Elkészült az ősi Földhöz hasonló Titán domborzati térképe

Nagy kiterjedésű tengerek, tavak, folyóvölgyek, dűnékkel tarkított síkságok borítják a felszínét, amelyet folyadékok formálnak. Nem, nem a Földön, hanem a Szaturnusz legnagyobb holdján, a Titánon járunk. A bolygónk és a Titán közti nyilvánvaló különbségek, mint a víz helyett metán alapú folyadékciklus ellenére a hold felszínét hasonló folyamatok hozták létre, mint amelyek a Földön munkálkodnak.

Az amerikai űrhivatal, a NASA Pioneer-11 és Voyager-űrszondái által először vizsgált hold sűrű, szénhidrogéneket tartalmazó légkörével rögtön felkeltette a kutatók figyelmét. Ezek a szondák azonban nem voltak képesek betekinteni a kameráik számára átlátszatlan réteget képző légkör alá. A felszín feltárása az 1997-ben indított Cassini-Huygens űrszondapárosra maradt. Az európai Huygens 2005-ben sikeresen landolt a Titánon, a Cassini pedig közel 13 éves Szaturnusz körüli ténykedése során radarja és más műszerei segítségével szinte az egész hold felszínét feltérképezte.

A Titán főbb felszíni régiót ábrázoló globális térképIllusztráció: NASA/JPL-Caltech/ASU/Fordítás: Tóth András/Qubit.hu

A Cassini vizsgálatai alapján Rosaly Lopes, a NASA JPL kutatóintézetének bolygókutatója és kollégái november közepén a Nature Astronomy folyóiratban publikálták az első globális geomorfológiai térképet a Titánról. Ez alatt azt kell érteni, hogy azonosították a Titán teljes felszínét borító nagyobb domborzattípusok, és feltárták azok egymáshoz való viszonyát. Minderre a Cassini 13 évnyi radaros és infravörös megfigyelései adtak lehetőséget. Bár a teljes felszínről nem álltak rendelkezésre radaros vagy infravörös mérések, a kettő közötti összefüggések alapján ki tudták egészíteni a hiányos részeket.

A Titán fő felszínalkotói a főleg az északi pólusnál elterülő tavak és tengerek, a kráterek, a hegyvidékes területek, a karsztos vidékekre hasonlító „labirintus-felszínek", a síkságok és a dűnés régiók. A felszínformák egyértelmű elkülönülést mutatnak földrajzi szélességük alapján. A szakemberek azt is meg tudták határozni, hogy milyen területek keletkeztek korábban, és melyek számítanak geológiailag fiatalnak. Kiderült, hogy a dűnék és a tavak nem túl régen jöttek létre, míg a hegységek által tarkított területek a legősibbek a Titánon. Eredményeik azt is bemutatják, hogy a Titán felszínét elsősorban üledékképző, szél és folyadékok által hajtott  folyamatok formálják. 

A most közzétett globális térkép azt is nyilvánvalóvá teszi, hogy fontos különbség van a dűnékben gazdag egyenlítői régió, a síkságokkal tarkított közepes szélességek és a karsztos labirintus-felszínek, valamint a tavakban és tengerekben gazdag pólusok között (a Titánon lévő meglepően mély szénhidrogéntavakról itt írtunk). A földrajzi szélességek alapján létrejövő eltérések többnyire klimatikus okokra vezethetők vissza. 

A kutatók összegzésükben kiemelik, hogy a Titán nagy részét szerves anyagokból álló üledék borítja, amelyet folyadékos vagy szél általi felszínformáló folyamatok alakítgatnak. Bár a szénhidrogén-esők minden szélességet érintenek, az egyenlítői régiók többnyire szárazak, és így ott leginkább a szél hatása érvényesül. A sarkok felé haladva azonban egyre nő a légkörben található szénhidrogén-pára mennyisége, a pólusoknál pedig már megjelennek nagy szénhidrogén-tengerek és tavak is.

