Lab experiment laat zien hoe je stikstofbubbels krijgt in Titan’s meren

Saturnus-maan Titan is altijd gehuld in een soort smog. Je kunt er, in zichtbaar licht althans, van buiten niets zien van het oppervlak. Het was daarom dat de Cassini missie in 1997 naar Saturnus gelanceerd werd met radar. Radar brengt de methaan-meren van Titan keurig in beeld. Alleen gebeurt er iets geks. Soms zijn er eilanden in die meren te zien, die later verdwenen weer zijn. Wat is daar aan de hand?

Het vermoeden bestond al langer dat dit veroorzaakt wordt door opborrelend stikstof, dat opgelost zit in het vloeibare methaan en ethaan. Een bruisend meer ziet er op radar namelijk hetzelfde uit als land. Nieuwe experimenten in het lab bij dezelfde temperaturen als op Titan (-170 graden en lager) laten zien dat je om stikstof op te laten lossen een mengesel van methaan en ethaan nodig hebt.

In hetzelfde lab testten wetenschappers twee methoden om stikstofbubbels te veroorzaken. Een is door meer ethaan toe te voegen. Een ander is door temperatuursinvloeden. De ontstane stikstofbubbels komen dan met explosieve kracht uit het methaan-ethaan mengsel. In een experiment raakten de bubbels zelfs de camera, wat niet de bedoeling was.

Er bestaat het idee om de meren van Titan te gaan onderzoeken met een onderzeeër. Maar als deze warmer is dan het meer, kan dit de vaart enorm belemmeren doordat het explosies van stikstofbubbels veroorzaakt. Gelukkig heeft NASA voorlopig een ander plan om Titan te onderzoeken, namelijk een dubbele quadcopter genaamd Dragonfly. Deze komt na zijn landing in 2034 voor lange tijd zelfs niet in de buurt van de meren.

Bron: https://phys.org/news/2019-12-titan-lakes-spew-nitrogen.html

Afbeelding: NASA/JPL-Caltech

Saturnus is weer de manen-koning

Banen van de nieuwe Saturnus-manen

Saturnus en Jupiter hebben in het verleden meerdere keren stuivertje gewisseld als zijnde de planeet met de meeste manen. Onlangs werden 20 nieuwe manen bij Saturnus gevonden. Dat brengt de telling op 82 stuks. Jupiter heeft er 79. De nieuwe manen van Saturnus werden ontdekt door dezelfde astronoom die hiervoor Jupiter “aan de leiding” bracht, namelijk Scott S. Sheppard. De manen werden ontdekt met de Subaru telescoop op Mauna Kea in Hawaii.

Slechts drie van de 20 ontdekte manen draaien in dezelfde richting als de rotatie van Saturnus en veruit de meeste manen. We noemen dat prograde banen. 17 manen draaien “tegen het verkeer in”, ofwel in een retrograde baan. Er waren al eerder Saturnus-manen in zo’n baan ontdekt. Het lijkt erop dat ze fragmenten zijn van een groter object.

De nieuwe manen zijn vrij klein: enkele kilometers groot. En ze draaien op grote afstand tot Saturnus. De verste maan draait op een gemiddelde afstand van 26,7 miljoen kilometer (bijna de helf van de afstand van Mercurius tot de zon!) en doet er bijna vier en half jaar over om een keer rond te gaan.

 

Het publiek is uitgenodigd om de nieuwe manen een naam te geven. De nieuwe manen behoren tot bestaande groepen van Saturnus-manen. Twee van de nieuwe prograde manen vallen in een groep met namen uit de Inuit mythologie. De zeventien retrograde manen horen in een groep met namen uit de Noorse mythologie. En de laatste maan valt onder de Gallische groep, dus de Keltische mythologie. Dus bij de naamgeving moet je je daar aan houden. Geen Moony McMoonFace dit keer dus. Mocht je – in tegenstelling tot deze auteur – WEL iets over mythologie weten: je kunt je suggesties sturen op Twitter naar @SaturnLunacy onder vermelding van hashtag #NameSaturnsMoons en eventueel voorzien van kunstwerken of memes.

 

Bronnen:

https://carnegiescience.edu/news/saturn-surpasses-jupiter-after-discovery-20-new-moons-and-you-can-help-name-them

https://carnegiescience.edu/NameSaturnsMoons

Credits coverafbeelding: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute met een sterrenachtergrond van Paolo Sartorio/Shutterstock.

