O radar da Cassini viu características brilhantes aparecerem no oceano escuro do norte de Titã, desaparecerem em passagens subsequentes e retornarem a uma forma modificada em uma região. Foram apelidadas de “ilhas mágicas”, mas as observações nunca estabeleceram que se tratavam de ilhas ou mesmo de objetos sólidos.
Uma explicação plausível vem de experimentos com metano, etano e nitrogênio resfriados em condições semelhantes às de Titã. Experimentos mostram que o nitrogênio pode se dissolver facilmente em metano líquido frio e, em seguida, borbulhar violentamente quando o líquido é aquecido, pressurizado ou misturado com líquidos ricos em metano e ricos em etano.
Um campo destas bolhas pode dispersar o radar da Cassini com força suficiente para criar uma mancha brilhante contra um oceano normalmente liso e escuro ao radar. Continua sendo uma hipótese. Ondas, material suspenso e jangadas orgânicas porosas também podem fazer parte das evidências.
“Ilhas” eram ecos de radar brilhantes
A névoa laranja de Titã impede que uma câmera normal veja claramente grande parte de sua superfície. Em vez disso, a Cassini mapeou grande parte da Lua com um radar de abertura sintética, enviando sinais de micro-ondas através da atmosfera e medindo ecos do solo e de líquidos.
Um mar calmo de hidrocarbonetos reflete pouca energia do radar e, consequentemente, aparece escuro na imagem. Uma superfície áspera, objetos flutuantes ou dispersores suspensos podem refletir mais energia de volta para a espaçonave e parecer mais brilhantes. Eram mapas de resposta de radar, não imagens que mostravam um pedaço de terra seca cercado por água.
Lygia Mare foi o primeiro transiente bem estudado a aparecer durante o sobrevoo da Cassini T92 em julho de 2013. Observações anteriores de alta resolução não mostraram características comparáveis ali. A mancha estava ausente nas cenas posteriores em 2013, visível novamente em agosto de 2014 com tamanho e forma alterados, e desapareceu em janeiro de 2015.
Uma segunda característica brilhante apareceu em outros lugares de Lygia Mare nos dados de agosto de 2014, e também mudou para janeiro. Atividade comparativamente transitória foi relatada na maior égua kraken marinha de Titã.
UM 2016 Ícaro Análise de observação repetidaJason Hofgartner e colegas concluíram que os artefactos de imagem e a geologia permanente não podem explicar as mudanças. O próprio mar estava ativo. Suas principais categorias eram ondas, bolhas ascendentes e sólidos flutuantes ou suspensos.
O nitrogênio pode se esconder dentro do metano líquido
Os oceanos de Titã são compostos principalmente de metano e etano, nitrogênio dissolvido da atmosfera. Em temperaturas de superfície próximas de 180 graus Celsius negativos, todas as três substâncias podem existir em misturas líquidas.
A quantidade de nitrogênio que permanece dissolvido depende da temperatura, pressão e composição. Líquidos frios e ricos em metano podem reter mais do que líquidos mais quentes ou misturas ricas em etano. Mude essas condições e parte do nitrogênio deverá retornar à sua forma gasosa.
O processo é denominado exsolução. Isto é muito semelhante ao dióxido de carbono liberado de um refrigerante após a abertura da garrafa, embora a temperatura, a pressão e a química do Titã sejam diferentes.
Vários eventos podem desencadear isso. O aquecimento sazonal reduz o conteúdo de nitrogênio nos oceanos. A chuva de metano ou o escoamento de rios em reservatórios ricos em etano alteram a composição da mistura. Abaixo do etano pode rejeitar o nitrogênio congelado que não cabe na estrutura cristalina sólida. À medida que o líquido se move para cima, a queda da pressão também pode estimular a separação do gás.
Conseqüentemente, um oceano de metano pode se tornar opaco sem biologia ou uma abertura vulcânica abaixo dele.
Misturas de laboratório exibem borbulhamento vigoroso
Michael Malaska e colegas do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA mediram a solubilidade do nitrogênio em misturas de metano-etano sob condições relevantes para Titã. Seus resultados são publicados Ícaro Em 2017.
Relato dos experimentos do JPL relataram que líquidos ricos em metano absorvem mais nitrogênio em temperaturas mais baixas e pressões mais altas. Aquecer, despressurizar ou misturar líquidos com diferentes composições liberam quantidades significativas de gás.
Os resultados da mistura são importantes porque o ciclo hidrológico baseado em metano de Titã inclui chuva, rios, lagos e oceanos. A entrada de água doce rica em metano em oceanos ricos em etano pode reduzir a capacidade da nova mistura de reter nitrogênio. O gás então sairá da solução, mesmo que nenhum líquido já tenha borbulhado.