A radar a lényeg

A Titán felszínét a Földéhez hasonlóan többfajta folyamat formálja: ide tartoznak a becsapódási kráterek, a folyadékok és szél által okozott felszíni erózió, az üledékképződés, a tektonikus hatások és potenciálisan a jégvulkanizmus. Ez utóbbiak olyan, a külső Naprendszerben elterjedt vulkánok, amelyek forró, olvadt kőzetek helyett vizet, ammóniát vagy metánt lövellnek ki, és lehetséges, hogy a Titánon is aktívak.

Illusztráció a Cassini áthaladására a Szaturnusz és gyűrűi között. Forrás: NASA/JPL

A Cassini mérései alapján az is világossá vált, hogy a hold felszínét több tíz centiméter mélységben szerves anyagok – többnyire szénhidrogének – borítják, és a felszínt a fent említett folyamatok formálják, létrehozva a titáni tájképet.

Mivel a hold vastag légköre a kamerák számára lényegében átlátszatlan burkot képez, Lopes és kollégái elsődlegesen a Cassini szintetikus apertúrájú radarjának (SAR) méréseit használták térképükhöz, amely 2,17 centiméteres hullámhosszban térképezte fel a hold felszínét, közel 1 kilométeres felbontást elérve. A felszín 46 százalékát lefedő radaros megfigyelésekből hat alapvető felszínformát definiáltak a tanulmány szerzői: síkságok, dűnés régiók, hegységek, tavak, karszt-szerű labirintus-területek és kráterek. A különböző felszínalkotók meghatározása lehetővé tette azok földrajzi elhelyezkedésének, a rétegek egymással való kapcsolatának, összetételének és relatív keletkezési idejének kiderítését.

A Titán nagy felbontású radaros mérések által le nem fedett 54 százalékának azonosításához innovatív technikát alkalmaztak a kutatók: egyesítették az alacsony felbontású radaros, a rádióhullámok segítségével végzett, valamint az optikai és infravörös megfigyeléseket. Így végül egy 1:20 000 000 méretarányú globális térképet hoztak létre, amely elégséges felbontást jelent ahhoz, hogy meghatározzák a hold nagyobb régióit.

Dűnék, tavak, ősi hegységek

A felszín legnagyobb részét, 65 százalékát, síkságok borítják, leginkább a közepes szélességeken. Közülük a legelterjedtebbek az úgynevezett differenciálatlan síkságok, amelyeken nyoma sincs folyóvölgyeknek vagy más doborzattípusoknak. A kutatók szerint ennek az lehet az oka, hogy a felszín porózus, azaz elnyeli a csapadékot, és nem ad lehetőséget nagyobb folyóvölgy-hálózatok kialakulására. A radaros adatok alapján ugyanakkor a síkságokat szerves anyagok borítják, kialakulásukban pedig a szélnek és az általa szállított anyagoknak lehetett a legnagyobb szerepe.

A Titán egyenlítői régióját nem síkságok, hanem dűnék uralják, amelyek összesen a felszín 17 százalékát foglalják el. Korábbi megfigyelések alapján a dűnék többnyire 1-2 kilométer szélesek és akár több száz kilométer hosszúak lehetnek, magasságuk pedig közel 80-130 méter. A térképezés azt is feltárta, hogy a homokot a szél nyugatról keleti irányban szállítja. A dűnék erős radarelnyelése pedig arra enged következtetni, hogy tetejükön pár centiméteres szerves anyag lerakódás található.

A felszín 14 százalékát hegységek és hegységrendszerek borítják. A radaron világos formákként megjelenő régiók valószínűleg töredezett, érdes anyagokból állnak. A legnagyobb ilyen magaslati terület az egyenlítő környéki Xanadu-régióban található, globálisan nézve a hegységek elszórtak, és általában csak 30 négyzetkilométeres területet fed le egy-egy magasabb terület. A kelet-nyugati irányban álló hegységek a szakemberek szerint tektonikai folyamatok révén jöhettek létre, még a Titán történetének korai szakaszában. A hegységek többnyire néhány kilométer magasak, néhány tíz kilométer hosszúak, és főleg vízjégből épülnek fel. Az egyelőre nem világos, hogy az erősen koncentrált és összetételét tekintve is kissé eltérő egyenlítői Xanadu-régió hogyan és miért azon a ponton jöhetett létre. A kutatók szerint ugyanakkor valószínű, hogy ezek a magaslati régiók összességében a Titán jeges külső kérgének a felszínen kibukkanó maradványai.

