نگاهي به زحل، سياره بي نظير راه شيري

تيتان بزرگترين قمر سياره‌ زحل، محيطي را به نمايش مي‌گذارد كه به نظر مي‌رسد در منظومه‌ شمسي بي‌نظير باشد.
اين قمر با قطر 5150 كيلومتر دومين قمر بزرگ منظومه شمسي است كه از سياره عطارد و ماه زمين نيز بزرگتر است، فاصله آن از زحل 1221600 كيلومتر است و در مدت 94/15 روز بدور آن مي‌گردد.

كاشف آن ستاره‌شناس مشهور كريستين هويگنس بود كه در سال 1655 آن را در اطراف زحل مشاهده كرد، شناخت ما از اين قمر بيشتر مرهون مشاهدات رصدي و اكتشافات نزديك سفاين پايونير و وويجر مي‌باشد و در حال حاضر نيز سفينه اكتشافي كاسيني ـ هويگنس مأموريتي جديد را در منظومه‌اي زحل آغاز كرده‌اند كه تا چند سال ادامه مي‌يابد و اميد مي‌رود اطلاعات جديد و بيشتري نسبت به گذشته در اختيار بشر قرار دهد.
شناخت فعلي ما از تيتان
اطلاعات بشر از اين قمر تا اواخر قرن نوزدهم بسيار ناچيز و اندك بود تا اينكه در سال 1903 ميلادي اولين نشانه‌هاي وجود جو در پيرامون آن توسط يك ستاره‌شناس اسپانيايي به نام «خوزه كماس سولا» اعلام گرديد، سولا متوجه شده بود كه لبه‌هاي تيتان نسبت به مركزش تيره‌تر ديده مي‌شوند.
اين موضوع بر اين نكته دلالت داشت كه احتمالا جوي نسبتا غليظ تيتان را دربرگرفته است و بعدها ستاره‌شناس آمريكايي جرالد كوئيپر با بررسي طيف نور بازتابي از سطح تيتان متوجه خطوط طيفي گاز متان شد كه براي يك قمر بي‌سابقه و تعجب‌آور بود و البته اين گاز قبلا در سيارات غول‌پيكر منظومه‌ي شمسي كشف شده بود ولي براي اولين بار بود كه در يك قمر كوچك و سنگي يافت مي‌شد.
به نظر مي‌رسيد اين قمر به دليل دماي بسيار پايين و گرانش خود توانسته است اين گاز را حفظ كند، حال سؤال اساسي اين بود كه منشاء اين گاز از كجاست؟ همچنين ستاره‌شناسان متوجه شدند كه در تيتان ابرهايي نيز وجود دارد و برخي مواد هيدروكربني در آن يافت مي‌شود که اين شواهد مي‌تواند وجود گونه‌اي از حيات اوليه را در آن پيش‌بيني نمايد و آنان دو مدل براي جو تيتان را ارائه دادند:
▪ در مدل اول براي تيتان جوي از گاز متان با فشار تقريبي 2 درصد فشار جو زمين پيش‌بيني شد كه از جو سياره‌ي مريخ غليظ‌ تر بود، در اين جو رقيق گرماي خورشيد دوردست محبوس نمي‌شود لذا بايد محيطي بسيار سرد باشد.
▪ در مدل دوم تيتان جوي چگال شامل گاز نيتروژن و متان دارد كه متان درصد كمي از جو آن را تشكيل مي‌دهد، بدليل چگالي بيشتر گازها در اين مدل احتمال بدام افتادن گرماي خورشيد بواسطه‌ اثر گلخانه‌اي وجود دارد که در اين مورد مشاهدات در محدوده‌ي فركانس‌هاي راديويي و فروسرخ نتوانست دماي سطحي تيتان را بطور قطعي و مطمئن تعيين كند ولي در دهه‌ي 1970 با پيشرفت ابزارهاي فني و رصدي مشخص شد كه تيتان دماي بسيار كمي دارد و تقريباً به همان ميزاني است كه در چنين فاصله‌اي از خورشيد انتظار مي‌رود اين موضوع نشان مي‌داد كه تيتان نمي‌تواند جو غليظي از نيتروژن داشته باشد.
