيرات. أظهرت الملاحظات التي تم إجراؤها لأول مرة هذا الصيف في نصف الكرة الشمالي أن سرعة الرياح تقترب من العتبة اللازمة لتكوين الأمواج. وقد أظهرت النماذج المصممة لهذا الغرض أن سرعة 3 أو 15 كم/ساعة تجعل ذلك ممكنًا. وعندما يصل الربيع والصيف إلى نصف الكرة الشمالي، تبلغ السرعة 6 كم/ساعة أو أكثر، حسب تكوين البحيرة وسرعة الرياح. ويمكن أن يصل ارتفاع الأمواج إلى 15 سم (XNUMX)، ويقدر أن مدة الأمواج قصيرة جداً (XNUMX).
التضاريس
ولأول مرة، أنتج الباحثون خريطة طبوغرافية لتيتان، وإن كانت جزئية. على الأرجح، لو تم وضع المركبة الفضائية في مدار حولها، لكان رسم الخرائط قد اكتمل. نطاق الرسم هو 50% من السطح مثل مركبة ماجلان الفضائية التي دارت حول كوكب الزهرة. وقد وجد أن السطح عند القطبين مسطح ومنخفض عن المنطقة الاستوائية (16).
الكثبان الرملية
والكثبان في المنطقة الاستوائية مكونة من رمل يشبه البلاستيك واتجاه حركتها غرب شرقي وهو عكس ما كانوا يظنون. والحركة بطيئة، تشبه التغيرات التي حدثت خلال العصور الجليدية على الأرض. على الأرض، تغير الكثبان الرملية العملاقة اتجاه حركتها لآلاف السنين. وعلى سطح تيتان تكون حركة الكثبان الرملية في المنطقة الاستوائية أبطأ بسبب انخفاض سرعة الرياح (17). وبعد تجارب مخبرية استمرت عامين في أنفاق الرياح التي تحاكي الظروف السطحية والغلاف الجوي لتيتان، أصبح من الواضح أن سرعة الرياح أكبر بنسبة 50% مما كان يعتقد. الاستنتاج الذي توصل إليه الباحثون هو أن الرياح تغير اتجاه حركتها مرتين في السنة (سنة تيتان - 30 سنة من الأرض). ويحدث هذا التغيير عندما تمر الشمس فوق خط الاستواء ويتسبب في تغيير الغلاف الجوي وخاصة الرياح اتجاه حركتها. مدة التغيير قصيرة والحركة غرب شرقي (18).
ظهور المطبات بشكل مفاجئ
في إحدى صور ماري ليجيا في 10 يوليو 2013، ظهر فجأة واختفى جسم كبير بعرض 9.6 كم وطول 19.2 كم. ولا يعرف مما تصنع وسميت بالجزيرة السحرية)). وقد يكون جبلًا جليديًا طافيًا، أو مادة انفصلت عن القاع (19). وقد لوحظت ظاهرة مماثلة بين مايو 2013 وأغسطس 2013 في كراكن ماري (20).
خطط للمستقبل
بعد النجاح الاستثنائي الذي حققته المركبة الفضائية كاسيني، بدأوا في التفكير في مركبة فضائية للمتابعة. الفكرة التي تتم مناقشتها هي إطلاق منطاد يبحر عبر الغلاف الجوي ويستكشف سطح تيتان وبحيراته أو إطلاق مركبة هبوط. سيتم ربط طائرة بدون طيار بالبالون أو مركبة الهبوط التي ستهبط على الأرض، وتأخذ عينات منها وتعود إلى البالون لإعادة شحنه (21). هذه مجرد فكرة أولية. ولم يتضح بعد المدة التي سيبقى فيها المنطاد في الغلاف الجوي، وما هي مصادر الطاقة للمنطاد أو مركبة الهبوط وما إذا كان سيكون لديهما مختبر صغير سيختبر عينات التربة وربما يتم إحضارها إلى الأرض. وعلى أية حال، فهذا تحدٍ معقد للغاية.
