טיטאן (לוויין): מאפיינים, הרכב, מסלול, תנועה - ארטה - 2025

טיטאן הוא אחד הלוויינים של כוכב הלכת שבתאי והגדול מכולם. פני השטח שלו קפואים, הוא גדול ממרקורי, ויש לו את האווירה הצפופה ביותר של כל הלוויינים במערכת השמש.

מכדור הארץ, טיטאן נראה בעזרת משקפות או טלסקופים. היה זה כריסטיאן הויגנס (1629-1695), אסטרונום הולנדי, שבשנת 1655 איתר לראשונה את הלוויין באמצעות טלסקופ. הויגנס לא קרא לזה טיטאן, אלא פשוט לונה סטורני, שהיא הלטינית ל"ירח של סטורן ".

איור 1. טיטאן המקיף את סטורן. תמונה של קאסיני. מקור: נאס"א.

את השם טיטאן, שמקורו במיתולוגיה היוונית, הוצע על ידי ג'ון הרשל (1792-1871), בנו של ויליאם הרשל, באמצע המאה ה -19. הטיטאנים היו אחיו של קרונוס, אבי התקופה של היוונים, שווה ערך לסטורן הרומאים.

הן משימות החלל שבוצעו במהלך המחצית האחרונה של המאה העשרים והן התצפיות בטלסקופ החלל האבל הגדילו מאוד את הידע אודות לוויין זה, שהוא עצמו עולם מרתק.

ראשית, על טיטאן יש תופעות מטאורולוגיות הדומות לאלו שעל פני כדור הארץ, כמו רוחות, אידוי וגשם. אבל עם הבדל מהותי: על טיטאן מתאן ממלא תפקיד חשוב בהם, מכיוון שחומר זה הוא חלק מהאטמוספרה והמשטח.

בנוסף, מכיוון שציר הסיבוב שלו מוטה, טיטאן נהנה מעונות, אם כי משך הזמן שונה מזה של כדור הארץ.

בגלל זה וגם בגלל שיש לו אווירה משלו וגודלו הגדול, טיטאן מתואר לפעמים ככוכב לכת זעיר והמדענים התמקדו בהיכרות טובה יותר, לדעת אם הוא שוכן או מסוגל להכיל חיים.

מאפיינים כלליים

גודל

טיטאן הוא הלוויין השני בגודלו, השני רק לגנימד, הירח הענק של יופיטר. בגודל הוא גדול ממרקורי, מכיוון שכוכב הלכת הקטן קוטר 4879.4 ק"מ וטיטאן קוטר 5149.5 ק"מ.

איור 2. השוואה בין הגדלים בין כדור הארץ, הירח וטיטאן, משמאל למטה. מקור: Wikimedia Commons. אפולו 17 תמונה של כדור הארץ כולו: תמונה טלסקופית של NASA של הירח המלא: גרגורי ה. ריבה תמונה של טיטאן: NASA / JPL / מכון מדעי החלל / רשות הרבים

עם זאת, לטיטאן יש אחוז גדול של קרח בהרכבו. מדענים יודעים זאת דרך צפיפותו.

צְפִיפוּת

כדי לחשב את צפיפותו של גוף, יש לדעת הן את המסה והן את נפחו. את המסה של טיטאן ניתן לקבוע באמצעות החוק השלישי של קפלר, כמו גם נתונים המסופקים על ידי משימות חלל.

הצפיפות של טיטאן מתבררת כ- 1.9 גרם / ס"מ ³ , הרבה מתחת לזו של כוכבי לכת סלעיים. זה אומר רק שלטיטאן יש אחוז גדול של קרח - לא רק מים, הקרח יכול להיות חומרים אחרים - בהרכבו.

אַטמוֹספֵרָה

בלוויין יש אווירה צפופה, משהו נדיר במערכת השמש. אטמוספרה זו מכילה מתאן, אך המרכיב העיקרי הוא חנקן, ממש כמו האטמוספרה של כדור הארץ.

אין בו מים וגם אין בו פחמן דו חמצני, אך ישנם פחמימנים אחרים, מכיוון שאור השמש מגיב עם מתאן, ומוליד תרכובות אחרות כמו אצטילן ואתאן.