نخستين سفينه‌اي كه به زحل رسيد پايونير 11 بود اين سفينه بعد از پرتاب در سال 1973 از كنار سياره‌ي مشتري گذشت و در سال 1979 به زحل رسيد، پايونير 11 حلقه‌اي جديد را در اطراف زحل آشكار ساخت و تصاويري از تيتان تهيه كرد كه جزئيات جديد كمي را به نمايش مي‌گذاشت و سفينه‌ي وويجر 1 نيز سفينه‌ي ديگري بود كه پس از پرتاب در سال 1977 در سال 1980 از كنار زحل گذر نمود، اين سفينه تصاوير و اطلاعات با ارزشي ارسال كرد كه بارزترين آن تصاوير نسبتاً نزديك از تيتان بود که اين سفينه با عبور از فاصله‌اي 4000 كيلومتري تيتان مشخص كرد كه واقعاً تيتان جوي غليظ و نارنجي رنگ دارد، اين تصاوير نشان داد كه تيتان ابرهايي گسترده دارد كه سطح آن را پنهان كرده‌اند.
دوربين‌هاي سفينه نشان داد كه در نيمكره شمالي تيتان ابرها كمي تيره‌تر از نيمكره جنوبي است، شواهد ديگر نيز گوياي وجود درياهايي منجمد و قير مانند بر سطح تيتان بود همچنين سفينه‌ي وويجر 2 نيز در سال 1981 به زحل رسيد ولي بدليل دوري بسيار آن از تيتان نتوانست اطلاعاتي دقيق‌تر از وويجر1 به زمين بفرستد.
در اين قمر همانند زمين جزء اصلي و غالب نيتروژن مولكولي است و متان فقط حدود 6 درصد تركيب جوي تيتان را تشكيل مي‌دهد. فشار سطحي تيتان 6/1 برابر فشار سطحي زمين است با اين تفاوت كه اندازه تيتان كوچكتر است، طبق يـافته‌هـاي سفاين وويجر دماي سطحي تيتان Cْ179ـ (Fْ290ـ) است كه در اين دما امكان اثر گلخانه‌اي وجود دارد ولي در اين دما آب به صورت مايع نخواهد بود، جو مه‌آلود تيتان نيز بواسطه‌ي توليد مه‌دود فتوشيميايي است.
دستگاه‌هاي طيف‌سنجي مادون قرمز سفاين وويجر مقاديري از محصولات واكنش‌هاي فتوشيميايي اوليه‌ي متان را ثبت كردند كه شامل اتان ـ استيلن و پروپان بود. همچنين متان با اتم هاي نيتروژن واكنش مي‌دهد و نيتريل هايي مانند سيانيد هيدروژن را بوجود مي‌آورند، وجود چنين واكنش ها و گازهايي آسماني مه‌آلود به تيتان مي‌دهد بطوري كه يك شخص ايستاده بر سطح آن روشنايي‌اي به ميزان 01/0 روشنايي جو زمين دريافت خواهد كرد.
اما منشاء نيتروژن مولكولي تيتان چيست؟
در حالي كه ماده‌ي اخير جزء اصلي و اوليه جو تيتان مي‌باشد، آيا نيتروژن به هنگام تشكيل تيتان انباشته شده است يا محصول فرعي ماده‌اي موسوم به آمونياك است كه به هنگام پيدايش تيتان وجود داشته است؟ جستجو و بررسي گاز آرگون در جو تيتان مي‌تواند پاسخي به سؤال فوق باشد چرا كه اين ماده در ابر خورشيدي اوليه كه منشاء منظومه شمسي بوده وجود داشته است.
