Zorgvuldige heranalyse van gegevens van meer dan tien jaar geleden wijst uit dat Titan, de grootste maan van Saturnus, geen uitgestrekte oceaan onder zijn ijzige oppervlak heeft, zoals eerder werd gesuggereerd. In plaats daarvan bestaat een analyse onder het bevroren oppervlak waarschijnlijk uit meer ijs dat plaats maakt voor modderige tunnels en zakken smeltwater in de buurt van de rotsachtige kern. Gegevens van NASA's Cassini-missie naar Saturnus deden onderzoekers aanvankelijk vermoeden dat er onder het ijs op Titan een grote oceaan van vloeibaar water lag.
Toen ze echter een model maakten van de maan met een oceaan, kwamen de resultaten niet overeen met de fysische eigenschappen die door de gegevens werden beschreven. Een nieuwe kijk leverde nieuwe, modderigere, resultaten op. De bevindingen kunnen aanleiding geven tot soortgelijke onderzoeken naar andere werelden in het zonnestelsel en helpen bij het verfijnen van de zoektocht naar leven op Titan. “In plaats van een open oceaan zoals we die hier op aarde hebben, hebben we waarschijnlijk te maken met iets dat meer lijkt op Arctisch zee-ijs of watervoerende lagen, wat gevolgen heeft voor het soort leven dat we zouden kunnen vinden, maar ook voor de beschikbaarheid van voedingsstoffen, energie enzovoort”, aldus Baptiste Journaux, assistent-professor aard- en ruimtewetenschappen aan de Universiteit van Washington.
Het onderzoek, dat op 17 december in Nature werd gepubliceerd, werd geleid door NASA in samenwerking met Journaux en Ula Jones, een afgestudeerde student aard- en ruimtewetenschappen aan de Universiteit van Washington in zijn laboratorium. De Cassini-missie, die in 1997 begon en bijna 20 jaar duurde, leverde enorme hoeveelheden gegevens op over Saturnus en zijn 274 manen. Titan, gehuld in een nevelige atmosfeer, is de enige wereld, behalve de aarde, waarvan bekend is dat er vloeistof op het oppervlak aanwezig is. De temperatuur schommelt rond de -297 graden Fahrenheit. In plaats van water vormt vloeibaar methaan meren en valt het als regen. Terwijl Titan in een elliptische baan rond Saturnus draaide, observeerden de onderzoekers dat de maan zich uitstrekte en samendrukte, afhankelijk van waar hij zich ten opzichte van Saturnus bevond. In 2008 stelden ze dat Titan onder het oppervlak een enorme oceaan moet hebben om een dergelijke aanzienlijke vervorming mogelijk te maken. “De mate van vervorming hangt af van de interne structuur van Titan. Een diepe oceaan zou ervoor zorgen dat de korst meer buigt onder de zwaartekracht van Saturnus, maar als Titan volledig bevroren zou zijn, zou hij niet zo sterk vervormen”, aldus Journaux. “De vervorming die we tijdens de eerste analyse van de gegevens van de Cassini-missie hebben waargenomen, zou verenigbaar kunnen zijn met een wereldwijde oceaan, maar nu weten we dat dat niet het hele verhaal is.”
In de nieuwe studie introduceren de onderzoekers een nieuw niveau van subtiliteit: timing. De vormverandering van Titan loopt ongeveer 15 uur achter op het hoogtepunt van de zwaartekracht van Saturnus. Net als bij het roeren van honing met een lepel kost het meer energie om een dikke, stroperige substantie te verplaatsen dan vloeibaar water. Door de vertraging te meten, konden wetenschappers bepalen hoeveel energie er nodig is om de vorm van Titan te veranderen, waardoor ze conclusies konden trekken over de viscositeit van het binnenste. De hoeveelheid energie die in Titan verloren ging of werd gedissipeerd, was veel groter dan de onderzoekers hadden verwacht in het scenario van een wereldwijde oceaan. “Niemand had een zeer sterke energiedissipatie in Titan verwacht. Dat was het doorslaggevende bewijs dat het binnenste van Titan anders is dan uit eerdere analyses werd afgeleid”, aldus Flavio Petricca, postdoctoraal onderzoeker bij het Jet Propulsion Laboratory van NASA, die het onderzoek leidde.
Het model dat zij in plaats daarvan voorstellen, bevat meer smeltende sneeuw en aanzienlijk minder vloeibaar water. Smeltende sneeuw is dik genoeg om de vertraging te verklaren, maar bevat nog steeds water, waardoor Titan kan vervormen wanneer er aan getrokken wordt. Petricca kwam tot deze conclusie door de frequentie te meten van radiogolven afkomstig van het Cassini-ruimtevaartuig tijdens fly-bys van Titan, en Journaux hielp de resultaten te onderbouwen met thermodynamica. Journaux bestudeert water en mineralen onder extreme druk om het potentieel voor leven op andere planeten te meten. "De waterlaag op Titan is zo dik en de druk is zo enorm dat de fysica van water verandert. Water en ijs gedragen zich hier anders dan zeewater op aarde", aldus Journaux. Zijn laboratorium voor planetaire cryo-minerale fysica aan de Universiteit van Washington heeft jarenlang gewerkt aan de ontwikkeling van methoden om buitenaardse omgevingen in het laboratorium te simuleren. Hij kon Petricca en zijn collega's een dataset verstrekken met de verwachte fysische eigenschappen van water en ijs diep in Titan.
“We konden hen helpen bepalen welk zwaartekrachtsignaal ze konden verwachten op basis van de experimenten die hier aan de UW zijn uitgevoerd”, aldus Journaux. “Het was zeer de moeite waard.” “De ontdekking van een modderige laag op Titan heeft ook spannende implicaties voor de zoektocht naar leven buiten ons zonnestelsel”, aldus Jones. “Het vergroot het aantal omgevingen die we als bewoonbaar kunnen beschouwen.” Hoewel het idee van een oceaan op Titan de zoektocht naar leven daar heeft gestimuleerd, denken de onderzoekers dat de nieuwe bevindingen de kans om het te vinden kunnen vergroten. Analyses wijzen uit dat de zoetwaterpoelen op Titan een temperatuur van 20 °C kunnen bereiken. Alle beschikbare voedingsstoffen zouden in een klein volume water meer geconcentreerd zijn dan in een open oceaan, wat de groei van eenvoudige organismen zou kunnen bevorderen. Hoewel het onwaarschijnlijk is dat de onderzoekers vissen zullen ontdekken die door modderige kanalen kronkelen, zou het leven op Titan, als het wordt gevonden, kunnen lijken op de poolecosystemen op aarde. Journaux maakt deel uit van het team voor de komende Dragonfly-missie van NASA naar Titan, die gepland staat voor 2028. De hier verzamelde gegevens zullen als leidraad dienen voor de missie en Journaux hoopt terug te keren met bewijs van leven op de planeet en een definitief antwoord over de oceaan.
Bron: EurekAlert!
