تيتان (القمر الصناعي): الخصائص والتكوين والمدار والحركة - آرتي - 2025

تيتان هو أحد أقمار كوكب زحل والأكبر على الإطلاق. سطحه جليدي ، وهو أكبر من عطارد ، وله أجواء أكثر كثافة من بين جميع الأقمار الصناعية في النظام الشمسي.

من الأرض ، يمكن رؤية تيتان بمساعدة المناظير أو التلسكوبات. كان كريستيان هيغنز (1629-1695) ، عالم الفلك الهولندي ، هو الذي رصد في عام 1655 القمر الصناعي باستخدام التلسكوب لأول مرة. لم يطلق عليها Huygens اسم تيتان ، ولكن ببساطة Luna Saturni ، وهي كلمة لاتينية تعني "قمر زحل".

الشكل 1. تيتان يدور حول زحل. صورة كاسيني. المصدر: وكالة ناسا.

الاسم تيتان ، المشتق من الميثولوجيا اليونانية ، اقترحه جون هيرشل (1792-1871) ، نجل ويليام هيرشل ، في منتصف القرن التاسع عشر. كان الجبابرة إخوة كرونوس ، والد الإغريق في ذلك الوقت ، أي ما يعادل زحل الرومان.

أدت كل من المهمات الفضائية التي تم تنفيذها خلال النصف الأخير من القرن العشرين وأرصاد تلسكوب هابل الفضائي إلى زيادة المعرفة بهذا القمر الصناعي ، وهو في حد ذاته عالم رائع.

بادئ ذي بدء ، توجد على تيتان ظواهر أرصاد جوية مشابهة لتلك الموجودة على الأرض ، مثل الرياح والتبخر والأمطار. لكن مع اختلاف جوهري: على تيتان ، يلعب الميثان دورًا مهمًا فيها ، لأن هذه المادة هي جزء من الغلاف الجوي والسطح.

بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن محور دورانه مائل ، يتمتع تيتان بالفصول ، على الرغم من اختلاف المدة عن تلك الخاصة بالأرض.

لهذا وأيضًا لأن له غلافه الجوي وحجمه الكبير ، يوصف تيتان أحيانًا بأنه كوكب مصغر وقد ركز العلماء على التعرف عليه بشكل أفضل ، لمعرفة ما إذا كان يؤوي أو قادرًا على إيواء الحياة.

الخصائص العامة

بحجم

تيتان هو ثاني أكبر قمر صناعي ، ويحتل المرتبة الثانية بعد جانيميد ، القمر الضخم لكوكب المشتري. حجمه أكبر من عطارد ، حيث يبلغ قطر الكوكب الصغير 4879.4 كم وقطر تيتان 5149.5 كم.

الشكل 2. مقارنة الأحجام بين الأرض والقمر وتيتان ، أسفل اليسار. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز. أبولو 17 صورة للأرض بأكملها: صورة تلسكوبية تابعة لوكالة ناسا للقمر الكامل: غريغوري إتش ريفيرا صورة تيتان: ناسا / مختبر الدفع النفاث / معهد علوم الفضاء / المجال العام

ومع ذلك ، يحتوي Titan على نسبة كبيرة من الجليد في تكوينه. يعرف العلماء ذلك من خلال كثافته.

كثافة

لحساب كثافة الجسم ، من الضروري معرفة كل من كتلته وحجمه. يمكن تحديد كتلة تيتان من خلال قانون كبلر الثالث ، وكذلك البيانات التي توفرها بعثات الفضاء.

تبين أن كثافة تيتان تبلغ 1.9 جم / سم ³ ، أي أقل بكثير من كثافة الكواكب الصخرية. هذا يعني فقط أن تيتان يحتوي على نسبة كبيرة من الجليد - ليس فقط الماء ، يمكن أن يكون الجليد مادة أخرى - في تركيبته.

الغلاف الجوي

القمر الصناعي له غلاف جوي كثيف ، وهو شيء نادر في النظام الشمسي. يحتوي هذا الغلاف الجوي على الميثان ، لكن المكون الرئيسي هو النيتروجين ، تمامًا مثل الغلاف الجوي للأرض.

لا يحتوي على ماء ولا يحتوي على ثاني أكسيد الكربون ، ولكن توجد هيدروكربونات أخرى ، لأن ضوء الشمس يتفاعل مع الميثان ، مما يؤدي إلى ظهور مركبات أخرى مثل الأسيتيلين والإيثان.

