تیتان ، آنگونه که امروز می شناسیم
دو سال و نیم پس از فرود تاریخیِ کاوشگر هویگنس
بر سطح قمر اسرارآمیز تیتان، دومین قمر بزرگ
منظومهِ شمسی و تنها قمر دارای جوّ غلیظ، دانشمندان
مجموعهِ جدیدی از نتایج بررسی‌های این قمر را منتشر کرده‌اند؛
از دانسته‌های تازه دربارهِ باد، ابر و بارش باران در جوّ تیتان تا
دریاچه‌ها و رودهای فصلی متان مایع و اطلاعاتی از ساختار درونی تیتان.
این قمر شگفت‌انگیز منظومهِ شمسی اسرار خود را به آرامی آشکار می‌کند.
شگفت‌انگیزترین قمر منظومهِ شمسی اسرار خود را به آرامی آشکار می‌کند.
دو سال و نیم پس از فرود تاریخی کاوشگر هویگنس بر سطح قمر اسرارآمیز تیتان، دانشمندان مجموعهِ جدیدی از نتایج بررسی‌های این قمر را منتشر کرده‌اند. فرانسیس راولین، یکی از کارشناسان مأموریت هویگنس، می‌گوید: <آن‌قدر اطلاعات در داده‌های ارسالی هویگنس وجود دارد که پس از دو سال فعالیت هنوز جا برای تحقیق و بررسی وجود دارد.> هویگنس در کمتر از چهار ساعت حیات علمی خود گنجینه‌ای از شگفتی‌ها را برای زمین فراهم کرده است.
در بیست‌وپنجم دی ۱۳۸۳، کاوشگر اروپایی هویگنس، که پس از هفت سال سواری بر فضاپیمای کاسینی چند روزی بود که به‌سوی قمر تیتان پرتاب شده بود، سرانجام به فراز جوّ غلیط این قمر رسید. صد‌وچهل‌‌وهشت دقیقه طول کشید تا، با چتر نجات، جوّ ششصد کیلومتری این قمر را طی کند و بر سطح فرود آید. تا هفتاد دقیقه پس از فرود، هویگنس هم‌چنان به جمع‌آوری و مخابرهِ اطلاعات به کاسینی مشغول بود تا آن‌که کاسینی در افق تیتان غروب کرد و ارتباط زمین با هویگنس برای همیشه پایان یافت.
در آذر ۱۳۸۴، نخستین یافته‌های هویگنس در قالب پنج مقالهِ مهم در نشریه نِیچر به‌چاپ رسید. یک سال و نیم پس‌از این مجلد، دانشمندان توانستند جزییات هیجان‌انگیز فراوانی را به تصویر جدید تیتان بیفزایند. مقاله‌های جدید، که بیشتر آنها بر اساس شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای به دست آمده است، به‌قدری زیادند که دو مجلد نشریهِ علوم فضایی و سیاره‌ای به این موضوع اختصاص یافته است.
تیتان، به قطر ۵۱۵۰ کیلومتر (کمی کوچک‌تر از نصف قطر زمین)، دومین قمر بزرگ منظومه شمسی و بزرگترین قمر زحل است که با کوچک‌ترین تلسکوپ‌ها نیز در کنار این سیارهِ طوق‌برگردن دیده می‌شود. تیتان تنها قمر منظومهِ شمسی است که جوّی غلیظ و پُرفشار دارد؛ با حدود ۵/۱ برابر فشار جوّی زمین در سطح اقیانوس.
جوّ این قمر، مانند زمین، بیشتر از نیتروژن است. دوری تیتان و زحل از خورشید سبب‌شده دمای سطحی این قمر حدود ۱۸۰- درجهِ سانتیگراد باشد اما این موضوع موجب نشده همه چیز در آنجا یخزده و جامد باشد. این دما و فشار مناسب جوّی هیدروکربن‌هایی مانند متان و اِتان را، درست مانند آب روی زمین، در حالت مایع نگه می‌دارد و با کمی تغییر دما آنها به بخار یا یخ تبدیل می‌شوند تا چرخه‌ای اقلیمی مانند آنچه روی زمین داریم پدید آید و ابرها، بارش، و مناطقی دریا‌مانند از هیدروکربن‌های مایع شکل بگیرند.