جالب آنكه اين دو گاز در دماي مشابهي منجمد مي‌شوند، اگر نيتروژن مولكولي در ابر خورشيدي اوليه منشاء نيتروژن تيتان باشد پس نسبت فراواني گاز نيتروژن به آرگون در ابر خورشيدي اوليه بايد در تيتان نيز برقرار باشد، چنين يافته‌اي ما را در درك صحيح منشاء جو سيارات ياري خواهد كرد و يافته ديگر آنكه مقاديري از هيدروكربن‌هاي يافت شده در جو تيتان به شكل مه‌دود وجود دارد كه سطح آن را تيره كرده است و در واقع مقدار كمي از تركيبات مولكولي نظير سيانيد هيدروژن و استيلن با هم تركيب شده و طي فرايندي به نام پليمريزاسيون زنجيره بزرگتري از مواد را بوجود مي‌آورند كه نتيجه آن آئروسل‌ها (مواد معلق هيدروكربني) اضافي در تيتان است كه اين مواد به آرامي بر سطح تيتان مي‌نشينند.
بطور نظري مدت انباشته شدن آئروسل‌ها بر سطح تيتان بيش از عمر منظومه‌ي شمسي است نتيجه آن نيز تشكيل اقيانوسي عظيم از مواد هيدروكربني ديگر سازنده‌هاست كه عمق متوسط آن بيش از يك كيلومتر خواهد بود، همچنين مقاديري از متان مايع مي‌تواند با اتان مخلوط شده و بطور نظري منبعي دائمي براي توليد گاز متان در جو تيتان باشد، نظير چنين پديده‌اي در اقيانوس هاي زمين نيز رخ مي‌دهد كه فراهم‌كننده‌ي بخار آب در جو زمين است و اطلاعات راداري و مادون قرمز نزديك از سطح تيتان نشان‌دهنده آن است كه گرچه اقيانوسي وسيع در آن وجود ندارد ولي مي‌توان درياچه‌ها يا درياهايي در آن يافت.
همچنين به نظر مي‌رسد در تيتان بادهايي نيز وجود داشته باشد اما امكان بررسي بادها از زمين در بهترين وضعيت نيز بسيار دشوار است. دستگاه‌هاي مستقر بر كاوشگر هويگنس اندازه‌گيري و بررسي بادهاي تيتان را براي ما انجام خواهند داد، سطح تيتان با دوربين‌هاي سفينه‌ي وويجر در طول موج هاي نور مرئي قابل مشاهده نبود و تمام دانسته‌هاي موجود از ظاهر سطحي تيتان حاصل اندازه‌گيري‌هاي راداري از زمين و بيشتر تصاوير اخير نيز با تلسكوپ فضايي هابل در طول موج هاي بلندتر از طول موج هاي مورد استفاده در دوربين‌هاي وويجر بدست آمده است.
تصاوير تلسكوپ فضايي هابل از سال 1994 به بعد درخشندگي متفاوتي را بر سطح تيتان آشكار ساخت كه اين موضوع دلالت دارد بر اينكه يك ناحيه‌ي وسيع به اندازه يك قاره در سطح تيتان وجود دارد كه بوضوح در طول موج هاي مرئي و مادون قرمز نزديك درخشان‌تر از ديگر نقاط سطح تيتان ديده مي‌شود.
بررسي‌هاي اوليه نشان مي‌دهد كه ناهمواري يا فلات نمي‌تواند سيماي متفاوت موجود در تصاوير را توضيح دهد، بلكه تغييرات درخشندگي بايد تا حدودي بدليل وجود تركيبات متفاوت و يا مواد نرم باشد، همانند ديگر اقمار بيروني منظومه شمسي انتظار مي‌رود تيتان بطور بارزي داراي يك پوسته از جنس يخ آب باشد.
