Nieuw onderzoek legt uit hoe bellen uitbarsten in ijskoude koolwaterstofmeren op Saturnus' grootste maan Titan, mogelijk bruisend genoeg om geologische kenmerken op de maan te vormen.

Titan is bedekt met koolwaterstofmeren die bestaan ​​uit methaan en ethaan. Wetenschappers hebben lichtpuntjes opgemerkt in deze meren, die op sommige foto's van NASA's Cassini-ruimtevaartuig verscheen en op mysterieuze wijze verdween in andere. Ze theoretiseerden later dat deze "magische eilanden" uitbarstingen van stikstofbellen zouden kunnen zijn.

In de nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift van AGU Geofysische onderzoeksbrieven , onderzoekers simuleerden de meren van Titan in een kamer onder druk. Ze vonden de juiste combinatie van methaan, ethaan en stikstof cruciaal voor de vorming van bellen.

Onder omstandigheden die het meest lijken op die op Titan, de onderzoekers ontdekten dat ethaan in methaanpoelen moest stromen om krachtige bellen te produceren. Het is mogelijk dat deze bellenuitbarstingen sterk genoeg zijn om rivierdelta's te vormen in vloeibare lichamen op de maan, volgens het nieuwe onderzoek.

Door uit te leggen hoe bellen zich vormen in de meren van Titan, kunnen wetenschappers nu beginnen met het onderzoeken van fundamentele vragen over hoe vloeistoffen zich op de maan gedragen. Van alle lichamen in ons zonnestelsel, weinigen lijken meer op de aarde dan Titan, en het is een van de weinige plaatsen waarvan wetenschappers denken dat er voorwaarden zijn voor buitenaards leven.

De resultaten wijzen ook op scenario's die een verkenningsonderzeeër in de meren van Titan kan tegenkomen, als het ruimtevaartuig warmte zou afgeven en mogelijk een explosie van bellen zou veroorzaken.

"Hoe meer we leren over Titan, hoe meer we leren dat we de meren niet kunnen negeren, " zei Kendra Farnsworth, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Arkansas in Fayetteville en hoofdauteur van de nieuwe studie. "En we vinden leuke dingen zoals bubbels. Misschien een beetje gewelddadiger dan we hadden verwacht, maar zeker leuk om naar te kijken."

Bellen maken

Titan is de enige maan in ons zonnestelsel met een atmosfeer. De lucht bestaat voornamelijk uit stikstof - een element dat ook het grootste deel van de atmosfeer van de aarde vormt - en koolwaterstoffen, die een dikke, wazige laag die veel van de kenmerken over het oppervlak verduistert.

De wolken van Titan leveren koolwaterstofregen in de vorm van methaan en ethaan. Op aarde, methaan is een gas dat wordt gebruikt voor verwarming, koken en elektriciteit, terwijl ethaangas een voorloper is voor polyethyleenplastic.

Temperaturen op Titan, echter, zijn koud genoeg om deze verbindingen vloeibaar te maken. Daar, koolwaterstoffen circuleren door de atmosfeer net zoals water dat op aarde doet. Vloeibaar methaan en ethaanmeren besprenkelen het oppervlak van Titan, waardoor het het enige andere lichaam in ons zonnestelsel is naast de aarde dat stabiele vloeistoffen herbergt.

Uit eerder werk bleek dat stikstofgas uit de atmosfeer van Titan gemakkelijk kan oplossen in koude poelen met hoge concentraties methaan, zoals wanneer koolstofdioxide oplost in soda. Bij verwarming, uit de vloeistof kwam stikstofgas vrij in de vorm van bruisende bellen.

Maar deze eerdere experimenten bootsten de natuurlijke omgeving op Titan niet volledig na. Ze legden ook niet uit onder welke omstandigheden de meren zouden schuimen, hoewel onderzoekers vermoedden dat het gebeurt tijdens hevige regenval of wanneer een beek in een meer stroomt.