مقایسهِ شبیه‌سازی‌ها با داده‌های ارسالی کاوشگر هویگنس نشان داده است که تیتان محیطی پویا دارد و انبوهی از فرآیندهای پیچیده محیطی بسیار شبیه به زمین -اما بسیار سردتر- را فراهم کرده است. هویگنس نشان داد جوّ تیتان بسیار مه‌آلودتر از آن است که پیش‌بینی می‌شد، زیرا ذرات معلق فراوانی در جوّ وجود دارند. امروز دانشمندان توانسته‌اند، با ساختن یک آزمایشگاه ویژه، جوّ تیتان را شبیه‌سازی و، با استفاده از اطلاعات هویگنس، ماهیت و چگونگی تشکیل این ذرات معلق را آشکار کنند .
طرح گرافیکی هنرمندانه ای از هویگنس در خاک مرطوب و نیمه خشک محل فرود آن، در کنار سنگ هایی از جنس یخ آب در دمای ۱۸۰- درجه ی سانتیگراد سطح تیتان.یکی از مهم‌ترین موفقیت‌های کارشناسان سازمان فضایی اروپا، به دست‌آوردن مسیر دقیق فرود کاوشگر هویگنس بر سطح تیتان است. بازسازی مسیر فرود، به ویژه برای تفسیر درست داده‌های ثبت‌شدهِ شش ابزار علمی هویگنس، بسیار حیاتی است. ارزش این کار به‌قدری است که مدیران مأموریت هویگنس این موفقیت را اوج فعالیت‌های ده‌سالهِ گروه خط‌سِیر فرود(HDT) می‌دانند.
در هر مأموریت فضایی، این داده‌های علمی است که توجه اغلب کارشناسان و مردم را به‌خود جلب می‌کند. اما اگر مسیر حرکت هویگنس در جوّ تیتان تا فرود بر سطح این قمر به‌دقت بازسازی نشده بود، دانشمندان نمی‌توانستند داده‌های ارسالی را تمام‌وکمال منظم کنند.
در گروه تحقیقاتی دیگری، کارشناسان علوم سیاره‌ای موفق شده‌اند گامی دیگر در درک کامل ترکیب گرد و غبار جوّ تیتان بردارند. تلاش ده‌سالهِ این دانشمندان برای بازسازی غبارهای کم‌‌نظیر جوّ تیتان در رآکتورهای شیمیایی بالاخره به نتیجه رسید و با تأیید داده‌های ارسالی هویگنس ارزش خود را به اثبات رساند.
این ذرات غبار، که اصطلاحاً آیروسل نامیده می‌شوند، ذرات جامدی‌اند که در جوّ شناورند. در زمین، این ذرات اغلب در نتیجهِ آلاینده‌های جوّی تشکیل می‌شوند و در شهرهای بزرگی مانند تهران می‌توان تأثیر آنها را در روزهای بسیار آلوده به‌وضوح دید که چگونه شفافیت جوّ را کاهش می‌دهند و مانع از رسیدن پرتوهای خورشید به سطح زمین می‌شوند. اما در تیتان این ذرات در فرآیندهای طبیعی به‌وجود می‌آیند و به وفور در جوّ آن پراکنده‌اند. غلظت این ذرات به‌قدری است که سطح آن را کاملاً پنهان کرده است.
هویگنس برای بررسی این ذرات نمونه‌هایی از ذرات جوّ را در دستگاه ACP (آزمایش جمع‌آوری و آتش‌کافتی ذرات آیروسل) جمع‌آوری کرد و با ایجاد شرایط دمایی ششصد درجهِ سانتیگراد، آنها را به بخارهای فَرّار تبدیل کرد. این فرآیند، که به آتش‌کافت مشهور است، مواد را با حرارت دادن به ملکول‌های تشکیل‌دهنده تجزیه می‌کند. پس از این مرحله، مواد فَرّار برای تحلیل و شناسایی به طیف‌نگار جرمی و رنگ‌نگار گازی(GCMS) فرستاده شد تا این دستگاه مواد شیمیایی تشکیل‌دهندهِ ذرات آیروسل را شناسایی کند.