אין שדה מגנטי

באשר למגנטיות, לטיטאן אין שדה מגנטי משלו. מכיוון שזה נמצא בקצה חגורות הקרינה של שבתאי, חלקיקים רבים מאוד אנרגטיים עדיין מגיעים לפני השטח של טיטאן ומפרקים שם מולקולות.

מטייל היפותטי שיגיע לטיטאן ימצא טמפרטורת שטח בסדר גודל של -179.5 מעלות צלזיוס ולחץ אטמוספרי שהיה אולי לא נוח: פעם וחצי מערך לחץ האדמה בגובה הים.

גֶשֶׁם

על טיטאן יורד גשם, מכיוון שמתאן מתעבה באטמוספירה, אם כי לעתים קרובות גשם זה לא יכול להגיע לאדמה, מכיוון שהוא מתנדף בחלקו לפני שהוא מגיע לאדמה.

סיכום המאפיינים הפיזיים העיקריים של טיטאן

הרכב

מדענים פלנטריים מסיקים מצפיפותו של טיטאן, שהוא בערך כפול מזה של מים, שהלווין הוא חצי סלע וחצי קרח.

הסלעים מכילים ברזל וסיליקטים, בעוד הקרח אינו כולו מים, אם כי מתחת לשכבה הקפואה של הקרום יש תערובת של מים ואמוניה. יש חמצן על טיטאן, אך קשור למים מתחת לפני השטח.

בתוך טיטאן, ממש כמו על פני כדור הארץ וגופים אחרים במערכת השמש, ישנם יסודות רדיואקטיביים המייצרים חום כאשר הם מתפרקים לגורמים אחרים.

חשוב לציין כי הטמפרטורה בטיטאן קרובה לנקודת המשולש של מתאן, מה שמעיד כי תרכובת זו יכולה להתקיים כמוצק, נוזל או גז, הממלאת את אותו תפקיד כמו מים על כדור הארץ.

הדבר אושר על ידי החללית קאסיני שהצליחה לרדת על פני הלוויין, שם מצאה דגימות מהאידוי של מתחם זה. הוא גם זיהה אזורים בהם גלי הרדיו משתקפים בצורה חלשה, באופן דומה לאופן שבו הם משתקפים באגמים ובאוקיאנוסים על כדור הארץ.

אזורים כהים אלה בתמונות הרדיו מצביעים על הימצאות גופות של מתאן נוזלי, ברוחב 3 עד 70 ק"מ, אם כי יש צורך בראיות נוספות כדי לתמוך באופן מוחלט בעובדה.

האווירה על טיטאן

האסטרונום ההולנדי ג'רארד קויפר (1905-1973) אישר בשנת 1944 כי לטיטאן יש אווירה משלו, שבזכותה יש הלוויין את הצבע האופייני-חום כתום שניתן לראות בתמונות.

מאוחר יותר, הודות לנתונים ששלחה משימת וויאג'ר בתחילת שנות השמונים, נמצא כי האטמוספירה הזו צפופה למדי, אם כי היא מקבלת פחות קרינת שמש בגלל המרחק.

יש לו גם שכבה של ערפיח, המקהה את פני השטח ובתוכו יש חלקיקים פחמימניים בהשעיה.

באטמוספירה העליונה של טיטאן מתפתחות רוחות של עד 400 קמ"ש, אם כי מתקרבות אל פני השטח הפנורמה מעט יותר שלווה.

גזים אטמוספריים

בנוגע להרכבו, הגזים האטמוספריים כוללים 94% חנקן ו -1.6% מתאן. שאר המרכיבים הם פחמימנים. זו התכונה האופיינית ביותר, מכיוון שמלבד האטמוספרה של כדור הארץ, אף אחד במערכת השמש אינו מכיל חנקן בכמות כזו.

מתאן הוא גז חממה שנוכחותו מונעת מהטמפרטורה של טיטאן לרדת עוד יותר. עם זאת, השכבה החיצונית ביותר, המורכבת מגזים מפוזרים באופן נרחב, משקפת ומנגדת את אפקט החממה.

פחמימנים

בין הפחמימנים שנצפו בטיטאן, אקרילוניטריל בולט בריכוז של עד 2.8 חלקים למיליון (ppm), המתגלה באמצעות טכניקות ספקטרוסקופיות.