Bouwstenen voor aminozuren gevonden in pluimen Enceladus

De geisers van Enceladus bevatten bouwstenen voor aminozuren (die op hun beurt de bouwstenen voor eiwitten zijn). Dat blijkt uit gegevens die verzameld zijn door de Cassini missie, toen die door de pluimen van de Saturnus-maan vloog. Het is een voortgezet onderzoek op de gegevens over de opgevangen deeltjes, waarin vorig jaar organisch materiaal werd gevonden. De nu ontdekte deeltjes, amines, zijn gasvormig. Ze zijn gecondenseerd op de ijsdeeltjes die Enceladus uitspuwde.

PIA23173_midres.jpg
Hoe de amines in de pluimen van Enceladus geraakt zouden kunnen zijn. Afbeelding: NASA/JPL-Caltech

De vondst werd gedaan met de massa spectrometer van Cassini’s Cosmic Dust Analyzer. Een massa spectrometer kan molekulen in delen (ionen) splitsen en het de massa van de afzonderlijke delen meten. Omdat atomen in die ionen bij elkaar opgeteld bepaalde massa’s hebben, kun je zo de samenstelling van het totale molekuul achterhalen. Het Cosmic Dust Analyzer kon ook de lading, snelheid, richting en grootte van de deeltjes achterhalen.

Hiermee is opnieuw aangetoond dat er interessante dingen gebeuren in de oceanen van Enceladus en dat die een nader onderzoek waard zijn. Een zo’n mogelijke missie van NASA, is de Enceladus Life Finder. Deze ruimtesonde moet door de pluimen van Enceladus vliegen en de opgevangen monsters onderzoeken in een lab aan boord dat speciaal ontwikkeld is om op zoek te gaan naar sporen van leven. De missie is nog niet geselecteerd.

Bronnen:

https://solarsystem.nasa.gov/missions/cassini/mission/spacecraft/cassini-orbiter/cosmic-dust-analyzer/

https://academic.oup.com/mnras/article/489/4/5231/5573821/

Coverfoto: NASA/JPL-Caltech

Nog geen “case closed” over de leeftijd van Saturnus’ ringen

In januari dit jaar leek er eindelijk een antwoord op de vraag “hoe oud zijn de ringen van Saturnus?” te zijn. Het antwoord was: ze zijn (op astronomische tijdschaal) jong. Tientallen miljoenen jaren.

Dat baseerden astronomen op gegevens van de Cassini missie, die in 2017 tussen de planeet en de ringen vloog en onderweg onderzoek deed. Ze achterhaalden de massa van de ringen en onderzochten deeltjes die uit de ringen naar Saturnus vielen. De deeltjes bestonden voor 95% uit waterijs en 5% rots, organisch materiaal en metalen. Men kon nu berekenen hoe lang de vrij pure ringen van waterijs bestookt waren met stof en micrometeorieten om die 5% “verontreiniging” op te leveren. En zo kwam men op een leeftijd van enkele tientallen miljoenen jaren. Het is een indirecte meting, maar voor een directe meting zou je monsters van de ringen moeten meenemen. En die hebben we niet.

Maar in een nieuw wetenschappelijk artikel zeggen andere astronomen dat bij die berekening toch iets over het hoofd gezien is. Deze berekening werkt als de stroom van stof constant is en als de ringen al die vervuiling in zich opnemen. Dit nieuwe artikel zegt dat dit niet zo hoeft te zijn. Er zijn allerlei mogelijke processen waarbij rotsblokken in de ringen kunnen werken als een soort lopende band voor stofdeeltjes, waardoor ze niet binnen de normale tijd uit de ringen naar Saturnus “regenen”.

Het artikel vertelt ook dat als je computermodellen laat draaien op een vorming van de ringen 4 miljard jaar geleden, dat je steeds keurig uit komt op de massa en vorm van de huidige ringen. (Die 4 miljard jaar geleden was een tijd waarin halfgevormde planeten allerlei chaos in het zonnestelsel veroorzaakten. Dat zit er dus eigenlijk achter als extra motivatie.)

Met andere woorden: wat betreft de leeftijd van de ringen van Saturnus is het nog geen case closed. Cassini heeft een weelde aan gegevens opgeleverd over Saturnus’ ringen. Nu is de vraag hoe die geinterpreteerd moeten worden. Astronomen zullen binnenkort eens met de koppen bij elkaar moeten gaan om elkaar te overtuigen wat het antwoord is: zijn de ringen jong of oud? De discussie duurt al decennia. Maar nog even geduld dus voor het definitieve antwoord.

Wil je nog meer weten hierover? Astronomy Cast had onlangs een lange discussie hierover:

 

Bronnen:

https://www.europlanet-society.org/age-old-debate-on-saturns-rings-reignited/

https://www.swri.org/press-release/saturn-rings-creation-cassini

 

Hubble fotografeert Saturnus

De Hubble Space Telescope heeft Saturnus weer eens gefotografeerd. De ringen zijn nu goed te zien, omdat ze rond deze tijd onder de grootste hoek staan van 25 graden. De hoek waaronder de ringen gaat vanaf volgende maand weer kleiner worden tot ze in september 2025 slechts als een streep te zien zullen zijn.

