Nr. 2/2005


Artiklid
Ootamatult kodune Titan

Saturni hiiglasliku kuu saladustest ja uurimisest

14. jaanuaril 2005 maandus Euroopa Kosmoseagentuuri sond Huygens planeet Saturni suurimal kuul, Titanil. Maakerast vaid poole väiksema Titani kohta oli siiamaani uskumatult vähe infot. Mida teati Titanist enne, mida teatakse nüüd, mida loodetakse teada saada tulevikus ning kuidas on nii märkimisväärne uus maailm üldsuse tähelepanu alt välja jäänud?

Titan 1655–1980

1655. aastal leidis kuulus Madalmaade astronoom Christiaan Huygens Saturnil kaaslase, millele esialgu ühtset nime ei antud, kuid mida kutsuti Huygensiaaniks. Aastakümnete möödudes tähistas Saturnile kuid juurde leidnud Giovanni Domenico Cassini seda kaaslast numbriga 4. Alles 1847. aastal algatas John Herschel Saturni kuude mütoloogiliste nimede traditsiooni, mille järgi Huygensiaan nimetati Titaniks.

20. sajandini ei täienenud teadmised Titanist kuigivõrd. 1944. aastal tegi Gerard P. Kuiper kindlaks, et Titanil on atmosfäär, mis on ühtlasi Päikesesüsteemi ainus arvestatava tihedusega gaaskest planeedi kaaslase ümber. Kuiperi õpilane Dan Harris näitas, et Titani pind on punakas, ning Kuiperi õpilase Carl Sagani õpilane Joseph Veverka kinnitas atmosfääri olemasolu, uurides hiigelkaaslaselt peegeldunud päikesevalguse polarisatsiooni muutusi pika aja jooksul. Veverka järeldas, et Titani atmosfäär on tihe ning hägune.

Titani saladustega tegeles intensiivselt ka 20. sajandi suurimaid astronoomia populariseerijaid, ameeriklane Carl Sagan. 1970. aastate alguses üritas ta koos Bishun Kharega taasluua tingimusi Titani atmosfääris, kiiritades mitmesuguse koostisega metaani-lämmastiku segusid ultraviolettkiirguse ja elektronidega. Katsete tulemusena tekkis keerukas lämmastikurikas orgaaniline ühend, mis – nagu hiljem veenvalt kinnitati – vastas oma optilistelt omadustelt Titani ümbritsevale hägule. Ühend sai nimeks toliin.

Kogu selle aja oli Titan isegi suurimates teleskoopides näha vaid pisikese kollakaspunase täpina.


Titan 1980–1993

1980. ja 1981. aastal külastasid Saturni süsteemi planeetidevahelised sondid Voyager I ja II, esimene neist möödus üsna lähedalt ka Titanist. Voyagerid olid inimkonna esimene tõsine pilguheit Päikesesüsteemile väljaspool Marsi orbiiti. Vahemärkusena olgu öeldud, et Voyageride uuritud objektide hulgas on planeedid Jupiter, Saturn, Uraan, Neptuun ja Pluuto – kõik koos hulga kaaslastega, millest paljud Voyageride abil avastatigi. Mõlemad Voyagerid on tänu tuumkütusega akudele tänaseni töökorras ning saadavad Maale infot kosmilise keskkonna kohta enam kui 10 000 000 000 kilomeetri kauguselt. Mõlemad aparaadid liiguvad Päikesest eemale.

Kuid isegi Voyageride erakordsed andmed ei võimaldanud heita pilku Titani katvate paksude hägu- ja pilvekihtide alla, mis on paljudel lainepikkustel läbipaistmatud. See-eest tuvastati spektroskoopiliselt mitmete keerukate orgaaniliste ühendite olemasolu atmosfääris. Leidis kinnitust, et Titani erakordselt külmades tingimustes (juba tollal teati pinnatemperatuur olevat –180 oC lähedal) on orgaanilised ühendid peamiselt fotokeemiliste reaktsioonide tulemusel jõudnud üpris suure keerukusastmeni. Teada oli ka, et õhurõhk Titanil on 1,6 korda suurem kui Maal.

Vastamata jäi paljude planeediuurijate jaoks üks põnevamaid küsimusi: kas metaan, mis Titani õhutemperatuuril ja -rõhul on vedel, ringleb sel kaugel planetaarkehal samamoodi nagu vesi Maal ning koguneb maha sadanuna ka jõgedesse, järvedesse või isegi ookeanidesse? Carl Sagan oli tol perioodil üks neist, kes uskus, et koos metaanivihmaga sajab Titani taevast alla sedasama toliini, mida laboris sünteesiti. Toliin on keerukas orgaaniline ühend, millest võib saada Maal elu eeldusteks peetavaid aineid. Sagani poeetilises väljenduses: “Elu ehituskivid sajavad Titanile justkui taevamanna.”

Voyageride värvipildid ning analüüsid olid kuni viimase ajani parim, mis salapärasest Titanist inimkonnani jõudnud. Kuid mis peitub pinnal? Analüüsid näitasid, et Titan peaks olema kas üleni tahke või vedela pinnaga või siis äärmisel juhul paljude kraatrijärvedega. Vahepealne suurte meredega variant ei tulnud kõne alla, sest see oleks loodejõududel võimaldanud Titani küllalt ekstsentrilise orbiidi ringikujuliseks kujundada lühema aja jooksul, kui seda on Päikesesüsteemi vanus.


Titan 1994–2003

Üks murrangulisi hetki Titani uurimises oli 1994. aasta. Siis suunati sellele põnevale objektile Hubble’i kosmoseteleskoop ning saadi esimesed pildid pinnast, kasutades ära tõsiasja, et kauge kuu atmosfäär ei ole kõigile elektromagnetkiirguse lainepikkustele läbipaistmatu. Pildid ei olnud just kõrge lahutusega, kuid neil võis siiski eristada suuri tumedaid ja heledaid alasid, mille loomulik tõlgendus oli kontinentide ja ookeanide olemasolu. See oli erakordselt põnev tulemus, samasuguseid paljastusi tõid lisavaatlused Hubble’iga ning Kecki teleskoopidega Hawaiil. Õli valasid tulle Arecibo raadioteleskoobiga saadud viited suurte vedelikupindade olemasolule ning Euroopa Lõunaobservatooriumi vaatlused, kus tuvastati taas suured tumedad ja heledad alad – silmatorkavaim hele piirkond on nüüdseks saanud nime Xanadu. Hoolimata uute andmete erakordsusest, ei suudetud nähtut üheselt tõlgendada, ookeanide olemasolu Titanil jäi veel lahtiseks. Suhteline üksmeel valitses siiski heledate alade suhtes: need on jäised kõrgendikud. Sellist hinnangut toetas Titani väike keskmine tihedus, kõigest 1,88 g/cm3.

1997. aastal startis Saturni ja ta kaaslaste uurimisele pühendatud planeetidevaheline automaatjaam Cassini-Huygens – topeltsond nimetati Saturni uurinud astronoomide Cassini ja Huygensi auks. Tollane Postimees kasutas automaatjaamast kirjutades kaunist väljendust “viimane suur uurija”, viidates missiooni tohutule maksumusele. Niisugused summad muutusid 1990. aastatega lubamatuks kõigile suurematele kosmoseagentuuridele, tänapäeval on planeetidevaheliste sondide eelarved mitu korda pisemad. Missiooni raames pidi ameeriklaste ehitatud sond Cassini uurima mitme aasta vältel Saturni, selle rõngaid ja kaaslasi, ning võtma kaasa abilise, Euroopa Kosmoseagentuuri ehitatud Huygensi. Viimase ülesandeks oli läbida Titani atmosfäär, hea õnne korral ka maanduda, ning tagasi saata kuue katseseadme uurimistulemused. Uuringute põhirõhk pidi langema atmosfäärile, kus peeti väga tähtsaks metaani kõrgusjaotuse uurimist, samuti erinevate väärisgaaside jälgede otsimist. Huygens varustati kaameraga, mis pidi maandumise käigus tegema enam kui tuhat ülesvõtet.


