Toen de Huygens-sonde van de European Space Agency vorige maand de maan Titan van Saturnus bezocht, parachuteerde de sonde door vochtige wolken. Het fotografeerde riviergeulen en stranden en dingen die op eilanden lijken. Huygens daalde tenslotte door de kolkende mist neer in de modder.
Om een lang verhaal kort te maken: Titan is nat.
Christian Huygens zou niet verbaasd zijn geweest. In 1698, driehonderd jaar voordat de Huygens-sonde de aarde verliet, schreef de Nederlandse astronoom deze woorden:
"Aangezien het zeker is dat de aarde en Jupiter hun water en wolken hebben, is er geen reden waarom de andere planeten zonder hen zouden moeten zijn. Ik kan niet zeggen dat ze precies hetzelfde zijn met ons Water; maar dat ze vloeibaar moeten zijn wat hun gebruik vereist, aangezien hun schoonheid dat doet, zijn ze duidelijk. Dit Water van ons, in Jupiter of Saturnus, zou onmiddellijk bevroren worden vanwege de grote afstand van de Zon. Elke planeet moet daarom zijn eigen wateren hebben met een dergelijk temperament dat niet onderhevig is aan vorst. '
Huygens ontdekte Titan in 1655 en daarom is de sonde naar hem vernoemd. In die tijd was Titan slechts een speldenprik van licht in een telescoop. Huygens kon de wolken van Titan, zwanger van regen, of de heuvels van Titan, gebeeldhouwd door stromende vloeistoffen, niet zien, maar hij had een mooie fantasie.
Het 'water' van Titan is vloeibaar methaan, CH4, beter bekend op aarde als aardgas. Normaal aardewater, H2O, zou vast worden ingevroren op Titan, waar de oppervlaktetemperatuur 290o F onder nul is. Methaan daarentegen is een stromende vloeistof met een 'temperatuur die niet onderhevig is aan vorst'.
Jonathan Lunine, professor aan de Universiteit van Arizona, is lid van het Huygens mission science team. Hij en zijn collega's geloven dat Huygens in het Titan-equivalent van Arizona is geland, een overwegend droog gebied met korte maar intense natte seizoenen.
'De riviergeulen bij de Huygens-sonde zien er nu leeg uit', zegt Lunine, maar er zijn recentelijk vloeistoffen geweest, meent hij. Kleine rotsen rond de landingsplaats zijn overtuigend: ze zijn glad en rond als rivierrotsen op aarde en 'ze zitten in kleine depressies die blijkbaar zijn gegraven door stromende vloeistoffen.'
De bron van al deze nattigheid kan regen zijn. De atmosfeer van Titan is 'vochtig', wat betekent dat het rijk is aan methaan. Niemand weet hoe vaak het regent, 'maar als het dan gebeurt', zegt Lunine, 'is de hoeveelheid damp in de atmosfeer vele malen groter dan in de atmosfeer van de aarde, dus je zou zeer intense buien kunnen krijgen.'
En misschien ook regenbogen. 'De ingrediënten die je nodig hebt voor een regenboog zijn zonlicht en regendruppels. Titan heeft het allebei ”, zegt Les Cowley, expert in atmosferische optica.
Op aarde vormen regenbogen wanneer zonlicht in en uit transparante waterdruppels stuitert. Elke druppel werkt als een prisma en verspreidt licht in het bekende spectrum van kleuren. Op Titan zouden zich regenbogen vormen wanneer zonlicht in en uit methaan druppeltjes stuitert, die, net als waterdruppeltjes, transparant zijn.
"Hun schoonheid [vereist] dat ze duidelijk zijn ..."
"Een methaanregenboog zou groter zijn dan een waterregenboog", merkt Cowley op, "met een primaire straal van minstens 49o voor methaan versus 42,5o voor water. Dit komt omdat de brekingsindex van vloeibaar methaan (1,29) verschilt van die van water (1,33). ” De volgorde van kleuren zou echter hetzelfde zijn: blauw aan de binnenkant en rood aan de buitenkant, met een algemene hint van oranje veroorzaakt door de oranje lucht van Titan.
Een probleem: regenbogen hebben direct zonlicht nodig, maar de hemel van Titan is erg wazig. 'Zichtbare regenbogen op Titan zijn misschien zeldzaam', zegt Cowley. Aan de andere kant kunnen infrarode regenbogen veel voorkomen.
Atmosferische wetenschapper Bob West van het Jet Propulsion Laboratory van NASA legt uit: "De atmosfeer van Titan is meestal helder bij infraroodgolflengten. Daarom gebruikt het Cassini-ruimtevaartuig een infraroodcamera om Titan te fotograferen. " Infrarood zonnestralen zouden weinig moeite hebben om door de duistere lucht te dringen en regenbogen te maken. De beste manier om ze te zien: infrarood "nachtkijkers".
Door al dit gepraat over regen en regenbogen en modder klinkt vloeibaar methaan veel op gewoon water. Het is niet. Stel je de volgende situatie voor:
De dichtheid van vloeibaar methaan is slechts ongeveer de helft van de dichtheid van water. Dit is bijvoorbeeld iets waar een botenbouwer op Titan rekening mee moet houden. Boten drijven als ze minder dicht zijn dan de vloeistof eronder. Een Titan-boot zou extra licht van gewicht moeten zijn om in een vloeibare methaanzee te kunnen drijven. (Het is niet zo gek als het klinkt. Toekomstige ontdekkingsreizigers zullen Titan willen bezoeken en boten kunnen een goede manier zijn om zich te verplaatsen.)
Vloeibaar methaan heeft ook een lage viscositeit (of "kleverigheid") en een lage oppervlaktespanning. Zie onderstaande tabel. Oppervlaktespanning geeft water zijn rubberachtige huid en laat op aarde waterwantsen over vijvers scharrelen. Een waterbug op Titan zou onmiddellijk in een vijver met dun methaan zinken. Aan de positieve kant, door de lage zwaartekracht van Titan, slechts een zevende aardse zwaartekracht, kan het wezen weer naar buiten klimmen.
Terug naar boten: Propellers die methaan indraaien, moeten extra breed zijn om genoeg van de dunne vloeistof te "grijpen" voor voortstuwing. Ze moeten ook zijn gemaakt van speciale materialen die bestand zijn tegen scheuren bij cryogene temperaturen.
En kijk uit voor die golven! Europese wetenschappers John Zarnecki en Nadeem Ghafoor hebben berekend hoe methaangolven op Titan eruit zouden kunnen zien: zeven keer groter dan typische aardgolven (voornamelijk vanwege de lage zwaartekracht van Titan) en driemaal langzamer, 'waardoor surfers een wilde rit krijgen', zegt Ghafoor.
Last but not least, vloeibaar methaan is brandbaar. Titan vat geen vuur omdat de atmosfeer zo weinig zuurstof bevat - een belangrijk ingrediënt voor verbranding. Als ontdekkingsreizigers op een dag Titan bezoeken, zullen ze voorzichtig moeten zijn met hun zuurstoftanks en de drang moeten weerstaan om branden te blussen met 'water'.
Infrarood regenbogen, torenhoge golven, zeeën die naar zeilers lonken. Huygens zag geen van deze dingen voordat het in de modder viel. Bestaan ze echt?
"... er is geen reden waarom de andere planeten zonder hen zouden zijn."
Oorspronkelijke bron: [e-mail beveiligd]