Trabalho de laboratório publicado Cartas de Pesquisa Geofísica Em 2019, uma mistura de metano, etano e nitrogênio reproduz a rápida formação de bolhas. Os pesquisadores relataram episódios vigorosos sob certas condições experimentaismostra que a exsolução não precisa ser uma liberação lenta de bolhas isoladas.
Experimentos mostram que a efervescência em massa é fisicamente possível em Titã.
Eles não estabelecem que Cassini tenha visto isso.
Por que um campo de bolhas pode se assemelhar a um solo sólido?
O radar da Cassini opera num comprimento de onda de cerca de 2,17 cm. Objetos e estruturas superficiais em escalas comparáveis podem dispersar o sinal. Uma densa pluma de bolhas de nitrogênio em escala centimétrica subindo através de um mar de hidrocarbonetos pode, portanto, aumentar os retornos do radar em uma área ampla.
A modelagem de Daniel Cordier e Gérard Léger-Belaire examinou se a exsolução de nitrogênio nos leitos de éguas Lygia poderia fornecer tal pluma. Seu 2017 Astronomia da Natureza papel Uma coluna líquida profunda foi considerada favorável à formação de bolhas. A modelagem subsequente considera o tamanho e a densidade da bolha necessários para reproduzir o brilho observado.
Nenhum desses mecanismos requer objetos permanentes. Uma pluma pode começar quando o líquido local excede o limite de exsolação, continuar à medida que o gás sobe e depois desaparecer quando a mistura se estabilizar. O aquecimento posterior ou a nova mistura podem reiniciar bolhas próximas à mesma área, seguindo uma ampla sequência de aparecimento, desaparecimento e retorno.
O termo “ilha” é visualmente útil, mas fisicamente confuso. A Cassini pode detectar rugosidade variável dentro do fluido, em vez da estrutura flutuando acima.
Jangadas orgânicas onduladas e porosas continuam possíveis
A equipa do radar Cassini não selecionou as bolhas como a única resposta no seu artigo de 2016. Hofgartner e colegas consideraram sólidos flutuantes ou suspensos, bolhas e ondas como as melhores combinações, depois julgaram as ondas como a categoria mais provável com base em parte na frequência com que ondas transitórias ocorrem em fluidos terrestres. O oceano norte de Titã está a entrar numa estação mais quente e mais activa à medida que as observações são feitas.
Em 2024, os sólidos flutuantes ganham um processo mais detalhado. A atmosfera de Titã produz continuamente compostos orgânicos que se depositam na superfície. UM Cartas de Pesquisa Geofísica O jornal, liderado por Jinting Yu, perguntou se os depósitos deste material congelado poderiam flutuar em metano e etano.
A maioria dos sólidos orgânicos compactos será muito densa. Cálculos mostraram que fragmentos em escala milimétrica ou maiores com vazios internos suficientes podem flutuar temporariamente. Pedaços porosos podem se comportar como icebergs em forma de favo de mel, permanecendo na superfície até que o líquido entre em seus poros e os afunde.
Esse modelo pode criar uma mancha temporária com brilho de radar sem terreno permanente. Isto depende do tamanho do grão, da porosidade e do comportamento de humedecimento, que a Cassini não conseguiu medir diretamente. Diferentes fenômenos de ilhas mágicas podem não exigir o mesmo motivo.
Cassini provou que os oceanos estão mudando, por que não
Os resultados seguros são observacionais. Originais 2014 Natureza e Geografia Relatório E identificações subsequentes mostram que as estruturas brilhantes de Lygia Mare não podem ser consideradas linhas costeiras fixas ou falhas de processamento únicas. Os oceanos de Titã são dinâmicos.
Os registros de radar não podem reconstruir todos os eventos. A Cassini observou um determinado local durante sobrevôos separados, em vez de continuamente, e vários processos físicos podem produzir um retorno brilhante de micro-ondas. A missão fez seu sobrevôo final em Titã em abril de 2017 e terminou em Saturno naquele mês de setembro.
A extração de nitrogênio permanece persuasiva porque está ligada ao comportamento criogênico medido. O mesmo líquido pode absorver nitrogênio silenciosamente quando resfriado e liberá-lo quando aquecido, comprimido ou diluído. Os experimentos forneceram um mecanismo que faltava nas imagens de radar originais.
Nenhuma missão aprovada foi projetada para flutuar Titã nos oceanos polares. O helicóptero Dragonfly da NASA explorará o terreno equatorial em vez de Ligeia Mare quando chegar na década de 2030. A resolução das próprias ilhas provavelmente exigirá outro observatório de radar ou uma futura sonda capaz de medir diretamente um dos oceanos.
