Ny undersøgelse finder den blanding, der får Titans søer til at udspy nitrogenbobler

Ny forskning forklarer, hvordan bobler bryder ud i kolde kulbrintesøer på Saturns største måne Titan, potentielt skabe brus intenst nok til at danne geologiske træk på månen.

Titan er dækket af kulbrintesøer, der består af metan og ethan. Forskere har bemærket lyspunkter i disse søer, som dukkede op på nogle billeder fra NASAs Cassini-rumfartøj og på mystisk vis forsvandt i andre. De teoretiserede senere, at disse "magiske øer" kunne være udbrud af nitrogenbobler.

I den nye undersøgelse offentliggjort i AGUs tidsskrift Geofysiske forskningsbreve , forskere simulerede Titans søer i et trykkammer. De fandt den rigtige kombination af metan, ethan og nitrogen afgørende for dannelse af bobler.

Under forhold mest som dem på Titan, forskerne fandt ud af, at ethan skulle strømme ind i metanpuljer for at producere kraftige bobler. Det er muligt, at disse bobleudbrud er stærke nok til at forme floddeltaer i væskemasser på månen, ifølge den nye forskning.

At forklare, hvordan bobler dannes i Titans søer, giver nu videnskabsmænd mulighed for at begynde at undersøge grundlæggende spørgsmål om, hvordan væsker opfører sig på månen. Af alle legemer i vores solsystem, få er mere jordlignende end Titan, og det er et af de få steder, videnskabsmænd mener kan have betingelser, der er nødvendige for udenjordisk liv.

Resultaterne antyder også scenarier, som en udforskende ubåd kan stå over for i Titans søer, hvis rumfartøjet skulle afgive varme og potentielt udløse en eksplosion af bobler.

"Jo mere vi lærer om Titan, jo mere vi lærer, at vi ikke kan ignorere søerne, " sagde Kendra Farnsworth, en planetarisk videnskabsmand ved University of Arkansas i Fayetteville og hovedforfatter af det nye studie. "Og vi finder sjove ting som bobler. Måske en smule mere voldsomme, end vi havde forventet, men bestemt sjovt at se."

At lave bobler

Titan er den eneste måne i vores solsystem, der har en atmosfære. Dens luft består hovedsageligt af nitrogen - et grundstof, der også udgør hovedparten af ​​Jordens atmosfære - og kulbrinter, som danner en tyk, diset lag, der skjuler mange af funktionerne på tværs af overfladen.

Titans skyer leverer kulbrinteregn i form af metan og ethan. På jorden, metan er en gas, der bruges til opvarmning, madlavning og el, mens ethangas er en forløber for polyethylenplast.

Temperaturer på Titan, imidlertid, er kolde nok til, at disse forbindelser kan være væsker. der, kulbrinter kredser gennem atmosfæren ligesom vand gør på Jorden. Flydende metan- og ethansøer drysser Titans overflade - hvilket gør det til det eneste andet legeme i vores solsystem udover Jorden, der er vært for stabile væsker.

Tidligere arbejde viste, at nitrogengas fra Titans atmosfære let kunne opløses i kolde pools med høje koncentrationer af metan - som når kuldioxid opløses i sodavand. Ved opvarmning, væsken frigav nitrogengas i form af brusende bobler.

Men disse tidligere eksperimenter efterlignede ikke fuldt ud det naturlige miljø på Titan. De forklarede heller ikke, hvilke forhold der kunne få søerne til at skumme, selvom forskere havde mistanke om, at det sker under kraftig nedbør, eller når et vandløb løber ud i en sø.

"Titans søer har en meget interessant dynamik, " sagde Farnsworth. "De er ikke bare statiske væskelegemer."

Titan, men på jorden

For at bestemme, hvordan ethan, metan og nitrogen kan sprænge i bobler på Titan, Farnsworth og hendes kolleger udførte eksperimenter i en seks fod høj, trykkammer, der simulerer forhold på månen. Inde, de satte det atmosfæriske tryk til 1,5 bar – hvilket er 1,5 gange højere end Jordens ved havoverfladen – og temperaturerne varierede fra raske 83 grader Kelvin (-190 Celsius eller -310 Fahrenheit) til lune 94 grader Kelvin (-179 Celsius eller -290 Fahrenheit).

Forskerne tillod en væske at strømme ind i en prøveskål, der indeholdt en pool af den anden. Forskerne afkølede derefter indersiden af ​​kammeret, indtil det var enten over eller under 86 grader Kelvin (-187 Celsius eller -305 Fahrenheit) for at lade nitrogen opløses. I et sæt eksperimenter, etan flød ind i damme af metan. I en anden, metan flød til ethan. Holdet varmede derefter gradvist kammeret op og ventede på, at boblerne skulle bryde ud.

To scenarier resulterede i bobler. Ved temperaturer under 86 grader Kelvin, ethan lagdelt oven på nitrogenrig metan, uanset hvilken rækkefølge de blev hældt i petriskålen. Efterhånden som temperaturen blev varmere, metanen nedenunder begyndte at skumme, og da lagene blev opløst, bobler nåede overfladen.

Hvis kammeret var over 86 grader Kelvin, da forskerne tilføjede væskerne, metan, der strømmede ind i ethan, gav ikke noget skum. Kun ethan, der strømmede ind i metanpuljer, producerede bobler - og gjorde det kraftigt.

"Det mest overraskende var, hvor voldsomme eksplosionerne var, " sagde Farnsworth. Under et eksperiment, udbruddet af bobler var så stærkt, det påvirkede udstyret. "Lige pludselig, Jeg kigger over og boblerne bogstaveligt talt blæste op og ramte mit kamera, " huskede hun.

Sjovt brus

De nye resultater tyder på, at ændringer i både temperatur og sammensætning er afgørende for, at der kan dannes bobler i Titans søer.

Bobler bryder ud, når strømmende ethan blandes med metan overmættet med nitrogen - hvilket betyder, at metanen indeholder mere opløst nitrogen, end normale forhold tillader. Når metanen opvarmes, det kan indeholde mindre opløst nitrogen, som slipper ud som gas. Blandingen skal også have mellem 40 og 95 procent metan for at lave bobler, ifølge undersøgelsen.

Det er næsten som at lave rockslik. Når kogende vand er overmættet med sukker - eller indeholder mere sukker, end der normalt kan opløses - vil der dannes krystaller på et stykke sukkerbelagt træ, når væsken afkøles.

Eksperimenter ved varmere temperaturer efterligner højst sandsynligt, hvad der sker på Titans overflade, fordi månens koldeste temperaturer falder ned til kun 89 grader Kelvin (-184 Celsius eller -299 Fahrenheit), sagde Farnsworth.

"[Det nye studie] er et godt stykke arbejde, der føjer til det, vi lærer om Titans søer og understreger, hvor vigtigt laboratoriearbejde er, " sagde Michael Malaska, en planetforsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Californien, som ikke var involveret i arbejdet. "Det er ligesom 'velkommen til det mærkelige' og er en anderledes måde at tænke på noget, der ikke er vand."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra AGU Blogs (http://blogs.agu.org), et fællesskab af jord- og rumvidenskabsblogs, vært af American Geophysical Union. Læs den originale historie her.