Detta sker i månen Titans atmosfär

 

Bild wikipedia Vertikalt diagram över Titans atmosfär. Titan är Saturnus största måne och näst störst i vårt solsystem. Störst måne är Jupiters måne Ganymedes vilken är större än planeten Merkurius.

På Titan har metan en liknande roll som vatten på jorden när det gäller väder. Det avdunstar från ytan och stiger upp i atmosfären, där det kondenseras och bildar moln av metan likt vattenånga gör på jorden. Ibland droppar metan ur molnen likt regn på jorden och då som ett kyligt oljigt regn ner på titans yta bestående av frusen is av vatten som är lika hård som stenytan.

"Titan är den enda platsen i vårt solsystem som likt jorden har väder, i den meningen att den har moln och nederbörd på sin yta", förklarar huvudförfattaren till en ny studie Conor Nixon vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Teamet observerade Titan i november 2022 och juli 2023 med hjälp av  Webbteleskopet och ett av de två markbaserade W.M. Keck Observatoriets teleskop. Observationerna visade inte bara moln på de mellersta och höga nordliga breddgraderna på Titan - halvklotet där det för närvarande är sommar - utan visade också att moln uppenbarligen steg till högre höjder över tid.

 Tidigare studier har observerat molnkonvektion på sydliga breddgrader. Men detta är första gången bevis finns för sådan konvektion sker i norr. Detta är viktigt eftersom de flesta av Titans sjöar och hav finns på norra halvklotet och avdunstning från sjöar är en stor potentiell metankälla. Den totala sjöytan på Titan är jämförbar med de stora sjöarna i Nordamerika.

På jorden sträcker sig det lägsta lagret av atmosfären, eller troposfären upp till en höjd av cirka 12 kilometer. På Titan med lägre gravitation har gjort det möjligt för de atmosfäriska lagren att expandera upp till cirka 45 kilometer i troposfären.

Webb och Keckteleskopen använde i studien olika infraröda filter för att undersöka olika djup i Titans atmosfär vilket gjorde det möjligt för astronomer att uppskatta molnens höjder. Forskarteamet observerade moln som verkade röra sig till högre höjder under flera dagar även om de inte direkt då kunde se någon nederbörd.

Resultaten av studien publicerades i tidskriften Natur Astronomi 

Var finns månen Titans deltan?

 

Bild wikipedia på Saturnus största måne Titan.

Forskare lärde sig mycket om Titans sjöar som består av etan och metan  när rymdsonden Cassini flög förbi månen 2006. När rymdsonden kikade genom Titans tjocka atmosfär med Cassinis syntetiska aperturradar (SAR) avslöjades stora platta områden som överensstämde med stora vätskeansamlingar.

Men till stor del saknades deltan i Cassinis SAR-bilder till och med vid mynningarna av de stora floderna. Det var dock inte klart om deltan verkligen var frånvarande eller om de helt enkelt inte dök upp i de data Cassinis SAR-data innehöll. Det är frågan som Sam Birch, assistant professor in Brown University’s Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences och hans kollegor försökte besvara i en ny studie, publicerad i Journal of Geophysical Research: Planets.

Problemet med Cassinis SAR-data är att ytligt flytande metan i stort sett blir genomskinligt i alla bilderna. Så även om SAR-bilderna visade de stora haven och flodkanalerna, är det svårare att med säkerhet urskilja kustegenskaper eftersom det är svårt att se var kusten slutar och var haven tar vid. 

Sedan bör vi ha i åtanke att vätskans djup troligen är lågt och vågor på över några centimeter knappast finns och kan vara förklaringen till att delta inte skapas eller i de data som samlats in gör dem omöjliga att se i förhållande till vattnet.

För studien utvecklade Birch en numerisk modell för att simulera vad Cassinis SAR skulle se om den såg på ett landskap som forskare förstår väl. Jordens. I datamodellen har vattnet i jordens floder och hav ersatts av Titans metan som har andra radarabsorptionsegenskaper jämfört med vatten.

"Vi gjorde i princip syntetiska SAR-bilder av jorden som antar egenskaper som Titans vätska istället för jordens vatten", beskriver Birch. "När vi ser SAR-bilder av ett landskap som vi känner till mycket väl kan vi gå tillbaka till Titan och förstå lite bättre vad vi ser."

Forskningen visade att de syntetiska SAR-bilderna av jorden tydligt upplöste stora deltan och många andra stora kustlandskap (det gick att se skillnad på vätskan och delta).

"Om det finns deltan som är lika stora som det vid Mississippiflodens mynning borde vi kunna se det", beskriver Birch. "Om det finns stora barriäröar och liknande kustlandskap som de vi ser längs hela den amerikanska golfkusten, borde vi kunna se dem."