در حالي كه آب در دماي مناطق خارجي منظومه شمسي همانند سنگ هاي سخت و جامد يافت مي‌شود، شواهد طيفي ضعيفي نيز يافت شده كه مؤيد وجود يخ آب به همراه مقداري مواد تيره بر سطح تيتان است و به همين دليل دانشمندان نتيجه‌گيري كرده‌اند كه ماده‌ايي بر سطح تيتان وجود داد كه با يخ آب پوشيده شده است که اندازه تيتان نيز به تنهايي گوياي آن است كه احتمالاً سطحي همانند قمر مشتري «گانيمد» دارد و تا حدي داراي طبقات يخي دگرگون شده و البته دهانه‌دار و پير است.
اگر فعاليت تكتونيكي تيتان گسترده‌تر از گانيمد نباشد ممكن است نواحي مدور دهانه‌هاي برخوردي سطح تيتان مخزني مناسب براي درياچه‌هاي هيدروكربني مايع باشد. همچنين برخورد شهاب‌سنگ ها مي‌تواند موجب شكستگي لايه‌ها تا عمق 1 تا 3 كيلومتري شود و موادي متخلخل را به سطح بياورد كه رگوليت نام دارد و حفره‌هاي موجود در اين ماده مي‌تواند به خوبي مخزني زير سطحي و مناسب براي هيدروكربن‌هاي مايع فراهم نمايد و در مقايسه با گانيمد، تيتان احتمالاً از بيش از 15 درصد آمونياك تركيب شده است زيرا آن در ناحيه‌اي سرد از مدار زحل تشكيل شده است، همچنان كه سطح يخي تيتان منجمد مي‌شود آب آمونياكي مايع به زير سطح آن فشار وارد مي‌كند.
اين مايع پوسته‌ي يخي سطح تيتان را به حالت شناور درمي‌آورد و ماگماي آب آمونياكي راهش را از ميان شكاف هاي سطحي باز كرده و موجب آثار سطحي عجيب در آن مي‌شود، اندازه‌گيري‌ چگالي سطحي تيتان نشان مي‌دهد كه نيمي از آن سنگي (سيليكاتي) و نيمي يخ آب است و در زمان تشكيل تيتان، متان و آمونياك مي‌توانسته‌اند با يخ آب مخلوط شوند، همچنين پيدايش تيتان حاصل به هم پيوستگي مواد در دماي نسبتا كم است بطوري كه مواد سنگي در مركز تجمع كرده و هسته چگالي آن را تشكيل داده‌اند و اطراف آن نيز با لايه‌اي از يخ آب، آمونياك و متان (پوسته) احاطه شده است.
مخلوط آب و آمونياك مي‌تواند تضميني باشد بر اينكه هنوز هم درون تيتان بصورت بخشي غيرجامد است چرا كه آمونياك بطور موثري همانند يك ضد يخ عمل مي‌كند و از طرفي فروپاشي مواد راديواكتيو موجود در سنگ هاي دروني گرماي لازم را براي هسته و لايه‌هاي اطراف آن تأمين و وجود يك لايه‌ي مايع را در بخش زيرسطحي تيتان امكان‌پذير مي‌سازد.
متان محبوس در پوسته‌ي يخي تيتان طي فرآيندهاي آتشفشاني (گازفشاني) رها شده و مي‌تواند تأمين‌كننده متان جو تيتان به مدت طولاني باشد، مه‌دود غليظ جو تيتان مانع شد تا سفاين و ويجر از سطح آن تصوير دقيق تهيه كنند و تصاوير فقط چهره‌ي نارنجي رنگ بي‌روحي از تيتان به نمايش گذاشتند.
اين هيدروكربن‌ها بواسطه‌ واكنش هاي برخوردي امواج ماوراءبنفش خورشيد و الكترون هاي ناشي از گردش سريع مغناطيس كره‌ي زحل با جو تيتان حاصل شده‌اند و محتملا هيدروكربن‌هاي توليد شده در جو تيتان چگالش يافته و به صورت باران بر سطح تيتان ريزش مي‌كنند. بنابراين ممكن است درياچه‌هايي از متان و اتان كه بوسيله‌ حاشيه دهانه‌هاي برخوردي احاطه شده‌اند وجود داشته باشد.