זהו תרכובת הנמצאת בשימוש נרחב בייצור פלסטיקה, ולדברי המדענים, מסוגלת ליצור מבנים הדומים לקרומי התא.

למרות שאקרילוניטריל התגלה בתחילה בשכבות העליונות של האטמוספירה של טיטאן, ההערכה היא כי היא עשויה בהחלט להגיע לפני השטח, להתעבות בשכבות האטמוספריות התחתונות ואז ליפול בגשם.

מלבד אקרילוניטריל, על טיטאן ישנם תולינים או תולינים, תרכובות מוזרות בעלות אופי אורגני המופיעות כאשר אור אולטרה סגול שברים מתאן ומפריד מולקולות חנקן.

התוצאה היא תרכובות מורכבות יותר אלה שלפי ההערכות היו קיימות בכדור הארץ הקדום. הם התגלו בעולמות קפואים מעבר לחגורת האסטרואידים והחוקרים מסוגלים לייצר אותם במעבדה.

ממצאים כאלה מעניינים מאוד, אם כי תנאי הלוויין אינם מתאימים לחיים יבשתיים, בעיקר בגלל הטמפרטורות הקיצוניות.

איך להתבונן בטיטאן

הטיטאן גלוי מכדור הארץ כנקודת אור קטנה סביב שבתאי הענק, אך יש צורך בכלי מכשירים כמו משקפת או טלסקופים.

אף על פי כן, לא ניתן להבחין בהרבה פרטים, כי טיטאן אינו מאיר כמו הלוויינים הגליליים (הלוויינים הגדולים של יופיטר).

בנוסף, הגודל הגדול והבהירות של שבתאי יכולים לפעמים להסתיר את נוכחותו של הלוויין, וזו הסיבה שיש צורך לחפש את הרגעים המרחקים הגדולים ביותר בין השניים כדי להבדיל בין הלוויין.

מַסלוּל

לטיטן לוקח כמעט 16 יום להסתובב סביב שבתאי וסיבוב כזה הוא סינכרוני עם כדור הארץ, מה שאומר שהוא תמיד מראה את אותם הפנים.

תופעה זו שכיחה מאוד בקרב לוויינים במערכת השמש. הירח שלנו, למשל, נמצא גם בסיבוב סינכרוני עם כדור הארץ.

איור 3. מסלולו של טיטאן מודגש באדום, יחד עם זה של הלוויינים הראשיים של שבתאי: היפריון ואיפאפטוס הם החיצוניים ביותר לטיטאן, בעוד שהקודם ביותר הם לפי הסדר: ריאה, דיונה, תטיס, אנצ'אלדוס ומימאס. . מקור: Wikimedia Commons. מקורי: ערמת הריסות וקטור: מיסיד. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

זה נובע מכוחות הגאות והשפל, שלא רק מרימים את ההמונים הנוזלים, וזה ההשפעה המוערכת ביותר על כדור הארץ. הם גם מסוגלים להרים את הקרום ולעוות כוכבי לכת ולוויינים.

כוחות הגאות והשפל מאטים בהדרגה את מהירות הלוויין עד שמהירות המסלול שווה למהירות הסיבוב.

תנועה סיבובית

הסיבוב הסינכרוני של טיטאן פירושו שתקופת הסיבוב שלו סביב צירו זהה לתקופת המסלול, כלומר כ- 16 יום.

יש תחנות על טיטאן בגלל הטיה של ציר הסיבוב בגובה 26 מעלות מהאקליפטיקה. אך בניגוד לכדור הארץ, כל אחת מהן הייתה נמשכת כ- 7.4 שנים.

בשנת 2006 העלה בדיקת קאסיני תמונות המראות גשם (ממתאן) על הקוטב הצפוני של טיטאן, אירוע שיציין את תחילת הקיץ בחצי הכדור הצפוני של הלוויין, שם מאמינים כי אגמי מתאן קיימים.

הגשמים יגרמו לאגמים לצמוח, ואילו אלה שבחצי הכדור הדרומי בוודאי יתייבשו בערך באותה תקופה.

