A Titán légkörének kémiája
(Rovat: Cassini, Távoli világok kutatói - 2017.09.05 07:15.)

Meglepő felfedezést tettek a Cassini mérései alapján: bonyolult szerves vegyületek építőkövéül szolgáló molekulákat találtak a Titán légkörében.

A Szaturnusz legnagyobb holdját sűrű, nitrogénből és metánból álló légkör burkolja be, amelyben a Naprendszer legösszetettebb kémiai folyamatai játszódhatnak le. A szakemberek úgy gondolják, hogy a Titán légköre hasonló ahhoz, amilyen a Földé lehetett az oxigén megjelenése előtt. Következésképpen, a Titánt olyan bolygóméretű laboratóriumnak tekintik, ahol talán még a földi élet megjelenéséhez vezető kémiai folyamatokat is tanulmányozhatjuk.

Természetes színű felvétel a Titán felsőlégköréről. A metánmolekulákat a Nap ibolyántúli sugárzása felbontja, azok darabjai bonyolultabb vegyületeket, például etánt és acetilént alkotnak. A mélyebb rétegekben ezekből kialakul a szerves molekulákból álló, az egész égitestet beburkoló szmog, amelyen csak a napfény 10%-a képes áthaladni és lejutni a felszínre. A felvételt a Cassini-szonda nagy látószögű kamerája 2005. március 31-én, 9500 km távolságból vörös, zöld és kék szűrőkön keresztül készítette, amely képeket úgy keverték, hogy a természetesnek megfelelő színhatás álljon elő. (Kép: NASA / JPL / Space Science Institute)

A Titán felsőlégkörében a nitrogén és a metán ki van téve a napsugárzás hatásának és a Szaturnusz magnetoszférájában található, nagy energiájú részecskék bombázásának. Az így betáplált energia hatására a nitrogén, a hidrogén és a szén részvételével olyan reakciók játszódhatnak le, amelyek az élet megjelenése előtti, bonyolult szerves vegyületeket hozhatnak létre. Ezek a nagy molekulák lefelé süllyednek a légkör mélyebb rétegei felé, ahol szerves aeroszolokból álló, vastag páraréteg alakul ki belőlük, de feltételezik, hogy a molekulák végül egészen a hold felszínéig süllyednek. Maga a folyamat azonban, amelynek eredményeképpen a felsőlégkör egyszerű molekulái komplex szerves vegyületekké alakulnak, bonyolultak és a részletei nehezen azonosíthatók.

A Cassini egyik meglepő eredménye volt, hogy az anionok – vagyis negatív töltésű molekulák – egy bizonyos típusát fedezték fel a Titán légkörében. A kutatók nem számítottak anionok jelenlétére, mert ezek a molekulák erősen reakcióképesek, ezért nem maradhatnának fenn hosszú ideig a Titán légkörében, hamar egyesülnének más anyagokkal. Az anionok kimutatása teljesen átrajzolja a Titán légkörének folyamataira vonatkozó elképzeléseinket. Egy nemzetközi kutatócsoport tagjai az Astrophysical Journal Letters folyóiratban megjelent cikkükben „szénláncú anionokként” azonosítják a negatív töltésű molekulákat. Ezeket a lineáris felépítésű molekulákat az összetettebb molekulák építőköveinek tekinthetjük, tehát a földi élet legősibb formáinak is alapjául szolgálhattak.

A Titán légkörének kémiai folyamatai. A cikkben szereplő szénláncú anionok a zöld téglalapban láthatók. A légkörben lefelé haladva egyre bonyolultabb molekulák jöhetnek létre. Az ESA cikke azonban felhívja a figyelmet az illusztráció szépséghibájára: az még a Titán légköréről 2007-ben kidolgozott elképzelést tükrözi. (Kép: ESA)

A felfedezést a Cassini plazmaspektrométerével (CAPS) tették, a méréseket akkor végezték, amikor a szonda 950–1300 km felszín fölötti magasságban átrepült a Titán felsőlégkörén. Érdekes módon az adatok azt mutatják, hogy a felszín felé közeledve a szénláncok elfogynak, míg az aeroszol nagyobb molekuláinak előfutárai gyorsan szaporodnak, ami a kettő közti kapcsolatra utal, vagyis a láncok a nagyobb molekulák „csírái” lehetnek. Ez volt az első eset, amikor egy bolygószerű légkörben egyértelműen sikerült szénláncú anionokat azonosítani. Maga a folyamat a csillagközi gázban jól ismert, most viszont egy teljesen eltérő környezetben is sikerült megfigyelni, ami a folyamat egyetemességét sejteti.

A Cassini küldetése hamarosan befejeződik, de a James Webb-űrtávcsövön és az ESA Plato szondáján olyan műszerek is helyet kapnak, amelyek nemcsak a Naprendszerben, hanem azon túl is meg tudják figyelni a hasonló folyamatokat. Emellett a Titán légkörének további megfigyelését az ALMA Obszervatórium is folytatja.

A Szaturnusz legnagyobb holdjához kapcsolódó hír, hogy – amint arra egyik rendszeres olvasónk felhívta szerkesztőségünk figyelmét (amit ezúton is köszönünk) – a Nemzetközi Csillagászati Unió (IAU) planetáris névadással foglalkozó bizottsága augusztus 7-én újabb, a Titán felszíni alakzatainak adott neveket fogadott el. Legnagyobb örömünkre az egyik szénhidrogén tó a Balaton Lacus nevet kapta. Ezzel a Titánon már 255 különböző felszíni alakzat visel az IAU által elfogadott, hivatalos nevet, közülük 80 tó kapott nevet, kivétel nélkül földi tavakról. A Balaton Lacus a Titán északi sarkvidékén található, közepének földrajzi szélessége 82,9 fok, hosszúsága pedig 87,5 fok. A titáni Balaton valamivel kisebb a „miénknél”, a szabálytalan alakú tó (leghosszabb) kiterjedése 35,6 km.

A Titán északi pólusvidékének áttekintő térképe és annak a Balaton Lacust tartalmazó, kinagyított részlete. (Kép: NASA, IAU Working Group for Planetary System Nomenclature)