Een aangepaste foto van Hubble waarin vier manen beter te zien zijn. (Foto: NASA, ESA, A. Simon (GSFC) en het OPAL Team)

Bron: https://www.spacetelescope.org/news/heic1917/

Credits coverfoto: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), and M.H. Wong (University of California, Berkeley)

Titan’s meren zijn mogelijk vroegere explosie kraters

Saturnus-maan Titan heeft, net als de Aarde meren. Maar op Titan, waar de temperatuur rond de -170 graden is, zijn deze meren gevuld met vloeibare methaan en ethaan. En er is nog iets waarin deze meren verschillen: sommige kleinere meren op Titan zijn omgeven door scherpe, hoge oeverranden. Soms honderden meters hoog. Nou ja, dat bestaat ook wel op Aarde, maar op Titan zijn ze op een heel andere manier gevormd.

Astronomen hebben inmiddels een vermoeden hoe dat zit. Ze zijn waarschijnlijk ontstaan als kraters van explosieve werking van stikstof. Titan is vroeger kouder geweest. Zo koud dat er vloeibare stikstof stroomde, dat in de bodem getrokken is.

Maar in de laatste 1 tot een half miljard jaar geleden werd Titan warmer omdat methaan in de atmosfeer kwam en dat werkte als een broeikasgas. Het stikstof verdampte daarbij op explosieve wijze uit de bodem. Later zijn die kraters gevuld met vloeibaar methaan en ethaan.

EECCNDsXkAAX-Q8.png
De astronoom James Keane Tuttle maakte een mooie schets van hoe de vorming van Titan’s meren in zijn werking ging. (Credit: James Keane Tuttle)

 

Bron:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/new-models-suggest-titan-lakes-are-explosion-craters

https://www.nature.com/articles/s41561-019-0429-0 (wetenschappelijke artikel, acher paywall)

Coverafbeelding: NASA/JPL-Caltech

NASA gaat drone naar Titan sturen in 2026

Vandaag heeft NASA aangekondigd wat de nieuwste missie in het New Frontiers programma gaat worden. Het New Frontiers programma omvat missies naar het zonnestelsel die qua budget in de middenklasse vallen. Eerdere New Frontiers missies waren New Horizons naar Pluto, Juno naar Jupiter en OSIRIS-REx naar de asteroïde Bennu.

De keuze ging tussen Comet Astrobiology Exploration SAmple Return (CAESAR), een missie om een monster van de komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko naar Aarde te brengen, en Dragonfly, een autonome drone die Saturnus-maan Titan moet gaan verkennen. En Dragonfly is de winnaar geworden.

(Afspelen vanaf 18:15)

 

Dragonfly is een drone met acht rotors en instrumenten aan boord om Titan’s intrigerende organische chemie te onderzoeken. Dragonfly moet in 2026 gelanceerd worden en komt dan in 2034 aan bij Titan. Door zijn dichte atmosfeer is Titan buitengewoon makkelijk om in te vliegen. Je hoeft je armen maar uit te strekken en te rennen en dan vlieg je al op deze ijskoude maan.

Dragonfly zal eerst landen in het duinenveld van Shangri-La. Het zal aanvankelijk wat korte vluchten maken om te testen dat hardware en software naar behoren werkt. Dan zal het 8 km verre vluchten gaan maken. Uiteindelijk zal Dragonfly op die manier meer dan 175 km kunnen overbruggen, meer dan twee keer zo veel als alle Mars-rovers bij elkaar hebben afgelegd.

1280px-Titan_globe.jpg
Saturnus-maan Titan. Het donkere gebied heet Shangri-La.

De keus voor Dragonfly was alles behalve zeker. In een Facebook poll twee jaar geleden waren de leden van onze werkgroep weliswaar zeer enthousiast. Maar NASA kijkt toch naar de best mogelijke wetenschappelijke opbrengst. De CAESAR missie, geleid door de ervaren Steve Squyres (van het Mars Exploration Rover programma), zou gaan naar dezelfde komeet die Rosetta bezocht, maar nu om er monsters van mee te nemen naar Aarde. Rosetta had al aangetoond dat het binnenste van die komeet bestaat uit het materiaal waaruit ons zonnestelsel is gevormd. Menig astronoom zou maar wat graag dit materiaal willen onderzoeken in een Aards laboratorium.

