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

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/

Luistertip: een interview met Elizabeth Turtle van Dragonfly en Europa Clipper

Dit jaar moet de knoop doorgehakt worden door NASA waar de volgende New Frontiers missie naartoe gaat. Wordt het CAESAR, een monstername missie naar komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko, of wordt het Dragonfly, een dubbel-quadcopter naar Saturnus-maan Titan. In een poll op onze Facebook groep meer dan een jaar geleden was Dragonfly met afstand de favoriet.

Elizabeth “Zibi” Turtle van het Dragonfly project werd in een recente podcast aflevering van Planetary Radio geïnterviewd door presentator Mat Kaplan. Zo komen te weten dat Dragonfly voor een drone best groot is. Meer dan een meter hoog (maar de atmosfeer van Titan is dik genoeg om hem te laten vliegen). En we leren in wat voor gebied Dragonfly moet gaan landen (duinen van organisch materiaal) en waarom.

In het begin zal Dragonfly nog niet in de buurt van de methaanmeren van Titan komen. Die zijn op moment van aankomst in het noorden en daar schijnt de zon niet. Geen zon, dan ook geen signalen van Aarde (die vanaf Saturnus gezien vlakbij aan de hemel staat).

En Elizabeth Turtle werkt ook aan een camera op de Europa Clipper missie die naar de gelijknamige Jupiter-maan moet gaan. Je kunt de uitzending hier beluisteren:

http://www.planetary.org/multimedia/planetary-radio/show/2019/0116-2019-elizabeth-turtle-dragonfly-clipper.html

 

Hier is ook nog een presentatie van Elizabeth Turtle: