Dziwne wyspy na księżycu. Naukowcy rozwiązali zagadkę

Według naukowców te dziwne wyspy to w rzeczywistości pozlepiane ze sobą cząsteczki organiczne, które tworzą się w atmosferze, a następnie opadają na metanowe jeziora Tytana formując wyspy.

Tytan jest największym księżycem Saturna i drugim pod względem wielkości księżycem w Układzie Słonecznym – pod tym względem ustępuje jedynie Ganimedesowi. Jest też jednym z najbardziej intrygujących i podobnych do Ziemi obiektów w naszym systemie planetarnym. Jest większy od Merkurego i niemal tak duży jak Mars, a jego gęsta atmosfera - cztery razy gęstsza niż ziemska - składa się głównie z azotu oraz organicznych cząsteczek opartych na węglu.

Tytan jest także jedynym ciałem planetarnym poza Ziemią, o którym wiemy, że na jego powierzchni istnieją rzeki, jeziora i morza. Jednak w przeciwieństwie do naszej planety, ciecz na Tytanie to nie woda – składa się z węglowodorów, w tym z metanu i etanu, które na naszej planecie są przede wszystkim w postaci gazowej, ale w mroźnym klimacie Tytana zachowują się jak ciecz. Księżyc ten jest dziesięciokrotnie dalej od Słońca niż Ziemia. Na jego powierzchni temperatury oscylują w okolicach minus 180 stopni Celsjusza.

Ten intrygujący księżyc badała sonda Cassini, która krążyła po orbicie Saturna w latach 2004–2017 i zebrała ogromne ilości informacji o gazowym olbrzymie i jego księżycach. Misja obejmowała ponad 100 przelotów nad Tytanem, dostarczając naukowcom ogrom danych na temat księżyca i to z niespotykanymi dotąd szczegółami.

Obserwacje z orbity pokazały na powierzchni metanowych jezior jasne plamy utrzymujące się od kilku godzin do kilku tygodni. Obiekty te zyskały nazwę "magicznych wysp" i wygląda na to, że badacze w końcu ustalili, czym one są.

Tuż po odkryciu wysp na metanowych jeziorach Tytana pojawiły się spekulacje, że mogą to być fantomowe wyspy powstałe na skutek fal lub prawdziwe wyspy zbudowane z zawieszonych w ciekłym metanie ciał stałych. Sugerowano też, że mogą to być zwyczajne pęcherzyki azotu.

Xinting Yu, planetolog i główny autor nowego badania, które ukazało się na łamach pisma "Geophysical Research Letters" (DOI: 10.1029/2023GL106156), zastanawiał się, czy bliższe spojrzenie na związek między atmosferą Tytana, metanowymi jeziorami i stałymi materiałami osadzonymi na powierzchni księżyca mogłoby ujawnić przyczynę powstania tych tajemniczych wysp.

- Chciałem zbadać, czy magiczne wyspy mogą w rzeczywistości składać się z substancji organicznych unoszących się na powierzchni, jak pumeks, który może unosić się na wodzie tutaj, na Ziemi, zanim ostatecznie zatonie – powiedział Yu.

Atmosfera Tytana jest gęsta i zawiera różnorodne cząsteczki organiczne. Mogą one zlepiać się ze sobą, zamarzać i opadać na powierzchnię księżyca – na jego rzeki i jeziora ciekłego metanu i etanu, z falami o wysokości zaledwie kilku milimetrów. Ale co by się stało, gdyby takie organiczne grudki opadły na ciecz metanową? Czy zatonęłyby czy pływały?

Aby znaleźć odpowiedź, zespół najpierw zbadał, czy organiczne cząsteczki po prostu rozpuszczą się w metanowych jeziorach. Ponieważ jeziora są już nasycone cząsteczkami organicznymi, zespół ustalił, że spadające grudki nie rozpuszczą się, gdy dotrą do cieczy.- Abyśmy mogli zobaczyć magiczne wyspy, nie mogą one po prostu unosić się na wodzie przez sekundę, a potem zatonąć – powiedział Yu. - Muszą unosić się na wodzie przez jakiś czas, ale też nie na zawsze – dodał.

Jeziora i morza Tytana składają się głównie z metanu i etanu, które mają niskie napięcie powierzchniowe, co utrudnia unoszenie się na nich ciał stałych. Modele komputerowe sugerowały, że większość zamrożonych ciał stałych byłaby zbyt gęsta, a napięcie powierzchniowe zbyt niskie, aby utworzyć magiczne wyspy Tytana, chyba że grudki byłyby porowate, jak ser szwajcarski.

W dalszych badaniach uczeni ustalili, że gdyby omawiane grudki były wystarczająco duże i miały odpowiednią porowatość, ciekły metan mógłby przedostawać się do środka na tyle powoli, że grudki mogły pozostać na powierzchni przez dłuższy czas. Pojedyncze grudki są prawdopodobnie zbyt małe, aby samodzielnie unosić się na wodzie. Jeśli jednak w pobliżu brzegu zgromadzi się ich wystarczająca ilość, większe kawałki mogą odłamać się i odpłynąć, podobnie jak lodowce na Ziemi. Dzięki połączeniu większego rozmiaru i odpowiedniej porowatości te organiczne lodowce mogą wyjaśnić zjawisko magicznych wysp.

A to jeszcze nie wszystko. Obecność zamarzniętej stałej powłoki na powierzchni jezior i rzek może wyjaśniać ich niesamowitą gładkość.