لا مجال مغناطيسي

أما بالنسبة للمغناطيسية ، فإن تيتان تفتقر إلى مجالها المغناطيسي الخاص. نظرًا لوقوعها على حافة أحزمة إشعاع زحل ، لا يزال العديد من الجسيمات عالية الطاقة تصل إلى سطح تيتان وتفكك الجزيئات هناك.

سيجد المسافر الافتراضي الذي يصل إلى تيتان درجة حرارة سطح تبلغ -179.5 درجة مئوية وضغطًا جويًا ربما يكون غير مريح: مرة ونصف قيمة ضغط الأرض عند مستوى سطح البحر.

تمطر

تمطر على تيتان ، لأن الميثان يتكثف في الغلاف الجوي ، على الرغم من أن هذا المطر قد لا يصل في كثير من الأحيان إلى الأرض ، حيث يتبخر جزئيًا قبل الوصول إليه.

ملخص الخصائص الفيزيائية الرئيسية لتيتان

تكوين

يستنتج علماء الكواكب من كثافة تيتان ، التي تبلغ ضعف كثافة الماء تقريبًا ، أن القمر الصناعي نصف صخر ونصف صخري.

تحتوي الصخور على الحديد والسيليكات ، في حين أن الجليد ليس كله ماء ، على الرغم من وجود خليط من الماء والأمونيا تحت الطبقة المجمدة من القشرة. يوجد أكسجين على تيتان ، لكنه مرتبط بالمياه في باطن الأرض.

داخل تيتان ، كما هو الحال على الأرض والأجسام الأخرى في النظام الشمسي ، هناك عناصر مشعة تنتج الحرارة عندما تتحلل إلى عناصر أخرى.

من المهم أن نلاحظ أن درجة الحرارة على تيتان قريبة من النقطة الثلاثية للميثان ، مما يشير إلى أن هذا المركب يمكن أن يتواجد كمادة صلبة أو سائلة أو غازية ، ويلعب نفس دور الماء على الأرض.

وهذا ما أكده مسبار كاسيني الذي تمكن من الهبوط على سطح القمر الصناعي حيث عثر على عينات من تبخر هذا المركب. كما اكتشف المناطق التي تنعكس فيها موجات الراديو بشكل ضعيف ، بشكل مشابه لكيفية انعكاسها في البحيرات والمحيطات على الأرض.

تشير هذه المناطق المظلمة في صور الراديو إلى وجود أجسام من الميثان السائل ، يتراوح عرضها بين 3 و 70 كيلومترًا ، على الرغم من أن هناك حاجة إلى مزيد من الأدلة لدعم الحقيقة بشكل قاطع.

الجو على تيتان

أكد عالم الفلك الهولندي جيرارد كويبر (1905-1973) في عام 1944 أن تيتان له غلافه الجوي الخاص ، وبفضله يتميز القمر الصناعي باللون البرتقالي والبني المميز الذي يمكن رؤيته في الصور.

لاحقًا ، وبفضل البيانات التي أرسلتها بعثة Voyager في أوائل الثمانينيات ، وجد أن هذا الغلاف الجوي كثيف جدًا ، على الرغم من أنه يتلقى إشعاعات شمسية أقل بسبب المسافة.

كما أن لديها طبقة من الضباب الدخاني الذي يخفف من حدة السطح ويوجد فيه جزيئات هيدروكربونية معلقة.

في الغلاف الجوي العلوي لتيتان ، تتطور رياح تصل سرعتها إلى 400 كم / ساعة ، على الرغم من الاقتراب من السطح ، تبدو البانوراما أكثر هدوءًا.

غازات الغلاف الجوي

فيما يتعلق بتكوينها ، تتكون الغازات الجوية من 94٪ نيتروجين و 1.6٪ ميثان. باقي المكونات عبارة عن هيدروكربونات. هذه هي الميزة الأكثر تميزًا ، لأنه بصرف النظر عن الغلاف الجوي للأرض ، لا يوجد نيتروجين في النظام الشمسي آخر يحتوي على مثل هذه الكمية.

الميثان هو غاز دفيئة يمنع وجوده درجة حرارة تيتان من المزيد من الانخفاض. ومع ذلك ، فإن الطبقة الخارجية ، المكونة من غازات منتشرة على نطاق واسع ، عاكسة وتقاوم تأثير الاحتباس الحراري.

الهيدروكربونات

من بين الهيدروكربونات التي لوحظت على تيتان ، فإن مادة الأكريلونيتريل مدهشة ، بتركيز يصل إلى 2.8 جزء في المليون (جزء في المليون) ، تم اكتشافه من خلال تقنيات التحليل الطيفي.

