Het weer op Titan: gedeeltelijk bewolkt met af en toe een methaanbui
Met behulp van gegevens van de Webb-Space Telescope en de Keck II-telescoop vonden astronomen bewijs voor wolkenconvectie op het noordelijk halfrond van Titan. De meeste meren en zeeën van Titan bevinden zich op dat halfrond en worden waarschijnlijk aangevuld door een incidentele regen van methaan en ethaan. Webb heeft ook een belangrijk koolstofhoudend molecuul ontdekt dat inzicht geeft in de chemische processen in de complexe atmosfeer van Titan.
Titan is een intrigerende wereld gehuld in een gelige, smogachtige waas. Net als de Aarde bestaat de atmosfeer voornamelijk uit stikstof en is er weer, inclusief wolken en regen.
In tegenstelling tot de Aarde, waar het weer wordt bepaald door verdampend en condenserend water, heeft het ijskoude Titan een ethaancyclus.
Het verdampt van het oppervlak en stijgt op in de atmosfeer, waar het condenseert tot methaanwolken.
Af en toe valt het als een koude, olieachtige deken op een vast oppervlak waar waterijs zo hard als steen is.
Titan is de enige andere plek in het zonnestelsel met weer zoals de Aarde, in de zin dat er wolken en regen op een oppervlak leggen.
Titan werd in november 2022 en juli 2023 met behulp van de Webb en de Keck II-telescoop waargenomen.
Die waarnemingen lieten niet alleen wolken zien op de middelste en hoge noordelijke breedtegraden van Titan – het halfrond waar het momenteel zomer is – maar lieten ook zien dat die wolken in de loop van de tijd blijkbaar naar grotere hoogten opstegen.
Hoewel eerdere onderzoeken wolkenconvecties op zuidelijke breedtegraden hebben waargenomen is dit de eerste keer dat er bewijs voor dergelijke convectie in het noorden is gevonden.
Dit is belangrijk omdat de meeste meren en zeeën van Titan zich op het noordelijk halfrond bevinden en verdamping uit meren een belangrijke potentiële methaanbron is.
Op Aarde strekt de onderste laag van de atmosfeer, oftewel de troposfeer, zich uit tot een hoogte van ongeveer 12 kilometer. Op Titan, waar de lagere zwaartekracht de atmosferische lagen laat uitzetten, strekt de troposfeer zich echter uit tot op ongeveer 45 kilometer.
Webb en Keck gebruikten verschillende infraroodfilters om tot op verschillende diepten in de atmosfeer van Titan te meten, waardoor astronomen de hoogte van de wolken konden schatten.
De onderzoekers observeerden wolken die zich in de loop van enkele dagen naar grotere hoogten leken te verplaatsen, hoewel ze geen directe neerslag konden waarnemen.
Webbs waarnemingen warden gedaan aa het einde van de noordelijke zomer op Titan, een seizoen dat men niet kon waarnemen tijdens de Cassini-Huygens-missie.
Samen met waarnemingen vanaf de grond geeft Webb astronomen waardevolle nieuwe inzichten in de atmosfeer van Titan, die in de toekomst hopelijk veel nauwkeuriger kan worden onderzocht met een mogelijke missie van de ESA naar het Saturnus-systeem.
Titan is en object van grote astrobiologische interesse vanwege zijn complexe organische chemie, ondanks de ijskoude temperatuur van -180 °C.
Organische molecule vormen de basis van al het leven op Aarde en het bestuderen ervan op een maan als Titan kan wetenschappers helpen de processen te begrijpen die hebben geleid tot het ontstaan van leven op Aarde.
Het basisingrediënt dat een groot deel van de chemie op Titan aandrijft, is methaan.
Methaan in de atmosfeer van Titan wordt door zonlicht of energetische elektronen uit de magnetosfeer van Saturnus gesplitst en recombineert vervolgens met andere moleculen om stoffen zoals ethaan te vormen, samen met complexere koolstofhoudende moleculen.
De Webb-gegevens leverden een belangrijk ontbrekend stukje op voor het begrip van de chemische processen: een definitieve detectie van het methylradicaal (CH3), dat ontstaan wanneer methaan wordt afgebroken.
Door deze stof te detecteren kunnen wetenschappers voor het eerst de chemie op Titan in actie zien, in plaats van alleen de beginingrediënten en de eindproducten.
Deze koolwaterstofchemie heeft langetermijnimplicaties voor de toekomst van Titan.
Wanneer methaan in de bovenste atmosfeer wordt afgebroken recombineert deen del ervan zich tot andere moleculen die uiteindelijk in de een of andere chemische vorm op het oppervlak van Titan terechtkomen, terwijl een deel van de waterstof uit de atmosfeer ontsnapt.
Als gevolg hiervan zal methaan na verloop van tijd uitgeput raken, tenzij er een bron is om het aan te vullen.
Een soortgelijk proces vond plaats op Mars, waar watermoleculen werden afgebroken en de resulterende waterstof in de ruimte verdween. Het resultaat was de droge, woestijnachtige planeet die we nu zien.
Op Titan is methaan een consumptieartikel. He tis mogelijk dat het constant wordt aangevuld en gedurende miljarden jaren uit de korst en het binnenste van de maan ontsnapt.
Zo niet, dan zal het uiteindelijk allemaal verdwenen zijn en zal Titan een grotendeels damploze wereld van stof en duinen worden.
De resultaten van het onderzoek zijn in Nature Astronomy gepubliceerd.
Artikel: C.A. Nixon et al. The atmosphere of Titan in late northern summer from JWST and Keck observations. Nat Astron, published online May 14, 2025; doi: 10.1038/s41550-025-02537-3
Eerste publicatie: 14 mei 2025
Bron: sci-news, nasa & anderen