Men när Birch och hans kollegor kammade igenom Titan-bilderna i ljuset av sin nya analys kom de fram till att det i stort sett var tomt. Bortsett från två eventuella deltan nära Titans sydpol var resten av månens floder helt fria från deltan. Forskarna fann att endast cirka 1,3 % av Titans stora floder som slutar vid kusterna har troliga deltan. På jorden däremot har nästan varje flod av liknande storlek ett delta.

Det är inte helt klart varför Titan generellt saknar deltan, beskriver Birch. De flytande egenskaperna hos Titans floder borde göra dem fullt kapabla att transportera och avsätta sediment. Det kan vara så, menar forskarna, att havsnivån på Titan stiger och sjunker så snabbt att deltan smetas ut över landskapet snabbare än de kan byggas upp. Vindar och tidvattenströmmar längs Titans kuster kan också spela en lika stor roll för att förhindra att deltan bildas.

Och inga deltan är inte det enda mysteriet som väcks av den nya forskningen. Den nya analysen av data från Cassini SAR vid Titans kuster avslöjade även gropar av okänt ursprung  i sjöar och hav. Studien upptäckte också djupa kanaler på havsbottnen som verkar ha karvats ut av flodflöden, men det är inte klarlagt hur de uppkommit.

Alla dessa frågor kräver mer forskning för att fullt ut förstås, beskriver Birch.

Kan det vara så att metan sjunkit ner i marken över tid och lämnat gropar efter sig. Kanske även detta kan förklara varför inga stora vågor uppkommer utan endast centimeterstora och även frånvaron av delta. Vi vet inget om hur Titan ser ut invändigt.

Hur månen Titan lyckas behålla sin atmosfär

 

Bild wikipedia (engelska). En modell av Titans inre struktur.

Titan är Saturnus största måne och den näst största månen i vårt solsystem och den enda månen som har en betydande atmosfär.

"Trots att Titan bara är 40 procent av jordens diameter har den en atmosfär som är 1,5 gånger tätare än jordens även fast denna måne har en lägre gravitation", beskriver SwRI:s (Southwest Research Institute) Dr. Kelly Miller, huvudförfattare till en artikel om denna upptäckt som publicerats i tidskriften Geochimica et Cosmochimica Acta.

Ursprunget, åldern och utvecklingen av denna atmosfär, som består av ungefär 95 % kväve och 5 % metan, har förbryllat forskare sedan den upptäcktes 1944.

"Närvaron av metan är avgörande för existensen av Titans atmosfär", beskriver Miller. – Metanet avlägsnas genom reaktioner orsakade av solljus och borde ha försvunnet efter cirka 30 miljoner år efter dess bildande (men vet man när den bildades kanske det var i relativ nutid) varefter atmosfären skulle fryst till is. Men det har inte skett på Titan, forskare tror att en intern källa fyller på metan annars skulle atmosfären haft en geologiskt kort livslängd.

Miller var också huvudförfattare till en artikel från 2019 som publicerades i Astrophysical Journal där en teoretisk modell för hur atmosfären kan ha utvecklats och fyllts på under åren beskrevs. Artikeln teoretiserar att stora mängder mycket komplexa organiska material värms upp i Titans steniga inre vilket frigör kväve såväl kolgaser som metan. Gasen sipprar sedan ut på ytan där den bildar en kraftig atmosfär.

Denna teori bekräftas av de senaste experimenten sär man värmde upp organiska material till temperaturer på 250 till 500 grader Celsius vid tryck upp till 10 kilobar för att simulera de inre förhållandena som råder hos  Titan. Experimenten producerade kolgaser som koldioxid och metan i tillräckliga mängder för att hjälpa till att försörja Titans atmosfär.

Artikeln är till stor del baserad på data från NASA:s rymdfarkost Cassini-Huygens, som sköts upp 1997 och utforskade Saturnus-systemet från 2004 till 2017.

NASA planerar att skjuta upp en sond till Saturnus-systemet 2028 med en rymdfarkost som kallas Dragonfly. Den kommer att innehålla en quadcopter som är utformad för att utforska Titan på nära håll och undersöka om miljön på Titan någonsin kan ha varit gynnsamma för liv. Miller arbetar härnäst med ett globalt team av forskare för att studera möjligheten för liv i havet bestående av etan och metan under ytan på Titan.

Nya rön om månen Titans hav och floder

 

Titan är Saturnus största måne och den näst största månen i solsystemet störst är Jupiters måne Ganymedes. 

Cassini-Huygens 20-åriga uppdrag med att utforska Saturnus och dess planetsystem avslutades för nästan sju år sedan och genererade mängder av data som fortfarande analyseras.

Astronomer från Cornell-university har spelat en viktig roll i analysen och en ny studie av radarexperimentdata visar nya insikter relaterade till sammansättning och aktivitet i de flytande kolvätehaven nära nordpolen på Titan.  Med hjälp av data från flera bistatiska radarinsamlingar kunde en Cornell-ledd forskargrupp separat analysera och uppskatta sammansättningen och ojämnheten av Titans havsytor, något som tidigare analyser av monostatiska radardata inte kunnat visa.

Resultatet kommer att hjälpa till att bana väg för framtida kombinerade undersökningar av Titans hav med hjälp av Cassini-data.

I analysen fann man skillnader i sammansättningen av kolvätehavens ytskikt, beroende på latitud och läge (nära floder och flodmynningar ex). Närmare bestämt visar den sydligaste delen av havet Kraken Mare den högsta dielektriska konstanten – ett mått på ett materials förmåga att reflektera en radiosignal. Till exempel är vatten på jorden mycket reflekterande, med en dielektrisk konstant på cirka 80; Titans etan- och metanhav är cirka 1,7.

Forskarnas resultat visade att alla tre haven på Titan var mestadels lugna vid tidpunkten för förbiflygningarna, med ytvågor som inte var större än 3,3 millimeter höga. En något högre nivå– upp till 5,2 mm – uppmättes dock nära kustområden, flodmynningar och bassänger vilket kan vara indikationer på tidvattenströmmar.

"Vi har också indikationer på att floderna som matar haven består av ren metan", beskriver Poggiali "tills de rinner ut i de öppna flytande haven, som är mer etanrika. Det är som på jorden, när sötvattenfloder rinner ut i och blandas med havens salta vatten.

"Detta stämmer väl överens med meteorologiska modeller för Titan", beskriver Nicholson, "som förutspår att "regnet" som faller från dess himmel sannolikt består av nästan ren metan (likt vårt regn består av nästan bara sötvatten)  med spår av etan och andra kolväten.

Valerio Poggiali, forskningsassistent vid Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science (CCAPS) vid College of Arts and Sciences (A&S), var huvudförfattare till artikeln"Surface Properties of the Seas of Titan as Revealed by Cassini Mission Bistatic Radar Experiments", som publicerades den 16 juli i Nature Communications.

Medförfattare inkluderar Alexander Hayes '03, M.Eng. '04, Jennifer och Albert Sohn Professor och chef för CCAPS; Philip Nicholson, professor vid institutionen för astronomi (A&S); och Daniel Lalich, forskningsassistent vid CCAPS.

Bild wikipedia (engelska). Struktur av Titans isiga skorpa.

Månen Titans sjöars eroderade kuster

 

Titan är Saturnus största måne och den näst största månen i solsystemet. Titans sjöar innehåller inte vatten utan flytande etan och metan. Sjöarna uppskattas vara upp till 200 meter djupa. I tre sjöar har upptäckts något som antas vara vågor. Vågorna antas vara 1,5 centimeter höga och rör sig med en hastighet på 2,5 kilometer per timme. Den största av sjöarna heter Kraken Mare.

MIT-geologer (Massachusetts Institute of Technology) har studerat Titans kustlinjer och genom datasimuleringar visat att månens kustformationer sannolikt har formats av vågor. Fram tills nu har forskare hittat indirekta och motstridiga tecken på vågaktivitet, baserat på avlägset tagna bilder av Titans yta.

MIT-teamet använde ett annat tillvägagångssätt för att undersöka förekomsten av vågor på Titan, genom att först modellera de sätt på vilka en sjö kan erodera kusterna på jorden. De tillämpade sedan sina datamodeller på Titans sjöar för att avgöra hur strandlinjerna i Cassinis bilder kan ha skapats. Vågor, blev den mest sannolika förklaringen.

Forskarna betonar att deras resultat inte är definitiva; För att bekräfta att det finns vågor i sjöarna på Titan krävs direkta observationer av vågaktiviteten på månens yta.

"Vi kan säga, baserat på våra resultat, att kustlinjerna runt Titans sjöar troligast visar på erosion av vågor ", beskriver Taylor Perron, Cecil and Ida Green Professor of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences vid MIT. "Om vi kunde stå vid kanten av en  av Titans sjöar skulle vi kunna se vågor av flytande metan och etan som slår mot stranden mot kusterna då det stormar. Något som skulle kunna erodera det material som kusten består av.

Perron och hans kollegor, inklusive försteförfattaren Rose Palermo PhD '22, en tidigare doktorand vid MIT-WHOI Joint Program och nuvarande forskningsgeolog vid U.S. Geological Survey, har nyligen publicerat sin studie i Science Advances. Medförfattare inkluderade MIT-forskaren Jason Soderblom; tidigare MIT-postdoktor Sam Birch, nu biträdande professor vid Brown University; Andrew Ashton vid Woods Hole Oceanographic Institution; och Alexander Hayes från Cornell University.