Titan 2004–2005

Cassini-Huygensi teekond oli seitsme aasta pikkune ja käänuline, kütuse säästmiseks kasutati hoo “juurdetõmbeid” Veenuse, Maa ja Jupiteri juures. Palju kisa keskkonnakaitsjate hulgas tekitas tuumkütuse kasutamine Cassini jõusüsteemides, ent niivõrd suurtel kaugustel Päikesest on see ainumõeldav energiaallikas. Lohutuseks lugejale – kui Cassini oleks ka Maale tagasi langenud, poleks midagi hullu juhtunud, sest sellist langemist taluvate kapslite ehitamine ei ole kuigi keeruline.

2004. aasta suvel jõudis ränduripaar Cassini-Huygens Saturnini. Kahel esimesel lähimöödumisel Titanist andsid Cassini instrumendid enneolematuid andmeid, muu hulgas esimesed arvestatava kvaliteediga pildid selle salapärase kuu pinnast. Inimkond sai jala uue fantastilise maailma ukse vahele.

Kuid Titanist möödalennud olid eelmäng, Cassini missioon jätkub. Inimmõistuse viljade kaunis näide, Huygensi maandumine teda konstrueerinud teadlastest 1,2 miljardi kilomeetri kaugusel asuvale Titanile algas 25. detsembril 2004, kui sond eraldus Cassinist. Pärast kolmenädalast triivimist “ärkas” sondi arvuti ettemääratud ajal, 14. jaanuaril 2005, ning ligi viietunnine eluaeg võimaldas Huygensil laitmatult täita kogu ettenähtud teadusprogrammi.

Üle kahe tunni oma elust veetis Huygens langevarjudega läbi Titani 1000 kilomeetri paksuse atmosfääri laskudes ning selle koostist ja tuuli uurides. Cassini kaudu edastas Huygens pinnaltki andmeid üle tunni, kuid võib juhtuda, et seda andmejada annab pikendada kahe ja poole tunnini: raadioastronoomia kõrge tase võimaldas üle maailma ühtse võrguna töötavate raadioteleskoopidega kinni püüda Huygensi signaali, mis on võrreldav mobiiltelefoni signaaliga miljardi kilomeetri kaugusel. Loodetakse ka, et pärast andmetöötlust õnnestub taastada Huygensi läkitatud info, mis läks kaotsi Cassini juures, kuna kahele raadiokanalile määratud vastuvõtjatest polnud üks sisse lülitatud. See tähendaks ka suurepärast lisa käesolevat artiklit täiendavatele illustratsioonidele.

Piltidel nähtavate ja peamiselt jääst koosnevate heledate alade kõrgus tumedate alade ja “voolusängide” suhtes on 100 meetrit. Sängid, “deltad” ja tumedad lagendikud on ilmselt alad, kuhu aeg-ajalt sadav metaanivihm uhub orgaanilist tumedat setet. Huygens maandus tumedal alal ning, nagu võib näha ka piltidelt, ei ujunud ta meres. Pinnakoore olemust uurinud instrumendi andmed viitavad koorikule pehme pinnase peal – selle iseloomustamiseks on kasutatud sõna kreemjas. Pärast mõneminutist pinnal lebamist hakkas Huygensi ümber suurenema metaani kontsentratsioon, mille kohta arvatakse, et sondi soojus võis aurustada “kreemis” olnud vedelat metaani.

Puhtinimlikust vaatenurgast on Huygensi pildid hämmastavalt tuttavlikud. Vaevalt on võimalik Titani üldpilti ja panoraame vaadates hoiduda paralleelidest koduse Maaga. Võiks isegi öelda, et Titani maastik on nii tuttav ja samas närvekõditav, et lausa kutsub end edasi uurima.