A Titán északi pólusánál található szénhidrogén-tengerek, tavak és csatornákFotó: NASA / JPL-Caltech / Agenzia Spaziale Italiana / USGS / CASSINI

Az elterjedtség szempontjából sorban a következő a tavakkal borított terület, amely folyadékkal kitöltött vagy nem kitöltött tengerekből és tavakból áll, és a hold 1,5 százalékát fedi le. A Titán sarki régióiban több mint 650 tó található, amelyek egy részét folyékony szénhidrogének töltik ki. Ezek jelenleg a Titán globális klímaciklusának állása miatt leginkább az északi pólusnál találhatók, a Kraken-, a Ligeia- és a Punga-tengerek régiókban. Míg a tengereknek változó partvonaluk van, a tavak ennél kicsit titokzatosabbak – ezekről itt írtunk részletesen.

A labirintusos területek erősen töredezett és erodált felföldeket tartalmaznak, és a felszín 1,5 százalékát teszik ki, többnyire magasabb szélességi fokokon. Összetételüket tekintve főleg vízjégből állnak, amit szerves anyagok borítanak, a területre pedig folyóvölgyek jellemzőek. Formájuk alapján a kutatók szerint a földi karsztos vidékekre hasonlítanak leginkább, és a földiekhez hasonló karsztos folyamatok hozhatták őket létre.

Kráterek csupán a hold 0,4 százalékát borítják, és csak 23 kráter átmérője nagyobb 20 kilométernél. Ez arra utal, hogy a Titánon a kráterek néhány százmillió évig maradnak csupán meg, míg az aktív geológiai folyamatok eltüntetik maradványaikat. A radaros mérések arra engednek következtetni, hogy a kráterek a felszínből jeges anyagokat vájtak ki, melyek részben vízjégből, részben szerves anyagokból állnak. A kevés kráter azt is magával vonja, hogy a bolygókutatásban a területek korának megállapítására általánosan használt kráterszámlálás a Titánon nem igazán működik.

A különböző régiók korának feltárásához ezért más módszerhez kellett folyamodni. Ez a különböző rétegek egymásra épülésének feltárásában rejlik, amelyből megállapítható, hogy azok egymáshoz képest relatíve mikor keletkeztek. A kutatók ebből meghatározták, hogy a Titán felszínén a hegységek és a hegyvidékek a legrégebbi formák. A síkságok jóval fiatalabbak ezeknél, míg a dűnék, tavak és tengerek jöttek létre hozzánk időben legközelebb.

A felszínformák egyértelmű elkülönülése a kutatók szerint arra utal, hogy többfajta folyamat is formálja a hold felszínét, klimatikus, évszakos és magassági hatások által vezérelve.

Drónt a dűnékhez

A kutatók által összeállított térkép és annak későbbi, kisebb területre fókuszáló verziói fontosak lesznek a NASA rendkívül ambiciózus, 2026-ban induló drónos küldetése, a Dragonfly számára. A Titán egyenlítői dűnés régióját megcélzó leszállóegység több éves munkája során akár több száz kilométert repülhet a holdon, mintákat vesz majd a felszínről, és jól felszerelt fedélzeti laboratóriumában elemzi azokat.

Így repül majd a Titánon a NASA Dragonfly drónja.Illusztráció: NASA/JHUAPL

Mint ahogy arról a küldetéstervezet elfogadása után írtunk, a Dragonfly választ adhat arra a kérdésre is, hogy milyen szintig jutottak a szerves kémiai folyamatok a Titánon, és a szonda műszerei képesek lesznek esetleges életformák kimutatására – bármennyire valószínűtlen is, hogy a drón ilyen hideg környezetben életre bukkanjon. A kutatóknak jól jöhet majd, ha a Dragonfly minél változatosabb terepeket látogat meg, és ebben nagy segítségükre lehet Lopes és kollégáinak munkája. Azt is érdemes tudni, hogy a szonda által megvizsgált területek mennyire reprezentálják a Titán egészét, amihez elengedhetetlenek a mostanihoz hasonló kutatások.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: