2008.03.21. - Évszakos ingadozások a Titán tengelyforgási periódusában

A Cassini szonda radarmérései szerint a Szaturnusz óriásholdjának, a Titánnak tengelyforgási periódusában szezonális ingadozások mutathatók ki, ugyanakkor valószínűsíthető egy hosszabb időskálájú változás is.

A Szaturnusz rendszerét vizsgáló Cassini szonda 2004 októberétől készült radarfelvételei segítségével lehetőség nyílt a bolygó Titán nevű óriásholdja sűrű felhőréteg által takart felszínének felmérésére. A képek geológiailag meglehetősen sokoldalú terepet tártak a kutatók elé. Az első találkozást követő további megközelítések során készült felvételekkel azonban valami nem volt rendben. A hold jellegzetes felszíni alakzatai nem ott voltak, ahol lenniük kellett volna! Néhány esetben az eltérés az előre jelzett helytől elérte a 30 km-t is.

A Cassini űrszonda baloldali felvétele az első megközelítés után egy nappal, 2004. július 3-án készült a Szaturnusz Titán nevű holdjáról az infravörös tartományban. A jobboldali, 2007. december 20-án készült radarkép a hold déli pólusának környékét mutatja.
[NASA/JPL/Space Science Institute, NASA/JPL]

A Szaturnusznak a holdjaira gyakorolt óriási gravitációs hatása miatt a kutatók úgy gondolták, hogy a Titán forgástengelye pontosan merőleges a pályasíkjára, keringése pedig kötött, azaz ugyanannyi idő alatt tesz meg egy fordulatot a bolygó körül, mint amennyi a tengelyforgási ideje, 15,945 földi nap. A radarmérések azonban mást mutattak. A Titán forgástengelyének helyzete mintegy 0,3 fokkal eltér a merőleges helyzettől, s forgási tempója körülbelül 0,004%-kal gyorsabb a vártnál. Ráadásul úgy tűnik, hogy az eltérés növekszik, azaz a hold forgása gyorsul.

Az egyik lehetséges magyarázat, hogy a Titán földinél jóval sűrűbb atmoszférájában uralkodó szelek gyorsítják fel a hold forgását. Normál körülmények között ez a hatás természetesen nagyon kicsiny, a Föld esetében legfeljebb 1 milliszekundummal változtatná meg a napunk hosszát. A Titán esetében azonban a viszonylag kis méret és a sűrű légkör együttes hatására már számottevő, jól érzékelhető változás következhet be.

Fantáziarajz a Titán belső szerkezetéről. Az elképzelések szerint a felszín alatt 100 km-rel folyékony víz és ammónia keverékéből álló óceán létezhet.
[NASA/JPL]

A hold felépítésével kapcsolatban azonban létezik olyan elmélet, ami szerint a Titán nem merev test, hanem a vízjég felszíntől a körülbelül a Merkúr méretével megegyező kőzetmagot egy ammóniával "szennyezett" vízóceán választja el. Az óceán tehát megszűnteti a szoros kapcsolatot a felszín és a belső részek között, így a külső réteg forgási üteme bizonyos fokig függetlenedhet az egész égitest forgásától, s a már említett légköri mozgások nagyobb hatással is lehetnek rá, ahogyan erre Ralph Lorenz (Johns Hopkins University) és munkatársai a Science Magazine 2008. március 21-i számában megjelent cikkükben rámutatnak.

Jelenleg a Titán északi féltekéjén télutó van. A hold légköri mozgásaira vonatkozó cirkulációs modellek pedig azt jósolják, hogy ebben a fázisban a felszínközeli szelek hatása éppen gyorsítja a forgást. Néhány éven belül azonban, mikor az északi féltekén beköszönt a nyár, a tengelyforgás újra lassulni kezd. A Cassini pedig képes lesz rá, hogy 2011 körül ezt a fordított effektust is észlelje.

A Titán felszíne és a belső részei közötti, egyelőre hipotetikus óceán és a felszínközeli zonális szelek együttes hatása az elképzelések szerint okozhatja a tengelyforgásban megfigyelhető évszakos anomáliákat.
[Ch. Sotin, G. Tobie, Science Magazine]

A jelenlegi anomália a forgási periódusban azonban kicsit kisebb, mint az előrejelzett. A meridián 0,36°/év sebességgel mozdul el a 0,6°/év ráta helyett. Ez pedig azt jelenti, hogy a modell paraméterein még finomítani kell. Elképzelehető, hogy a kőzetmag és a felszín között valamilyen gravitációs csatolást is figyelembe kell venni, ami hatással lehet a változás gyorsaságára. Az is lehet, hogy a felszíni réteg vastagabb a most elfogadott 70 km-nél. Kétszeres vastagság már magyarázhatná az előbb említett eltérést. Vannak is arra utaló jelek, hogy a feltételezett óceán feletti jégréteg valójában vastagabb: a 440 km átmérőjű Menrva nevű alakzat, ami egy korábbi becsapódás során jött létre, nem nyúlik a kéreg alá. Ez pedig csak úgy lehet, ha a kéreg vastagsága legalább harmada a Menrva átmérőjének.

A Titán tengelyforgásában valószínűleg van egy sokkal hosszabb időskálán zajló változás is, ugyanis a forgási periódus a szinkronforgáshoz képest is eltolódik, száz évenként 0,05°/nap értékkel. Ennek egy lehetséges magyarázata a Titán kilométer magas hegyláncai mentén fellépő nyomáskülönbségek miatti forgatónyomatékban kereshető. Egy másik, további tanulmányozást igénylő lehetőség, hogy a jégkéreg és az óceán közötti súrlódás miatt az óceán is egyfajta nyomatéktárolóként funkcionál, fokozva ezzel a kéreg hasonló hatását.

Forrás:

• Sky and Telescope
• Science Magazine