A metán forrása a Titanon

Egy új modell szerint a Titan légkörében lévő metán három nagy ciklusban jutott ki a hold belsejéből. Ma a legutolsó időszak lecsengését láthatjuk, amikor még szivárog ugyan a metán a légkörbe, de annyi már nincs belőle, hogy hatalmas tavakat, tengereket töltsön meg - ez megmagyarázza az egyes észlelések között mutatkozó látszólagos ellentmondást.

Forrás: NASA/JPL/SSIRitka felvétel, amely 2006. február 5-én mutatja a Titant (a háttérben), előtte pedig a nála kisebb Enceladus holdat

A Szaturnusz legintenzívebben tanulmányozott holdja a Titan, amely nagyobb a Merkúr bolygónál. Sűrű nitrogénlégkörében néhány százaléknyi metán is előfordul, amely a Nap ultraibolya sugárzásától lebomlik, és aktív töredékeiből összetett, hosszúláncú szénhidrogén-molekulák születnek. Elméletileg ehhez hasonló folyamat a Földön is lejátszódhatott kezdetekben, és az így keletkezett anyagok közreműködtek az "ősleves"  kialakításában, amelyben aztán az élet megszületett.

Nagy kérdés azonban, hogy a Titanon hogyan kerül a légkörbe a metán. A két legelterjedtebb feltételezés szerint vagy felszíni metán-etán tavakból párolog ki, vagy vulkánok pöfékelik azt a légkörbe. Ugyanakkor az is felmerült, hogy részben akár biogén eredetű is lehet. A metán hasonló szerepet tölt be a Titan légkörében, mint a víz a Föld atmoszférájában: globális körforgást végez, felhők formájában kicsapódik, esőként lehullik, majd feltehetőleg részben visszapárolog. Ezúttal egy nemzetközi kutatócsoport állt elő az eddigi legvalószínűbb javaslattal a metán eredetére. A Gabriel Tobie és Christophe Sotin (University of Nantes), valamint Jonathan Lunine (University of Arizona) által kidolgozott modell összeegyeztethető a Titan ma ismert jellemzőivel és a fejlődését leíró elméleti modellekkel.

Elsősorban a Cassini- és a Huygens-szonda új eredményeit felhasználva arra a következtetésre jutottak, hogy a metán főleg a felszín alatt, a 200-250 kilométer mélyen húzódó víz-ammónia óceán feletti jégkéregben lehet, és innen került az atmoszférába. A modell egyik érdekessége, hogy a metán kijutása a légkörbe nem egyenletesen történt, hanem három időszakban volt a legerősebb.

Az első ilyen időszak a hold életének elején, kb. 4,5 milliárd éve, a kőzetmag kialakulásával esett egybe, amit a radioaktív elemek bomlásakor felszabaduló hő is elősegített. Ekkor a hold belsejében az összetevők fajsúlyuk szerinti rétegekbe rendeződtek, és az anyagok áramlása révén a belsőből kiszabadult metán nagy mennyiségben jutott az atmoszférába, illetve a jégkéregbe, ahol megkötődött. Ilyenkor úgynevezett metán-klatrát keletkezik, amelyben az egyes metánmolekulák a vízjég kristályrácsát alkotó vízmolekulák közötti helyekre ékelődnek be. Ez a folyamat az első néhány százmillió évben lehetett jellemző.

A következő nagy metánkibocsátási ciklus kb. 2 milliárd évvel ezelőtt volt, ez a kőzetmagban a konvektív áramlások beindulásával esett egybe. A radioaktív elemek által kibocsátott és részben felhalmozódó hő miatt ekkorra került olyan képlékeny állapotba a mag, hogy intenzív anyagáramlások induljanak meg benne. Ettől a külső jégrétegben is aktív ármlások kezdődtek, amelyek a klatrátszerkezetben tárolt metán jó részét felszabadította, és kiengedte az atmoszférába. Sokkal kisebb mértékben, de a Huygens-szonda landolásakor is hasonló történt: ekkor a landolás után a szonda hője segítette elő a jégben tárolt metán kiszabadulását, amit a gázdetektor érzékelt is.

Elméletileg egy harmadik metánkibocsátási ciklus is lehetett, mintegy 500 millió éve. A lassan vastagodó és megfagyó mélységi víz-ammónia óceán feletti, szintén hűlő jégkéregben a szilárd fázisú konvektív áramlatok felerősödtek - ez ismét megnövelte a légkörbe kijutó metán mennyiségét. Ma ennek az időszaknak a lecsengését láthatjuk, amikor még szivárog a metán a légkörbe, de annyi már nincs belőle, hogy hatalmas tavakat, tengereket töltsön meg - ez megmagyarázza az egyes észlelések között mutatkozó látszólagos ellentmondást. Bár vannak a felszínen kiszáradt, idős folyóvölgyek és egykori tónyomok, ezekben már régóta nem hullámzik metán. Talán néhány helyen (például a sarkvidéken), a lokális éghajlati jellemzők miatt olyan tó is akad, amelyet még ma is folyékony metán tölt ki. Ezek azonban ritkák lehetnek, és jelenleg a felszín "száraznak" tekinthető. A felszínformák ugyanúgy egy korábbi, a metán szempontjából "nedves" időszakot jelölnek (mint pl. a Mars felszínén lévő kiszáradt, idős folyóvölgyek és krátertavak nyomai).

A három nagy kibocsátási ciklus nem azt jelenti, hogy ezek között nem jutott metán a Titan légkörébe. Inkább arról lehet szó, hogy a ciklusok alatt került a legtöbb az atmoszférába, illetve a jégkéregbe. Utóbbi helyről a ciklusok közötti nyugodtabb periódusokban is "szivárog" a metán kifelé, illetve korlátozott mennyiségben, a kisebb vulkánok közel folyamatosan pöfékelhetik a légkörbe.

A Cassini-szonda három felvétele a Titanról, balról jobbra: 2005. október 28-án, 2005. december 26-án és 2006. január 15-én. Érdemes megfigyelni, hogy a középső képen legalul milyen erős a déli sarki felhőzet, míg a másik kettőn alig látható. A két szélső felvételen a korongok közepétől jobbra lefelé a világos Tui -régió látszik, amelyet talán valamilyen vulkáni eredetű lerakódás alkot, és a nyugati peremén lévő folyásos képződmények talán egy kriovulkáni kitörés lávafolyásai (fotó: NASA/JPL/University of Arizona)

Feltehetőleg az 500 millió évvel ezelőtt kezdődött kigázosodás volt az utolsó a hold történetében. A légköri utánpótlás csökkenésével az atmoszférában lévő metán mennyisége fokozatosan lecsökken. A légkörből lassan eltűnik a fotokémiai szmog, és hideg, átlátszó, tiszta nitrogénatmoszféra marad vissza, globális metánkörforgás, azaz metánfelhők és metánesők nélkül. Újabb változás csak akkor várható, amikor a Nap 5-6 milliárd év múlva vörös óriássá duzzad. Ekkor megnő az energiakibocsátása, és a Titan felszíne melegedni fog, újbóli aktív folyamatokat beindítva. Ez azonban a Naprendszer teljes éléhez képest csak rövid ideig, néhányszor 10-100 millió évig fog tartani, utána a hold végleg fagyott és inaktív állapotba kerül.

Kereszturi Ákos