A Titan asztrobiológiai potenciálja - asztrobiológia kurzus V. rész

Az asztrobiológiai kurzus ötödik részében a Szaturnusz sűrű nitrogénlégkörrel fedett holdjával, a Titannal, illetve annak asztrobiológiai vonatkozásaival ismerkedünk meg. Az égitest egyik érdekessége, hogy jégpáncélja alatt a Naprendszer talán legnagyobb folyékony óceánja rejtőzik, légkörében pedig ahhoz hasonló kémiai folyamatok zajlanak, amilyenek a feltételezések alapján az ősi Földön, az élet keletkezését megelőző ún. prebiotikus fejlődés alatt történtek.

A Titan a Naprendszer második legnagyobb holdja, átmérője 5152 kilométer (ezzel alig marad el a legnagyobb, az 5262 kilométeres Ganymedes, a Jupiter holdja mögött). Sokat vizsgált objektum, amelyet a gyűrűs bolygó körül keringő Cassini-szonda jelenleg is intenzíven tanulmányoz. Bár felszíne aktív és változatos, legérdekesebb jellemzőit a biokémikusoknak mutatja: légkörében ahhoz hasonló, ún. prebiotikus folyamatok zajlanak, mint amilyenek a Földön az élet keletkezését előzhették meg. Az alábbiakban a Titannak az asztrobiológiai szempontból fontos jellemzőit, azaz asztrobiológiai potenciálját tekintjük át.

Változékony légkör

A Titan sűrű légkörének tömege közel tízszerese a földi atmoszféráénak, de ősi légköre még a jelenleginél is mintegy tízszer nagyobb tömegű lehetett. Az atmoszféra felső részén 200 méter/másodperc (720 kilométer/óra) sebességet is elérő futóáramlások jellemzőek, itt a gázanyag 1-2 földi nap alatt körbehalad. Alacsonyabb tartományokban az évszakos változásoknak megfelelően történnek a légköri mozgások az alacsony szélességű területek, illetve a sarkvidék között.

Légkörének legnagyobb része nitrogénból áll. A metán koncentrációja a sztratoszférában 2% körüli, a felszín felé közeledve emelkedik, ahol 5%-ot ér el. További kisebb összetevő még a néhány százaléknyi argon, valamint a nyomokban előforduló acetilén, etán, etilén, nitriliek (HCN, C₂N₂, HC₃N), szén-monoxid és szén-dioxid is.

A hold légkörében évszakos változások zajlanak. A Titan a Szaturnusz egyenlítői síkjában kering - utóbbi pedig 26,7 fokos szöget zár be a Nap körüli pályasík merőlegesével. Ennek megfelelően nem csak a Szaturnusz két féltekéjére jutó napfény mennyisége változik periodikusan a bolygó keringése során, hanem ugyanez igaz a Szaturnusz egyenlítői síkjában mozgó holdakra is. Emiatt a Titan téli féltekéjén egy sarki felhősapka képződik, amely a 2500 kilométeres átmérőt is elérheti.

A nyári sarkvidéken ellenben alacsonyabb szintű konvektív felhők figyelhetőek meg. Utóbbiak másik zónája az ún. termikus egyenlítő (a beeső napsugárzástól legjobban felmelegedő pontokat összekötő főkör) mentén, alacsony szélességen jellemző, ahova a napfény közel merőlegesen érkezik. Errefelé gyakori a viharos sebességű felhőképződés, a gyorsan emelkedő zivatarfelhők a 40 kilométeres magasságot is elérik. Emelkedési és eltűnési sebességük alapján heves, metánhullást okozó záporok kapcsolódhatnak hozzájuk, amelyeket a szakemberek metánmonszunnak neveztek el.

A Titan légkörének legérdekesebb folyamatai az élénk kémiai átalakulások. Ezek azért következnek be, mert a légkörben sok metán lebeg, és a metánt lebontó hatások, különféle energiaforrások is jelen vannak. A kémiai átalakulások hajtómotorjai a Nap ultraibolya sugárzása, a kozmikus sugárzás, a Szaturnusz felsőlégköréből származó töltött részecskék zápora, a felizzó meteorok és különböző légköri elektromos folyamatok. A felsőlégkörben eddig hét szénatomot tartalmazó molekulákat, nitrogéntartalmú szénhidrogéneket, nitrilieket sikerült kimutatni. Laboratóriumban a megfigyelt komponensek többségének keletkezését reprodukálták.

Hosszú molekulaláncú szerves anyagok alkotta rétegek a Titan ritka felsőlégkörében (NASA, JPL, SSI)

Mivel az átalakulásokhoz a legtöbb energiát a napfény szolgáltatja, ennek megfelelően a légkör felső részén, 100 és 250 kilométer közötti magasságban sok hosszú molekulaláncú szénhidrogén fordul elő. A hosszú szénláncú molekulák felépülése egészen a cukrokig, zsírokig is elmehet. A légköri nitrogén, valamint a H₂O-ból disszociált hidrogén és oxigén közreműködésével pedig akár egyszerű aminosavak is kialakulhatnak. Ha feltételezzük, hogy a Titanon a múltban is hasonló körülmények uralkodtak, mint ma, akkor 4,5 milliárd év alatt elméletileg annyi szerves anyag képződhetett rajta, amely globálisan közel 1 kilométer vastagság szerves üledékként halmozódhatott fel a felszínen.

Vízjég alkotta, aktív felszín

A Titan -180 Celsius-fok körüli hőmérsékletű felszínén sok olyan alakzat található, amelyek aktív belső és külső felszínalakító folyamatokra utalnak. Mai ismereteink alapján vulkánok, tektonikus mozgások, szél és jelenleg is zajló folyadék-körforgás egyaránt megfigyelhető az égitesten. A felszín alatt közel 100 kilométeres mélyen pedig egy folyékony ammónia-víz keverékből álló óceán létezésére utalnak a megfigyelések.

A Titan belső szerkezete mai ismereteink alapján

A holdon eddig sok kiemelkedő, vulkáni jellegű képzdőményt azonosítottak, a csúcsokon gyakran tetőkráterekkel, ahonnan lávafolyások ágaznak szét. Eddig egyetlen, közel 400 kilométer átmérőjű, világos foltnál mutatkozott jelenlegi aktivitásra utaló jel, amelynek kiterjedése és színképi jellemzői enyhén módosultak az elmúlt években - igaz, a vulkáni tevékenység mellett szóló megfigyelések még nem perdöntőek .

A vulkángyanús világos folt

A közvetett jelek tehát arra utalnak, hogy ma is lehet vulkáni tevékenység a holdon. A kitörések a légköri metánszint növelésében játszhatnak fontos szerepet, bár a lávák jórészt képlékeny jég-víz-keverékből és az ebbe vegyült olvadáspont-csökkentő anyagokból, főleg ammóniából állhatnak. Tektonikus mozgásokra utaló hosszanti hegyvonulatok is előfordulnak, illetve korábbi cikkünkben bemutatott friss megfigyelés alapján az egész külső szilárd burok elfordulhat a belső felett.

A szél nyomai dűnék formájában láthatók, amelyek elsősorban alacsony szélességen, az északi és a déli 30 fokos zóna között mutatkoznak. Többnyire 1-2 kilométer szélesek, 100 méternél alacsonyabbak, és ún. longtudinális dűnéket alkotnak (ilyenek a Földön ott jellemzőek, ahol a szelek tartósan fújnak párhuzamosan a dűne gerincével). Térbeli előfordulásuk alapján néhol kisebb foltokat alkotnak, de összefüggő homoktengerekbe is tömörülhetnek - utóbbiak az egyenlítő környékén, az északi és a déli 10 fokos szélesség között jellemzők.

A Titanon számos folyóvölgyre emlékeztető alakzat látható, amelyek szélessége 0,5 és 1 kilométer közötti, hosszuk néhányszor 10 kilométertől 1500 kilométerig terjed. A folyóvölgyek a földiekhez hasonlóan elágazó hálózatokat alkotnak, kanyarognak, néhol kiterjedt mélyedésekbe ömlenek, és a sarki területeket kivéve száraznak tűnnek.

A folyásnyomok néhol a mélyedéseket kitöltő, álló folyadékokba érkeznek. 2007 elején 156 ilyen, tó-jellegű alakzatot azonosítottak, amelyek a felszín 0,2-4%-át borítják. Néhány megfigyelt tónál 50-100 méteres hibahatáron belül azonos magasságban van a folyadékszint, ami egy felszín alatti metántükör (a kőzetalkotó vízjég repedéseit kitöltő egyságes metánszint) jelenlétére utal. Az északi féltekén a 70. foktól délre is vannak a magas szélességeken jellemző tómedrekre emlékeztető alakzatok, de ezekben nincs radarsötét anyag, feltehetőleg kiszáradtak.

Egy kiterjedt tó a Titanon (balra), összehasonlításként a Felső-tó Észak-Amerikából (jobbra), valamint a Balaton mérete (jobbra fent) (NASA, JPL, SSI)

A tavakban lévő sötét anyag sima és kis dielektromos állandójú, azaz gyenge radarvisszaverő képességű összetevő lehet, például folyékony metán-etán-keverék. Magasabb szélességeken összetettebb partvonallal bíró nagyobb tavak, míg alacsonyabb szélességeken kisebb és kerekebb tómedrek jellemzőek. Mivel az egyes tavakat nem övezi kiterjedt csatornahálózat, folyadékuknak felszíni alatti forrása lehet.