سطح پنهان تيتان ممكن است آثاري عجيب و مرموز نظير كوه هاي فرسايش يافته حاصل باران هيدروكربني و شايد رودخانه‌ها، درياچه‌ها و آبشارهايي از مايعات عجيب را به نمايش بگذارد.
همچنين محتمل است گاه و بيگاه ماگمايي از آب آمونياكي از داخل تيتان فوران نمايد و بر سطح آن پخش شود و نكته ديگر آن است كه مدار تيتان به گونه‌اي است كه آن در داخل و خارج مغناطيس كره زحل حركت مي‌كند و هنگامي كه تيتان از مغناطيس كره زحل خارج مي‌شود در معرض باد خورشيدي قرار مي‌گيرد بنابراين ممكن است اثرات متقابل آن همانند اجرام ديگر منظومه شمسي نظير مريخ، زهره يا دنباله‌داران باشد، همچنين لازم به ذكر است اين اجرام واكنش متقابل قابل توجهي با باد خورشيدي داشته و همانند تيتان داراي جو هستند ولي ميدان مغناطيسي داخلي قوي ندارند.
اثرات متقابل تيتان با مغناطيس كره‌ي زحل راه را براي ورود پلاسماي مغناطيس كره زحل به جو تيتان و هم فرار ذرات جوي از آن فراهم مي‌سازد، نتايج سفينه وويجر نشان مي‌دهد كه اين اثرات متقابل توليد ستوني از ذرات خنثي را مي‌كند كه مي‌تواند تيتان را به يك منبع بالقوه از پلاسماي مغناطيس كره‌ي زحل تبديل نمايد، ويژگي هاي اين ستون بوسيله‌ي مدارگرد كاسيني مطالعه و بررسي خواهد شد.
واكنش متقابل ذرات يخ و غبار موجود در حلقه‌هاي زحل نقش مهمي در به حركت درآوردن غبار به سوي ستون گازي تيتان و شارژ آن ها بازي مي‌كند و هنگامي كه غبار شارژ مي‌شود آن همانند ذرات مداري خنثي عمل کرده و از قوانين كپلر تبعيت مي‌كنند و همچنين بطور جزيي همانند يك ذره‌ي باردار در مغناطيس كره‌ي زحل حركت مي‌كند، واكنش متقابل غبار با مغناطيس كره‌ زحل به دانشمندان اين امكان را مي‌دهد كه جزئيات بيشتري را از چگونگي برهم‌كنش غبار با پلاسما بدست آورند، محتمل است در آسمان تيتان طوفان‌هاي الكتريكي و آذرخش نيز وجود داشته باشد.
در اين مورد سفينه‌ي كاسيني آذرخش‌هاي مرئي را جستجو خواهد كرد و به انتشارات صوتي كه مي‌تواند به هنگام تخليه الكتريكي در باند عريض نشر الكترومغناطيس آشكار شود گوش خواهد داد اين انتشارات داراي يك كاهش تن با زمان مي‌باشد زيرا فركانس هاي بالا قبل از فركانس هاي پايين مي‌رسند.
وجود رعد و برق‌ها در مغناطيس كره‌هاي زمين و مشتري ثبت و آشكار شده‌اند، آن ها مي‌توانند بوسيله‌ي دستگاه‌هاي ثبت موج پلاسما و راديو از فواصل دور آشكار شده و در تخمين فركانس آذرخش‌ها استفاده شوندف همچنين تيتان ممكن است خود ايجادكننده ميدان مغناطيسي باشد، نتايج حاصل از سفينه‌ي گاليله در محدوده‌ي سياره‌ي مشتري نشان داد كه احتمالاً يك منبع توليدكننده ميدان مغناطيس قمر مشتري «گانيمد» را همراهي مي‌كند.