"De meren van Titan hebben een zeer interessante dynamiek, ' zei Farnsworth. 'Het zijn niet alleen statische vloeistoflichamen.'

Titan, maar op aarde

Om te bepalen hoe ethaan, methaan en stikstof kunnen op Titan in bellen uiteenspatten, Farnsworth en haar collega's voerden experimenten uit in een twee meter lange, drukkamer die de omstandigheden op de maan simuleert. Binnenkant, ze stelden de atmosferische druk in op 1,5 bar - wat 1,5 keer hoger is dan de aarde op zeeniveau - en de temperaturen varieerden van een stevige 83 graden Kelvin (-190 Celsius of -310 Fahrenheit) tot een zwoele 94 graden Kelvin (-179 Celsius of -290 Fahrenheit).

De onderzoekers lieten de ene vloeistof in een monsterschaal stromen met daarin een plas van de andere. De onderzoekers koelden vervolgens de binnenkant van de kamer af tot deze boven of onder 86 graden Kelvin (-187 Celsius of -305 Fahrenheit) was om stikstof te laten oplossen. In een reeks experimenten, ethaan stroomde in vijvers van methaan. In een andere, methaan stroomde in ethaan. Het team warmde vervolgens de kamer geleidelijk op en wachtte tot er bellen uitbarsten.

Twee scenario's resulteerden in bubbels. Bij temperaturen onder de 86 graden Kelvin, ethaan gelaagd bovenop stikstofrijk methaan, in welke volgorde ze ook in de petrischaal werden gegoten. Naarmate de temperatuur opliep, het methaan eronder begon te schuimen en toen de lagen oplosten, bubbels bereikten het oppervlak.

Als de kamer boven 86 graden Kelvin was toen de onderzoekers de vloeistoffen toevoegden, methaan dat in ethaan stroomde, leverde geen schuim op. Alleen ethaan dat in methaanpoelen stroomde, produceerde bellen - en dat met geweld.

"Het meest verrassende was hoe gewelddadig de explosies waren, " zei Farnsworth. Tijdens een experiment, de uitbarsting van bellen was zo sterk, het had invloed op de apparatuur. "Plotseling, Ik kijk om en de bubbels bliezen letterlijk op en sloegen tegen mijn camera, " herinnerde ze zich.

Leuk bruisen

De nieuwe resultaten suggereren dat veranderingen in zowel temperatuur als samenstelling cruciaal zijn voor de vorming van bellen in de meren van Titan.

Bellen barsten uit wanneer stromend ethaan zich vermengt met methaan dat oververzadigd is met stikstof, wat betekent dat het methaan meer opgeloste stikstof bevat dan onder normale omstandigheden mogelijk is. Als het methaan opwarmt, het kan minder opgeloste stikstof bevatten, die als gas ontsnapt. Het mengsel moet ook tussen de 40 en 95 procent methaan bevatten om bellen te maken, volgens de studie.

Het is bijna alsof je rock candy maakt. Wanneer kokend water oververzadigd is met suiker - of meer suiker bevat dan normaal kan worden opgelost - zullen zich kristallen vormen op een stuk met suiker bekleed hout als de vloeistof afkoelt.

Experimenten bij warmere temperaturen bootsen hoogstwaarschijnlijk na wat er op het oppervlak van Titan gebeurt, omdat de koudste temperaturen van de maan dalen tot slechts 89 graden Kelvin (-184 Celsius of-299 Fahrenheit), aldus Farnsworth.

"[De nieuwe studie] is een mooi stuk werk dat bijdraagt ​​aan wat we leren over de meren van Titan en benadrukt hoe belangrijk laboratoriumwerk is, " zei Michael Malaska, een planetaire wetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Californië die niet betrokken was bij het werk. "Het is als 'welkom bij het vreemde' en het is een andere manier van denken over iets dat geen water is."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan AGU Blogs (http://blogs.agu.org), een gemeenschap van blogs over aarde en ruimtewetenschap, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.