در این مرحله دانشمندان به اطلاعات لازم برای بررسی ترکیب دقیق این ذرات و فرآیندهای تشکیل‌دهندهِ آنها دسترسی یافتند. ده سال پیش از این، گروهی از شیمیدانان فرانسوی تلاش‌های خود را برای تولید همتای آزمایشگاهی ذرات آیروسل تیتان آغاز کرده بودند. آنها این ذره را تولین(Tholin) نام نهادند.
تولین‌ها موادی پیچیده و غنی از نیتروژن‌اند و زمانی در آزمایشگاه به‌وجود می‌آیند که الکترون‌های پُرانرژی یا پرتوهای فرابنفش در محیطی مملو از نیتروژن با ملکول‌های ساده‌ای چون متان (۴(CH و اتان (۶(C۲H واکنش می‌دهند. اما در تیتان جوّ مملو از نیتروژن و متان است و از این رو فرآیند تشکیل تولین بسیار ساده‌تر انجام می‌پذیرد. با ادامهِ واکنشِ تولید این مواد، ملکول‌های بلندتر و سنگین‌تری تشکیل می‌شوند که آرام‌آرام رسوب می‌کنند و بر سطح تیتان می‌نشینند.
دانشمندان فرانسوی برای تولید این ملکول بیگانه روی زمین، رآکتور شیمیایی ویژه‌ای ساختند که بیش‌از دویست مادهِ شیمیایی خاص را تولید می‌کرد و می‌توانست، با شبیه‌سازی جوّ تیتان، ملکول‌های تولین را تولید کند. البته تاکنون فقط فرآیندهای کلی تولید این ماده شناخته شده است و تلاش برای درک جزییات این فرآیند مهم جوّی ادامه دارد. دانشمندان علوم سیاره‌ای این فرآیندها را بسیار شبیه به رویدادهای طبیعی تیتان می‌دانند.
کارشناسان علوم جوّی-سیاره‌ای، با بازسازی تأثیرات برخورد باد بر چتر نجات کاوشگر و تغییرات مسیر فرود، به بررسی الگوی کلی حرکت جوّ تیتان پرداخته‌اند. از آنجایی‌که جهت و سرعت باد در هر نقطه از جوّ تیتان، همانند هر جسم آسمانیِ دارای جوّ، با الگوی عمومی گردش جوّ ارتباط مستقیم دارد، دانشمندان توانستند نشان بدهند که جوّ این قمر در کمربندی همرفتی می‌گردد. این سامانهِ بسیار عظیم گازهای متحرک هوای گرم را از نیمکرهِ جنوبی این قمر به نیمکرهِ شمالی منتقل و جانشینِ هوای سرد نیمکرهِ شمالی می‌کند.
سال‌ها پیش که نخستین مدل‌های جوّ تیتان مطرح شد، بسیاری از کارشناسان معتقد بودند که جوّ این قمر شبیه به جوّ زمین رفتار می‌کند. ژان‌پیر لبرتون، کارشناس اروپایی کاوشگر هویگنس، اعتراف می‌کند که بسیاری از مدل‌های رایانه‌ای نخستین در اصل بر پایهِ گردش جوّ زمین طراحی شده بود. با بررسی دقیق رفتار جوّ زمین و افزودن اطلاعاتی چون تغییرات دمای جوّ تیتان، که فضاپیمای ویجر سال‌ها پیش اندازه‌گیری کرده بود، جرم قمر، آهنگ دَوَران وضعی، انرژی دریافتی از خورشید، و نیروهای کِشَندی گرانشی سیارهِ زحل نخستین شبیه‌سازی‌های گردش جوّ تیتان به دست آمد.
اما امروز دانشمندان به وضعیت وزش باد در نقاط مختلف مسیر فرود هویگنس دست پیدا کرده‌اند و این نتایج با شبیه‌سازی‌های پیشین تفاوت فاحشی دارد. تتسویا توکانو، استاد هواشناسی مرکز ژئوفیزیک و هواشناسی دانشگاه کُلن آلمان که درحال مدل‌سازی گردش جوّ تیتان است، می‌گوید: <پیش‌از مأموریت هویگنس، اطلاعات ما دربارهِ گردش جوّ در ارتفاعاتِ بسیار پایین صفر بود.>
منبع :مجله نجوم