הערות
1. الهيدروكربونات العطرية المتعددة
http://www.thefreedictionary.com/Polycyclic+aromatic+hydrocarbons
2. سيانيد الهيدروجين المُبرون)
HCNH+ – ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
3. مجموعة الإيثيل
http://en.wikipedia.org/wiki/Ethyl_group
מקורות
1. "كاسيني ترى سلائف لثلوج الهباء الجوي على تيتان" 6.6.2013
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Sees_Precursors_To_Aerosol_Snow_On .Titan_999.html
2. "المحيط على قمر زحل يمكن أن يكون مالحًا مثل البحر الميت" 2.7.2014
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/newsreleases/newsrelease 20142702
3. "الجزيئات العضوية في الغلاف الجوي لتيتان منحرفة بشكل مثير للاهتمام" 24.10.2014/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Organic_Molecules_In _Titan’s_ Atmosphere intriguinty _Skewed__999.html
3 أ. "كاسيني تعثر على مكون من البلاستيك المنزلي في الفضاء" 7.10.2013
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Finds_Ingredient_Of_household_ Plastic _In_Space__999.html
4. "الشمس النشطة تعزز الغلاف الجوي الخارجي لتيتان" 17.10.2013
http://www.spacedaily.com/reports/The_Active_Sun_Boosts_Titan’s_Outer_ Atmosphere__999.html
5. PIA17470: بحيرات تيتان الشمالية: مسطحات ملحية؟
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17470
6. "الطقس البري قد يكون قادمًا على تيتان" 24.5.2013/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Wild_Weather_Could_Be_Ahead_On Titan__999.html
7. ستيفان سي. - "مهمة كاسيني تواصل كشف النقاب عن تيتان" 5.3.2014
http://www.spaceflightnow.com/news/n1403/05titan/UxgiO00ULU
8. "ناسا تعثر على سحابة جليد الميثان في طبقة الستراتوسفير لتيتان" 24.10.2014/XNUMX/XNUMX
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/cassinifeatures/feathere20141024
9. PIA18420: السحب فوق فرس ليجيا على تيتان"
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA18420
10. "إنه الخريف على تيتان: السحابة الجليدية الميثان، موسم قمر زحل" 11.4.2013
http://www.space.com/20632-titan-ice-cloud-fall-photo.html
11. PIA17470: بحيرة تيتان الشمالية: مسطحات ملحية؟
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA1740
12. PIA17844: منطقة بحيرة تيتان
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17844
13. PIA17471: بحيرات داكنة على مناظر طبيعية مشرقة
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17471
14. "كاسيني تقترب من تيتان رقم 100 وهي تنظر إلى الوراء" 9.3.2014
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Nears_100th_Titan_Fly_By_With_A _Look_Back__999.html
15. ستيوارت جي. - "رصد الأمواج في بحار تيتان" 23.6.2014
http://www.abc.net.au/science/articles/2014/06/231/4030008.htm
16. "كاسيني تشكل أول خريطة عالمية لتيتان" 20.5.2013
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Shaped_First_Gglobal_Map_Of_Titan__999.html
17. بلين ف. - "الكثبان البلاستيكية" بطريقة خاطئة "تنشأ على قمر زحل تيتان" 16.5.2014
http://phys.org/news/2014-05-plastic-wrong-way-dunes-arise-on-saturn-moon-html
18. "بحث تينيسي يقدم تفسيرًا لغز الكثبان الرملية تيتان" 0/9.12.2014/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/ University_Of_ Tennesee_Research_0ffers_Explanation_For_ Titan_ Dune_ puzzle__999.html
19. "جسم غامض في بحيرة على قمر زحل تيتان يثير فضول العلماء" 22.6.2014
http://theguardian.com/science/2014/jun/22/mystery-object-in-lake-on-Saturn- titan – intrigues -scientist-nasa
20. PIA19047: تظهر الميزة الساطعة في Titan's Kraken Mare
http;//photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA19047
21. "ناسا تدرس إرسال طائرة بدون طيار للبحث عن الحياة على تيتان" 23.6.2014
http://www.spacedaily.com/reports/NASA_Considers_Ssending_Qquadropter_ Drone _ To _ Look _ For_ Life _On _Titan__999.html