Bronnen:

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-selects-flying-mission-to-study-titan-for-origins-signs-of-life/

Rotatietijd van Saturnus eindelijk vastgesteld

Cassini heeft 13 jaar onderzoek gedaan aan Saturnus. Je zou denken dat we iets simpels als de rotatietijd van de planeet nu wel zouden weten. Maar bij een gasreus is dat toch iets ingewikkelder. Saturnus heeft lange tijd dat geheim weten te bewaren. Tot nu toe. Wetenschappers hebben golfpatronen in de ringen onderzocht en hebben de lengte van een etmaal op Saturnus kunnen vaststellen op 10 uur, 33 minuten en 38 seconden.

Die golfpatronen in de ringen worden door vibraties in Saturnus veroorzaakt, maar in grotere mate ook door zijn manen. Die vibraties zijn vergelijkbaar vibraties als gevolg van aardbevingen op Aarde. Bij Saturnus reageren de ringen als een seismograaf. Door de observaties in de C ringen te vergelijken met die van een computer model, waren wetenschappers in staat te vinden welke golfpatronen worden veroorzaakt door Saturnus zelf.

Eerder hoopten wetenschappers de rotatietijd te achterhalen door metingen aan het magnetisch veld. Als het magnetisch veld onder een andere hoek staat dan de rotatieas (zoals bij dat van de Aarde en Jupiter), was het mogelijk om op die manier de lengte van een etmaal vast te stellen. Maar verrassend genoeg waren die nagenoeg gelijk.

https://phys.org/news/2019-01-saturn-precise-planet-rotation.html

Belangrijke vondsten dankzij Cassini’s laatste banen rond Saturnus.

Eerder berichtten we al dat de ringen van Saturnus (geologisch gezien) nog niet zo oud zijn, zo’n 100 miljoen jaar. Dat was een belangrijke bevinding, want daar waren wetenschappers het niet over eens. Sommigen meenden dat de ringen ontstaan waren tijdens het ontstaan van het zonnestelsel. De ringen zouden dan overgebleven puin zijn. Maar anderen dachten dat de ringen veel jonger waren. Dat ze ontstaan waren uit een ingevangen Kuipergordel object of van een komeet.

Het blijkt dat Cassini’s gewaagde 22 banen tussen de planeet en de ringen niet voor niets is geweest. Radio telescopen op Aarde hebben Cassini met grote precisie kunnen volgen (tot een fractie van een millimeter per seconde!). Zo kon de zwaartekracht van Saturnus en de ringen bepaald worden en daarmee ook het gewicht van de ringen. Men komt uit op 40 procent van de massa van de maan Mimas, een 246 km grote maan. Die maan heeft een 2000 keer kleinere massa dan onze maan. Het gaat dus om relatief weinig. Het helpt wetenschappers om tot de conclusie te komen dat de ringen vrij nieuw zijn. Misschien zelfs slechts 10 miljoen jaar oud.

Maar dat was niet het enige. In de gegevens van Cassini’s positie zat afwijking ten opzichte van de modellen van de planeet en zijn ringen. Die konden ze niet verklaren. Tot ze zich bedachten dat de wolken in de atmosfeer van Saturnus niet zo licht en luchtig zijn als de Aardse wolken. Het bleek dat rond de evenaar wolken met grote massa “stromen” tot 9000 kilometer diep. De diepere laag van de atmosfeer doet er zelfs 4% langer over om om Saturnus’ as te draaien.

En ook dat was nog niet alles: men heeft ook kunnen achterhalen dat de kern van Saturnus bestaat uit een kern van 15 tot 18 keer de massa van de Aarde. Dit alles had men nooit kunnen achterhalen zonder die laatste banen van Cassini, zo dicht langs de planeet.

Bronnen:

https://phys.org/news/2019-01-saturn-hasnt.html

http://science.sciencemag.org/content/early/2019/01/16/science.aat2965

Saturnus raakt zijn ringen kwijt (uiteindelijk).

Oh nee! Saturnus raakt zijn ringen kwijt (over 100 miljoen jaar). Dankzij de stunt van Cassini vorig jaar om tussen de ringen en de planeet te vliegen weten we hoeveel deeltjes er naar de atmosfeer vallen. Elk half uur valt een zwembad aan ringdeeltjes naar beneden. Dat blijkt uit nader onderzoek van de Keck telescoop in Hawaii.

Het lijkt er op dat de ringen (geologisch gezien) ook nog niet zo lang bestaan: rond de 100 miljoen jaar. Het is dus min of meer toeval dat we ze nu kunnen zien. En misschien hebben Jupiter, Uranus en Neptunus vroeger ook wel dichtere ringen gehad.

Bron:
https://www.nasa.gov/press-release/goddard/2018/ring-rain