De “magische eilanden” in de zeeën van Titan bleken ijsbergen van vreemde materialen te zijn
In 2014 ontdekte de Cassini-Huygens missie heldere vlekken in de zeeën en meren van Titan, een maan van Saturnus, die in de loop van de tijd bewogen. Lange tijd konden wetenschappers niet begrijpen wat dit vreemde fenomeen was. Het lijkt erop dat er nu een verklaring is gevonden: grote ijsbergen (die echter niet van waterijs zijn gemaakt).
Titan is de op één na grootste satelliet in het zonnestelsel, met een diameter van ongeveer 5.150 kilometer en een oppervlakte die groter is dan Eurazië en Afrika samen. Hij draait rond Saturnus, wat betekent dat hij zo ver van de zon staat dat hij honderd keer minder zonne-energie per oppervlakte-eenheid ontvangt dan de aarde. Daarom is de oppervlaktetemperatuur bijna -180 graden. Het oppervlak bestaat dan ook uit ijs en het lokale analogon van zandduinen bevat zelfs naftaline. Er zijn veel rivieren, meren en zeeën op de satelliet. Maar ze zijn niet gevuld met water, maar met vloeibaar ethaan, propaan en methaan. De totale hoeveelheid koolwaterstoffen in deze zeeën is meerdere malen groter dan alle bekende reserves van dit type op aarde.
Het bestuderen van Titan is extreem moeilijk omdat de voornamelijk uit stikstof bestaande atmosfeer vier keer zo dicht is als die van de aarde (de druk aan het oppervlak is anderhalf keer zo hoog als die van de aarde). In zo’n dichte en koude atmosfeer heersen voortdurend dichte nevel en wolken. Het is erg moeilijk om er doorheen te kijken in het zichtbare en sommige andere bereiken. In 2005 maakte de Huygens-lander daar de eerste (en tot nu toe laatste) zachte landing buiten de baan van Mars, waardoor onze kennis van Titan sterk toenam, maar veel dingen blijven onduidelijk. Sinds 2014 heeft het Cassini-ruimteschip met behulp van radar enkele heldere vlekken waargenomen in de zeeën van Titan en deze vlekken zijn in de loop der tijd van plaats veranderd. Dit was nogal een verrassing. Het idee van drijvend ijs lag voor de hand, maar wat voor soort ijs was het?
Feit is dat het hoofdbestanddeel van de zeeën van Saturnus’ maan vloeibaar ethaan is met een bijmenging van vloeibaar methaan, met een dichtheid van ongeveer 0,6 ton per kubieke meter. Dat wil zeggen, het is een zeer lichte vloeistof. Vast ijs, voornamelijk ethaan, drijft echter niet bijzonder goed in dergelijke omstandigheden – het moet zwaarder zijn dan de vloeistof eromheen. Bovendien hebben vloeibaar ethaan en methaan een veel lagere oppervlaktespanning dan water, waardoor het nog moeilijker wordt voor dichte voorwerpen om erin te drijven. Ten slotte wordt zuiver ethaan alleen gevormd bij temperaturen onder -182.
De atmosfeer van Titan is echter zo dicht dat de seizoensgebonden temperatuurschommelingen zelfs aan de polen extreem klein zijn. Daarom is het onwaarschijnlijk dat daar stabiel vast ethaan aanwezig is. Eerder werd de mogelijkheid van drijvende koolwaterstofijsschotsen in Titans omstandigheden gerechtvaardigd door hun hoge porositeit: als die meer dan vijf procent bedraagt, kan dergelijk ijs drijven. Het blijft echter onduidelijk waaruit dergelijk poreus ijs kan bestaan.
De auteurs van het nieuwe artikel, gepubliceerd in Geophysical Research Letters, benaderden het probleem vanuit een andere invalshoek. Ze merken op dat het onvermijdelijk is dat zich in Titans atmosfeer moleculen vormen die veel zwaarder zijn dan stikstof en methaan (de twee belangrijkste gassen van de lokale gaswolk). Ze zouden dus naar de oppervlakte moeten vallen, zoals sneeuw op aarde. Alleen lokale sneeuw zal grotendeels bestaan uit nitrillen (verbindingen van koolstof, waterstof en stikstof), drievoudig gebonden koolwaterstoffen en benzeen.
Aan de hand van berekeningen ontdekten de onderzoekers dat dergelijke sneeuw, bestaande uit waterstofcyanide, vervolgens ijs kan vormen met een hoge porositeit van wel 25-60 volumeprocent. In dit geval, als het een ethaanrijke zee is, zal dit ijs erin kunnen drijven. De auteurs van het artikel merken op dat ijs van een andere samenstelling aanzienlijke problemen zal opleveren voor langetermijnnavigatie in de zeeën van Titan.
Tegelijkertijd, merken ze op, is het onwaarschijnlijk dat dergelijk poreus ijs rechtstreeks wordt gevormd door koolwaterstof-“sneeuwvlokken” die in zeeën en meren vallen. Ze moeten te klein zijn om lang genoeg te zwemmen om niet te verdrinken. Het is waarschijnlijker dat dergelijke “sneeuw” op de kusten van Titans zeeën valt en daar grotere klompen vormt, waarna de golven het gevormde losse ijs wegspoelen en grote stukken ervan afbreken, zoals dat gebeurt met ijsbergen in de zeeën van de aarde.
Een dergelijk scenario, zeggen wetenschappers, kan een ander ongewoon kenmerk van de zeeën en meren van Saturnus’ maan verklaren: de afwezigheid van grote golven erop. In het gebied dat verzadigd is met drijfijs, wordt de vorming en het stabiele bestaan van grote golven ernstig belemmerd.
Het is de moeite waard om op te merken dat dergelijke werken verre van theoretisch belangrijk zijn. Titan is een van de interessantste plaatsen in het zonnestelsel voor onderzoek. En het gaat niet alleen om de exotische koolwaterstofzeeën, maar ook om wat daaronder ligt. In de diepte van de satelliet bevinden zich grote onderwateroceanen. Op de lange termijn is het verstandig om ze te bestuderen in relatie tot het leven. De missies die hiervoor nodig zijn, vereisen echter zware apparatuur. In 2005 landde de Huygens op een oppervlak dat tijdens de missieplanning solide leek, maar in de praktijk dicht bij een moeras bleek te liggen. Een beter begrip van de samenstelling van het Titaanoppervlak is essentieel voor het succes van toekomstige landingen daar.
