عند التحضير لزيارة كاسيني إلى قمر زحل تيتان ، توقع الباحثون رؤية المكان مغمورًا في الإيثان - وهو منتج ثانوي لتحلل الميثان. من الممكن أن تمطر هذه السحابة الإيثان في الصيف ، ثم تتكثف حول القطب في الشتاء ، وتتراكم كالثلج.
اكتشف مطياف الخرائط البصرية والأشعة تحت الحمراء (VIMS) من كاسيني ما يبدو أنه سحابة ضخمة من الإيثان تحيط بالقطب الشمالي لتيتان. قد تتسبب السحابة في تساقط رقائق الثلج من الإيثان في بحيرات الميثان أدناه.
قد تكون السحابة هي المفتاح المطلوب لحل اللغز الذي أربك العلماء الذين لم يروا حتى الآن سوى القليل من الأدلة على حجاب غيوم الإيثان والسوائل السطحية التي كان يعتقد في الأصل أنها واسعة بما يكفي لتغطية سطح تيتان بأكمله بمحيط يبلغ عمقه 300 متر .
وقالت كايتلين غريفيث ، عالمة الكواكب بجامعة أريزونا ، قبل أن تبدأ بعثة كاسيني هيغنز في زيارة تيتان في عام 2004 ، "توقعنا أن نرى الكثير من الإيثان - غيوم إيثان شاسعة في جميع خطوط العرض وبحار واسعة على سطح قمر زحل العملاق تيتان".
وذلك لأن الضوء فوق البنفسجي الشمسي يحلل الميثان في الغلاف الجوي للنيتروجين في الغالب. الإيثان هو المنتج الثانوي الأكثر وفرة إلى حد كبير عندما ينهار الميثان. يعتقد العلماء أنه إذا كان الميثان مكونًا للغلاف الجوي طوال عمر تيتان الذي يبلغ 4.5 مليار عام - ولم يكن هناك سبب للشك في أنه لم يكن كذلك - فسيغمر القمر الكبير بحار الإيثان.
وقال غريفيث إن رادار المركبة الفضائية كاسيني التابع لناسا عثر على بحيرات في خطوط عرض القطب الشمالي في تيتان على متن طائرة تحلق في 22 يوليو الماضي. ومع ذلك ، "نعلم الآن أن سطح تيتان خالٍ إلى حد كبير من البحيرات والمحيطات". وهي عضو في فريق كاسيني VIMS ومقره UA ، برئاسة البروفيسور روبرت براون من مختبر UA's Lunar and Planetary Lab.
وقال جريفيث إن الإيثان المفقود أكثر غموضاً لأن صور كاسيني تشير إلى أن رواسب صلبة أخرى أقل وفرة من التفاعلات الكيميائية الضوئية في الغلاف الجوي لتيتان قد شكلت كثبان وغطت فوهات على سطحه.
قام VIMS بالكشف الأول عن سحابة الإيثان القطبية الشاسعة من تيتان عندما استقصت خطوط العرض الشمالية المرتفعة لتيتان على رحلات كاسيني الجوية في ديسمبر 2004 وأغسطس 2005 وسبتمبر 2005.
اكتشف VIMS سحابة السيروس كحزمة مشرقة على ارتفاعات تتراوح بين 30 كم و 60 كم على حافة الدائرة القطبية في تيتان ، بين 51 درجة و 69 درجة شمالاً. وأشار غريفيث إلى أن VIMS لم يشاهد سوى جزءًا من السحابة لأن معظم المنطقة القطبية الشمالية في ظل الشتاء ولن تضيء بالكامل حتى عام 2010.
وقال جريفيث: "تشير ملاحظاتنا إلى أنه يجب العثور على رواسب الإيثان السطحية تحديدًا في القطبين ، بدلاً من توزيعها عالميًا عبر قرص تيتان كما كان مفترضًا سابقًا". "قد يفسر ذلك جزئيا عدم وجود محيطات وغيوم الإيثان السائل عند خطوط العرض المتوسطة والمنخفضة في تيتان."
"نعتقد أن الإيثان يمطر أو إذا كانت درجات الحرارة باردة بما فيه الكفاية ، فإن الثلج يتساقط على القطب الشمالي الآن. وقال جريفيث: "عندما يتغير الفصول ، نتوقع أن يتكثف الإيثان في القطب الجنوبي خلال فصل الشتاء". إذا كانت الظروف القطبية باردة كما تقول التنبؤات ، يمكن أن يتراكم الإيثان مثل الجليد القطبي.
يذوب الإيثان في الميثان ، الذي يتوقع العلماء أنه تمطر من الغلاف الجوي في القطب الشمالي خلال فصل الشتاء البارد. وأشار جريفيث إلى أنه "خلال الشتاء القطبي ، نتوقع أن تحتضن الأراضي المنخفضة بحيرات الميثان الغنية بالإيثان". "ربما هذه هي البحيرات التي صورتها كاسيني مؤخرًا."
إذا تم إنتاج الإيثان بمعدل اليوم على مدى عمر تيتان بأكمله ، لكان ما مجموعه كيلومترين من الإيثان قد عجلوا فوق القطبين. وقال جريفيث لكن هذا يبدو غير مرجح.
ليس لدى العلماء دليل مباشر على الأغطية القطبية لجليد الإيثان. القطب الشمالي لتيتان في ظلام الشتاء ، وما زالت كاميرات كاسيني تراها في الضوء المنعكس. صورت كاميرات كاسيني القطب الجنوبي لتيتان. قال جريفيث: "إن المورفولوجيا الظاهرة في تلك الصور لا تشير إلى غطاء جليدي قطبي يبلغ طوله كيلومترين ، لكن الصور تُظهر ميزات التدفق".
وأضافت "سنبدأ في إجراء المزيد من التمريرات القطبية في الأشهر المقبلة". "بحلول نهاية العام المقبل ، ستكون كاسيني قد سجلت أول ملف تعريف لدرجات الحرارة القطبية في تيتان ، والذي سيخبرنا عن مدى برودة الطقس في القطب".
جريفث هو أول مؤلف في مقال بعنوان "دليل لسحابة إيثان قطبية على تيتان" ، نُشر في العدد الحالي (15 سبتمبر) من مجلة Science. شارك في تأليف باولو بينتيدو وزعيم فريق VIMS روبرت براون من UA والباحثين من فرنسا ، ومختبر الدفع النفاث في باسادينا ، كاليفورنيا ، والمسح الجيولوجي الأمريكي ، وجامعة كورنيل ، ومركز ناسا أميس للأبحاث ، والبرتغال وألمانيا.
تعاون كل من غريفيث وبينتيدو وروبرت كورسينسكي من UA في وقت سابق في دراسات حول سحب الميثان التي يبلغ طولها ألف ميل والتي تتحدر تيتان عند خطوط العرض الجنوبية. وخلصوا من تحليل صور VIMS إلى أن هذه الغيوم ذات درجة الحرارة العالية والحمل الحراري ، والتي تتكون من الميثان ، تنتج عن التدفئة الصيفية مثل العواصف الرعدية على الأرض.
أداة VIMS عبارة عن مطياف تصوير ينتج مجموعة بيانات خاصة تسمى مكعب الصورة. يأخذ صورة لكائن بألوان عديدة في نفس الوقت. تلتقط كاميرا الفيديو العادية صورًا بثلاثة ألوان أساسية (الأحمر والأخضر والأزرق) وتدمجها لإنتاج صور كما تراها العين البشرية. تلتقط أداة VIMS صورًا في 352 من الأطوال الموجية المنفصلة ، أو الألوان ، وتمتد إلى عالم من الألوان أبعد بكثير من تلك المرئية للبشر. تعكس جميع المواد الضوء بطريقة فريدة. لذا يمكن تحديد جزيئات أي عنصر أو مركب من خلال الأطوال الموجية التي تعكسها أو تمتصها ، أطيافها "المميزة".
إن مهمة كاسيني هيغنز هي مشروع تعاوني لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الإيطالية. يدير مختبر الدفع النفاث ، وهو قسم من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا ، كاليفورنيا ، مهمة إدارة مهمة العلوم التابعة لناسا ، واشنطن العاصمة ، وقد تم تصميم وتطوير مركبة كاسيني وكاميراتها المدمجة على متنها في مختبر الدفع النفاث. يقع فريق مطياف رسم الخرائط المرئي والأشعة تحت الحمراء في جامعة أريزونا في توكسون.
المصدر الأصلي: بيان صحفي من جامعة أريزونا