Ei ole selge, kui tihti Huygensi maandumispiirkonnas vihma sajab, kuid teadlased on veendunud, et viimane sadu pidi aset leidma hiljuti. Lihtsat toetust pakub siin fakt, et Titanil praktiliselt puuduvad isegi suured meteoriidikraatrid – erosioonimehhanismid kulutavad ja täidavad need ilmselt kiiresti. Kraatritaolisi ringstruktuure on Titanil leitud kaks, neist suurem 440 kilomeetrise läbimõõduga Circus Maximus. Kõik vanad voolukanalid peaksid olema ammu kadunud.

Lämmastiku suhteline kogus on kõrgatmosfääris suurem ning väheneb pinna lähedal, metaani oma aga vastupidi suureneb. Selline jaotus sarnaneb lämmastiku ja veeauru jaotusega Maa atmosfääris.

Tihedad pilved ulatuvad madalamale kui arvatud, Huygens väljus neist 30 kilomeetri kõrgusel.

Väärisgaase Titani atmosfäärist ei leitud, kui välja arvata isotoop argoon-40, mida seostatakse vulkanismiga. Selle tähendus: Titanil on vulkaanid, ning need sülgavad ammoniaaki ja vett.

Titani pinna tahke osa ning sellel vedelevad “kivid” ei koosne kivimitest Maa mõistes, vaid peamiselt veejääst. Kivist südamik on Titanil olemas, tuhande kilomeetri sügavusel, ning arvatakse, et see on veel osaliselt sulas olekus nagu Maalgi.

Marsist räägitakse kui maailmast, mis oli kunagi Maa sarnane, ning Veenusest kui Maa sõsarplaneedist, kuigi sealsedki tingimused hetkel meie omadest tublisti erinevad. Ent Titanigi võib pidada Maa-taoliste “klubi” täieõiguslikuks liikmeks. Suuruse, tiheda atmosfääri olemasolu, vulkanismi, vedelikuringluse ja pinnavormide poolest on Titan väga kodune paik. Jäine, kuid tuttav ja omane. Kas ei võiks Titani jõgedest kirjutada sama poeetiliselt kui maistest? Püüdke ette kujutada sealsete koskede kohinat.


Titan 2005 ja edaspidi

Ei ole kahtlust, et Titani uurimine jätkub. On püstitatud mitmeid hüpoteese, mis räägivad algelise elu tekke ja säilimise võimalustest seal. Ei ole päris kindel, millised protsessid täiendavad Titani atmosfääri metaanivarusid. Carl Sagan arvutas omal ajal välja, et 50-protsendilise tõenäosusega on iga Titani punkt olnud kunagi asteroidilöögi tagajärjel vedelas olekus, st sulanud, kusjuures lokaalse soojuse püsivus oleks keskmiselt suurusjärgus tuhat aastat. Sellistes tingimustes oleks võimalik orgaaniliste ühendite reageerimine veekeskkonnas, mida üldiselt peetakse Maal elu üheks tingimuseks. Veebruari lõpus avaldatud uuringutes näidatakse vedela vee ja ammoniaagi kihi võimalikkust pinnajää all. Ei ole selge ka äikesetormide olemasolu või puudumine Titanil. Lahendamata küsimusi on veel, igaüks neist viib meid sammu lähemale Päikesesüsteemi, Maa ja meie endi tekkeloo mõistmisele.

Plaanide kohaselt võivad juba 10–15 aasta möödudes Titani atmosfääris, mis justkui lendamiseks loodud, hõljuda ringi Maalt saadetud õhulaevad, tuues meieni uusi põnevaid jutustusi sellelt kaugelt koduselt maailmalt.

Autor ootab huviliste ja spetsialistide (astronoomide, geoloogide, biokeemikute) kommentaare artikli ja selle teemade kohta aadressil mkama@ut.ee.



MIHKEL KAMA (1984) on Tartu Ülikooli füüsikatudeng, Eesti Astronoomia Seltsi juhatuse esimees, astronoomiaühingu Ridamus liige.



Mihkel Kama