Bild Titans yta. Bildkälla: NASA/JPL; University of Arizona; Universitetet i Idaho

Dragonfly ska besöka månen Titan under 2027.

 

Saturnus största måne Titan består av en komplex kolrik kemi. Här finns ett hav under isen och tidigare närvaro av flytande vatten på ytan vilket gör månen till en idealisk plats att studera prebiotiska kemiska processer på och potentiell livsvillkor i en utomjordisk miljö.

Dragonfly är en sond som ska sändas upp under 2027 med ett instrument som kallas Dragonfly Mass Spectrometer (DraMS) utformat för att undersöka kemin på Titan. Instrumentet kan också belysa de typer av kemiska steg som inträffade på jorden som resulterade i bildandet av liv så kallad prebiotisk kemi. 

DraMS kommer att möjliggöra för forskare på jorden att fjärrstudera den kemiska sammansättningen av Titan-ytan. "Vi vill veta om den typ av kemi som troligen var viktig för de tidiga pre-biokemiska systemen på jorden äger rum nu på Titan”, förklarar Dr. Melissa Trainer från NASA: s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland.Trainer planetforskare och astrobiolog som specialiserat sig på Titan och som är en av Dragonfly- uppdragets biträdande huvudutredare. Hon är även ledare för DraMS- instrumentet som kommer att skanna igenom prover från Titans ytmaterial efter prebiotisk kemi.

För uppdraget kommer Dragonfly att dra nytta av Titans låga gravitation och täta atmosfär för att kunna flyga mellan olika intressanta platser på Titans yta, mil från varandra. Detta gör det möjligt för Dragonfly att flytta hela sin uppsättning instrument till en ny plats när en är färdigundersökt och ge tillgång till prover i miljöer med en mängd skilda geologiska historier.

På varje plats kommer prover mindre än ett gram att borras ut ur ytan för att söka efter komplexa organiska ämnen (DrACO) att tas in i landarens huvudkropp, till en plats som kallas "vinden" som rymmer DraMS-instrumentet. Där kommer de att bestrålas av en inbyggd laser eller förångas i en ugn för att analyseras med DraMS. Masspektrometern analyserar  de olika kemiska komponenterna av ett prov genom att separera komponenter ner till deras basmolekyler och leda dem genom sensorer för identifiering.

DraMS är utformat för att se på de organiska molekyler som kan finnas på Titan, sammansättning och fördelning i olika miljöer, beskriver Trainer. Organiska molekyler innehåller kol och används av alla kända livsformer. De är av intresse för att förstå bildandet av liv eftersom dessa molekyler kan skapas i både levande och icke-levande processer.

DraMS och andra vetenskapliga instrument på Dragonfly designas och byggs under ledning av Johns Hopkins Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland, som hanterar uppdraget för NASA och designar och bygger rotorcraft-landern. Teamet inkluderar nyckelpartners vid Goddard, den franska rymdorganisationen (CNES, Paris, Frankrike), varifrån tillhandahålls gaskromatografmodulen för DraMS som kommer att ge en ytterligare separation, Lockheed Martin Space, Littleton, Colorado, NASA Ames Research Center vid Moffett Federal Airfield i Kaliforniens Silicon Valley, NASA Langley Research Center, Hampton, Virginia, NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien, Penn State University, State College, Pennsylvania, Malin Space Science Systems, San Diego, Kalifornien, Honeybee Robotics, Brooklyn, New York, German Aerospace Center (DLR), Köln, Tyskland och Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), Tokyo, Japan är andra parners.

Bild vikipedia på Saturnus största måne Titan avbildad 2011 i sin naturliga färg. Den tjocka atmosfären är orange på grund av ett tät dis orsakad av organiska föreningar (föreningar som alla innehåller grundämnet kol).

NASA är intresserad av att hämta prov från månen Titan.

 

NASA: s nyaste framtida prospekteringsidéer inkluderar projekt som en dag kan komma att returnera prover från Saturnus måne Titan, möjliggöra att astronauter kan uppleva artificiell gravitation i rymden eller skicka häpnadsväckande mängder planetdata tillbaka till jorden.

Årets ansökningar ger fas I-mottagarna upp till 125000 $ vardera för preliminär forskning. De som uppfyller kraven kan ansöka om ett fas II-bidrag efter nio månader. Programmet ger i allmänhet upp till  500000 $ vardera för fas II-mottagare och  2 miljoner dollar vardera för fas III. Nedan länk visar  den fullständiga listan över mottagare av fas I 2021. Koppla upp och läs om alla projekt. De korta beskrivningarna där har hämtats direkt från varje projekts enskilda experimentsidor på NIAC:s webbplats.

 https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2021_Phase_I/

Bild från vikimedia på hur Saturnus största måne Titans kända landformationer ser ut.