Saturnův měsíc Titan má až deset kilometrů silnou izolační kůru bohatou na metan

Největší Saturnův měsíc Titan je kromě Země jediným místem, o němž je známo, že má atmosféru a na jeho povrchu se nacházejí kapaliny v podobě řek, jezer a moří. Vzhledem k extrémně nízké teplotě jsou kapaliny na Titanu tvořeny uhlovodíky, jako je metan a etan, a povrch je tvořen pevným vodním ledem.

Nová studie publikovaná v časopise The Planetary Science Journal, kterou vedli planetologové z University of Hawai'i at Mānoa, odhalila, že metan může být zachycen i uvnitř ledu a vytváří zřetelnou kůru o tloušťce až 10 km, která ohřívá spodní ledový plášť a může také vysvětlovat atmosféru Titanu bohatou na metan.

Vědecký tým vedený výzkumnou pracovnicí Lauren Schurmeierovou, jehož členy jsou také Gwendolyn Brouwerová, doktorandka, a Sarah Fagentsová, zástupkyně ředitele a výzkumná pracovnice Havajského institutu geofyziky a planetologie (HIGP) na Fakultě oceánských a zemských věd a technologií UH Mānoa (SOEST), zjistil z dat NASA, že impaktní krátery na Titanu jsou o stovky metrů mělčí, než se očekávalo, a že na tomto měsíci bylo identifikováno pouze 90 kráterů.

„Bylo to velmi překvapivé, protože na základě zkušeností z jiných měsíců bychom na povrchu očekávali mnohem více impaktních kráterů a krátery mnohem hlubší, než jaké pozorujeme na Titanu,“ řekla Schurmeierová. „Uvědomili jsme si, že něco, co je pro Titan jedinečné, musí způsobovat, že krátery jsou mělčí a relativně rychle mizí.“

Aby vědci zjistili, co by se mohlo skrývat pod touto záhadou, vyzkoušeli v počítačovém modelu, jak by se topografie Titanu mohla po dopadu změnit, kdyby byl ledový krunýř pokryt izolační vrstvou metanového klatrátového ledu, což je druh pevného vodního ledu s metanem uvězněným uvnitř krystalické struktury.
Protože počáteční tvar kráterů na Titanu není znám, vědci vymodelovali a porovnali dvě pravděpodobné počáteční hloubky na základě čerstvě vypadajících kráterů podobné velikosti na podobně velkém ledovém měsíci Ganymedu.

„Pomocí tohoto modelového přístupu jsme byli schopni omezit tloušťku metanové klatrátové kůry na 5 až 10 kilometrů, protože simulace s použitím této tloušťky vedly k hloubce kráterů, která nejlépe odpovídala pozorovaným kráterům,“ řekla Schurmeierová. „Metanová klatrátová kůra ohřívá nitro Titanu a způsobuje překvapivě rychlou topografickou relaxaci, což vede k mělčení kráterů rychlostí, která se blíží rychlému pohybu teplých ledovců na Zemi.“

Na přiloženém obrázku je snímek Titanu pořízený NASA pomocí přístroje Cassini VIMS (vizuální a infračervený mapovací spektrometr). Poblíž středu je vidět jeden impaktní kráter. Tmavé oblasti poblíž rovníku jsou písečné duny bohaté na organické látky a tmavé oblasti v severní polární oblasti jsou jezera kapalného metanu/etanu. Na severní polokouli jsou rovněž patrné bílé mraky.

Atmosféra bohatá na metan
Odhad tloušťky metanového ledu je důležitý, protože může vysvětlit původ atmosféry Titanu bohaté na metan a pomáhá vědcům pochopit cyklus uhlíku na Titanu, „hydrologický cyklus“ založený na kapalném metanu a měnící se klima.

„Titan je přirozenou laboratoří pro studium oteplování a koloběhu skleníkového plynu metanu v atmosféře,“ řekla Schurmeierová. „Pozemské klatrátové hydráty metanu, které se nacházejí v permafrostu na Sibiři a pod arktickým mořským dnem, se v současnosti destabilizují a uvolňují metan. Poznatky z Titanu tak mohou poskytnout důležité informace o procesech probíhajících na Zemi.“

Na obrázku vlevo jsou vybrané snímky dopadových kráterů na Titanu pořízené radarem Cassini SAR (synthetic aperture radar). Šipky označují potenciální formy procesů modifikace kráterů, včetně dun a písků (fialová), kanálů (modrá) a výrazné eroze okrajů kráterů (růžová).

Struktura Titanu
Topografie pozorovaná na Titanu dává ve světle těchto nových zjištění smysl. A omezení tloušťky ledové kůry metanového klatrátu naznačuje, že nitro Titanu je pravděpodobně teplé – nikoliv studené, tuhé a neaktivní, jak se dříve předpokládalo.

„Metanový klatrát je pevnější a lépe izoluje než běžný vodní led,“ řekla Schurmeierová. „Klatrátová kůra izoluje nitro Titanu, činí obal z vodního ledu velmi teplým a tvárným a naznačuje, že ledový obal Titanu je nebo byl velmi konvektivní. Pokud v oceánu pod tlustým ledovým krunýřem existuje život, musely by být jakékoliv známky života (biomarkery) přeneseny nahoru do ledové skořápky, kde bychom je mohli snáze získat nebo si je prohlédnout při budoucích misích,“ dodala Schurmeierová. „To je pravděpodobnější, pokud je ledový plášť Titanu teplý a konvektivní.“

Díky misi Dragonfly k Titanu, jejíž start je naplánován na červenec 2028 a přílet v roce 2034, budou mít vědci možnost pozorovat tento měsíc zblízka a dále zkoumat jeho ledový povrch včetně kráteru Selk.

Zdroj: https://phys.org/news/2024-10-saturn-moon-titan-insulating-methane.html

autor: František Martinek