מבנה פנימי

התרשים למטה מראה את המבנה הפנימי שכבתי של טיטאן, שנבנה על ידי איגודי ראיות שנאספו מתצפיות כדור הארץ בתוספת זו ממשימות הוויאג'ר וקאסיני:

-גרעין המורכב מים וסיליקטים, אף כי מטפלים באפשרות של גרעין סלעי פנימי יותר, המבוסס על סיליקט.

-שכבות שונות של קרח ומים נוזליים עם אמוניה

-קרום קרח ביותר.

איור 4. מבנה פנימי של טיטאן, על פי מודלים תיאורטיים. מקור: Wikimedia Commons. קלווינסונג / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0).

התרשים מציג גם את השכבה האטמוספרית הצפופה המכסה את פני השטח, בה בולטת שכבת התרכובות האורגניות מסוג Tholin שהוזכר לעיל, ולבסוף שכבה של חיצוני ושפוף יותר של ערפיח.

גֵאוֹלוֹגִיָה

בדיקת קאסיני, שנחתה על טיטאן בשנת 2005, חקרה את הלוויין באמצעות מצלמות אינפרא אדום ורדאר, המסוגלת לחדור לאווירה הצפופה. התמונות מציגות גיאולוגיה מגוונת.

למרות שטיטן הוקם יחד עם שאר חברי מערכת השמש לפני קצת יותר מ -4.5 מיליארד שנה, פני השטח שלו הם הרבה יותר עדכניים, בערך 100 מיליון שנה על פי ההערכות. זה אפשרי הודות לפעילות גיאולוגית נהדרת.

תמונות חושפות גבעות קפואות ומשטחים חלקים בצבע כהה יותר.

יש מעט מכתשים שכן הפעילות הגיאולוגית מוחקת אותם זמן קצר לאחר היווצרותם. כמה מדענים הצהירו כי פני השטח של טיטאן דומים למדבר אריזונה, אם כי קרח תופס את מקומו של הסלע.

באתר ירידת הגשוש נמצאו רכסי קרח מעוגלים בעדינות, כאילו נוזל עיצב אותם מזמן.

יש גם גבעות מרופדות בתעלות המשופעות בעדינות לשפלה ולאגמי המתאן שתוארו לעיל, כמו גם איים. אגמים אלה הם גופי הנוזל הראשונים היציבים שנמצאים במקום מחוץ לכדור הארץ עצמו ונמצאים בסמוך לקטבים.

איור 5. תמונה של טיטאן שצולם על ידי החללית הויגנס בגובה 10 ק"מ. מקור: ESA / NASA / JPL / אוניברסיטת אריזונה / רשות הרבים.

ההקלה בכלל לא מאוד מסומנת על טיטאן. ההרים הגבוהים ביותר מגיעים לגובה של כקילומטר אחד, לפי נתונים טמטריים.

בנוסף לתכונות אלה, על טיטאן יש דיונות הנגרמות על ידי הגאות והשפל, אשר בתורן מייצרות רוחות חזקות על פני הלוויין.

למעשה, כל התופעות הללו מתרחשות על פני כדור הארץ, אך בצורה שונה מאוד, מכיוון שעל טיטאן מתאן תפס את מקומם של מים, והוא גם רחוק הרבה יותר מהשמש.

הפניות

1. Eales, S. 2009. כוכבי לכת ומערכות פלנטריות. וויילי-בלקוול.
2. Kutner, M. 2003. אסטרונומיה: נקודת מבט פיזית. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '.
3. המכון לאסטרוביולוגיה של נאס"א. נאס"א מגלה שלירח שבתאי יש כימיקלים שעלולים להיווצר 'ממברנות'. התאושש מ: nai.nasa.gov.
4. המכון לאסטרוביולוגיה של נאס"א. מה בעולם (ים) יש תולים ?. התאושש מ: planetary.org.
5. Pasachoff, J. 2007. הקוסמוס: אסטרונומיה במילניום החדש. מהדורה שלישית. תומסון-ברוקס / קול.
6. Seeds, M. 2011. מערכת השמש. המהדורה השביעית. לימוד Cengage.
7. מדע יומי. עדות לשינוי עונות, גשם בקוטב הצפוני של ירדן של שבתאי. התאושש מ: sciencedaily.com.
8. ויקיפדיה. טיטאן (ירח). התאושש מ: en.wikipedia.org.