پوسته متان‌دار تایتان: درپوشی ضخیم و شگفت‌انگیز برای زحل!

قمر بزرگ زحل، تایتان: جستجوی رازهای یخ و متان

تایتان، بزرگ‌ترین قمر زحل، تنها جایی به جز زمین است که به‌طور شناخته‌شده‌ای دارای جو و مایعات به شکل رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و دریاها بر روی سطح خود می‌باشد. به دلیل دمای بسیار پایین آن، مایعات موجود در تایتان از هیدروکربن‌هایی مانند متان و اتان تشکیل شده و سطح آن از یخ آب جامد ساخته شده است.

یک مطالعه جدید که به رهبری دانشمندان سیاره‌شناسی در دانشگاه هاوایی در مانوآ انجام شده، نشان می‌دهد که گاز متان ممکن است درون یخ‌ها به دام افتاده باشد و یک پوسته متمایز به ضخامت تا شش مایل را تشکیل دهد. این پوسته، پوسته یخ زیرین را گرم کرده و ممکن است توضیحی برای جو غنی از متان تایتان باشد.

تیم تحقیقاتی به رهبری لورن شورمایر، همکار پژوهشی، شامل گوندولین براور، دانشجوی دکترا، و سارا فاگنتس، مدیر همکار و پژوهشگر در مؤسسه ژئوفیزیک و سیاره‌شناسی هاوایی (HIGP) در دانشکده علوم اقیانوس و زمین دانشگاه هاوایی (SOEST) است. آن‌ها در داده‌های ناسا مشاهده کردند که حفره‌های برخوردی تایتان، صدها متر کم‌عمق‌تر از آنچه انتظار می‌رفت هستند و تنها 90 حفره در این قمر شناسایی شده است. شورمایر گفت: “این بسیار شگفت‌انگیز بود زیرا بر اساس دیگر قمرها، انتظار داریم حفره‌های برخوردی بیشتری بر روی سطح ببینیم و حفره‌هایی که بسیار عمیق‌تر از آنچه در تایتان مشاهده می‌کنیم، باشند.” او افزود: “ما متوجه شدیم که چیزی منحصر به فرد در تایتان باید وجود داشته باشد که باعث می‌شود این حفره‌ها کم‌عمق‌تر شده و نسبتاً سریع ناپدید شوند.”

برای بررسی اینکه چه چیزی ممکن است زیر این معما وجود داشته باشد، پژوهشگران در یک مدل کامپیوتری آزمایش کردند که چگونه توپوگرافی تایتان ممکن است پس از یک برخورد آرام شود یا به حالت اولیه خود بازگردد اگر پوسته یخ با لایه‌ای از یخ متان کلاترات عایق پوشیده شده باشد. این نوع یخ، نوعی یخ آب جامد است که گاز متان درون ساختار بلوری آن به دام افتاده است. از آنجایی که شکل اولیه حفره‌های تایتان ناشناخته است، پژوهشگران دو عمق اولیه محتمل را بر اساس حفره‌های تازه به نظر می‌رسیده مشابه در یک قمر یخی به اندازه مشابه، یعنی گانی‌مد، مدل‌سازی و مقایسه کردند.

تحلیل جدید از ضخامت پوسته متان کلاستر در تایتان

شورمائر گفت: “با استفاده از این روش مدلسازی، توانستیم ضخامت پوسته متان کلاستر را به پنج تا ده کیلومتر (حدود سه تا شش مایل) محدود کنیم، زیرا شبیه‌سازی‌هایی که از این ضخامت استفاده کردند، عمق‌های دهانه‌ای را تولید کردند که بهترین تطابق را با دهانه‌های مشاهده‌شده داشتند.” او افزود: “پوسته متان کلاستر، درون تایتان را گرم می‌کند و باعث آرامش سریع توپوگرافی می‌شود که منجر به کاهش عمق دهانه‌ها با سرعتی نزدیک به یخچال‌های گرم و سریع در زمین می‌گردد.”

جو غنی از متان

برآورد ضخامت پوسته یخ متان اهمیت زیادی دارد، زیرا ممکن است منشاء جو غنی از متان تایتان را توضیح دهد و به محققان کمک کند تا چرخه کربن تایتان، “چرخه هیدرولوژیکی” مبتنی بر متان مایع و تغییرات اقلیمی آن را درک کنند. شورمائر گفت: “تایتان یک آزمایشگاه طبیعی برای مطالعه چگونگی گرم شدن و چرخه گاز گلخانه‌ای متان در جو است.” او همچنین اشاره کرد: “هیدرات‌های متان کلاستر در زمین، که در یخ دائمی سیبری و زیر بستر دریای قطبی یافت می‌شوند، در حال حاضر ناپایدار شده و متان را آزاد می‌کنند. بنابراین، درس‌هایی که از تایتان می‌آموزیم می‌تواند بینش‌های مهمی در مورد فرآیندهای در حال وقوع در زمین ارائه دهد.”

ساختار تایتان

توپوگرافی مشاهده‌شده در تایتان با توجه به این یافته‌های جدید منطقی به نظر می‌رسد. محدود کردن ضخامت پوسته یخ متان کلاستر نشان می‌دهد که درون تایتان احتمالاً گرم است و نه سرد، سفت و غیرفعال، همان‌طور که قبلاً تصور می‌شد. شورمائر گفت: “متان کلاستر از یخ آب معمولی قوی‌تر و عایق‌تر است. یک پوسته کلاستر، درون تایتان را عایق‌بندی می‌کند و پوسته یخ آب را بسیار گرم و قابل انعطاف می‌سازد و نشان می‌دهد که پوسته یخ تایتان به آرامی در حال جابه‌جایی است.”

شورمائر افزود: “اگر زندگی در اقیانوس تایتان زیر پوسته یخ ضخیم وجود داشته باشد، هر نشانه‌ای از زندگی (بیومارکرها) باید به سمت بالا در پوسته یخ تایتان منتقل شود تا ما بتوانیم به راحتی به آن‌ها دسترسی پیدا کنیم یا آن‌ها را با مأموریت‌های آینده مشاهده کنیم. این احتمال بیشتر است اگر پوسته یخ تایتان گرم و در حال جابه‌جایی باشد.”

با مأموریت دراگون‌فلای ناسا به تایتان که قرار است در جولای 2028 پرتاب شود و در 2034 به تایتان برسد، محققان فرصتی برای مشاهده نزدیک این قمر و بررسی بیشتر سطح یخی آن، از جمله دهانه‌ای به نام سلک خواهند داشت.