إنه مركب يستخدم على نطاق واسع في صناعة البلاستيك ، ووفقًا للعلماء ، فهو قادر على إنشاء هياكل مشابهة لأغشية الخلايا.

على الرغم من اكتشاف مادة الأكريلونيتريل في البداية في الطبقات العليا من الغلاف الجوي لتيتان ، إلا أنه يُعتقد أنها قد تصل إلى السطح ، وتتكثف في طبقات الغلاف الجوي السفلية ثم تتساقط في المطر.

بصرف النظر عن الأكريلونيتريل ، توجد على تيتان ثولين أو ثولين ، وهي مركبات غريبة ذات طبيعة عضوية تظهر عندما يشق الضوء فوق البنفسجي الميثان ويفصل جزيئات النيتروجين.

والنتيجة هي هذه المركبات الأكثر تعقيدًا والتي يُعتقد أنها كانت موجودة على الأرض في وقت مبكر. تم اكتشافها في عوالم جليدية خارج حزام الكويكبات ويمكن للباحثين إنتاجها في المختبر.

هذه النتائج مثيرة للاهتمام للغاية ، على الرغم من أن ظروف القمر الصناعي ليست مناسبة للحياة الأرضية ، خاصة بسبب درجات الحرارة القصوى.

كيفية مراقبة تيتان

يمكن رؤية تيتان من الأرض كنقطة صغيرة من الضوء حول زحل العملاق ، لكن مساعدة الأدوات مثل المناظير أو التلسكوبات ضرورية.

ومع ذلك ، لا يمكن ملاحظة الكثير من التفاصيل ، لأن تيتان لا تتألق بقدر أقمار الجليل (الأقمار الصناعية الكبرى لكوكب المشتري).

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يخفي الحجم الكبير والسطوع لزحل أحيانًا وجود القمر الصناعي ، لذلك من الضروري البحث عن لحظات المسافة الأكبر بين الاثنين لتمييز القمر الصناعي.

يدور في مدار

يستغرق تيتان حوالي 16 يومًا للدوران حول زحل ويكون هذا الدوران متزامنًا مع الكوكب ، مما يعني أنه يظهر دائمًا نفس الوجه.

هذه الظاهرة شائعة جدًا بين الأقمار الصناعية في النظام الشمسي. قمرنا ، على سبيل المثال ، أيضًا في حالة دوران متزامن مع الأرض.

الشكل 3: مدار تيتان مظلل باللون الأحمر ، جنبًا إلى جنب مع مدار الأقمار الصناعية الرئيسية لكوكب زحل: هايبريون وإيابيتوس هما الأبعد عن تيتان ، في حين أن أقربهما بالترتيب: ريا وديون وتيثيس وإنسيلادوس وميماس. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز. الأصل: كومة الأنقاض المتجه: ميسيد. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

هذا بسبب قوى المد والجزر ، والتي لا ترفع فقط الكتل السائلة ، وهو التأثير الأكثر تقديرًا على الأرض. كما أنها قادرة على رفع القشرة وتشويه الكواكب والأقمار الصناعية.

تعمل قوى المد والجزر تدريجياً على إبطاء سرعة القمر الصناعي حتى تتساوى السرعة المدارية مع سرعة الدوران.

حركة دورانية

يعني الدوران المتزامن لتيتان أن فترة دورانه حول محوره هي نفس الفترة المدارية ، أي حوالي 16 يومًا.

توجد محطات على تيتان بسبب ميل محور الدوران عند 26 درجة من مسير الشمس. ولكن على عكس الأرض ، سيستمر كل منهما لمدة 7.4 سنوات تقريبًا.

في عام 2006 ، طرح مسبار كاسيني صورًا تُظهر المطر (من الميثان) على القطب الشمالي لتيتان ، وهو حدث يمثل بداية الصيف في نصف الكرة الشمالي للقمر الصناعي ، حيث يُعتقد أن بحيرات الميثان موجودة.

ستؤدي الأمطار إلى نمو البحيرات ، في حين أن تلك الموجودة في نصف الكرة الجنوبي ستجف بالتأكيد في نفس الوقت تقريبًا.

الهيكل الداخلي

يوضح الرسم البياني أدناه الهيكل الداخلي متعدد الطبقات لـ Titan ، والذي تم بناؤه من خلال تجميع الأدلة التي تم جمعها من ملاحظات الأرض بالإضافة إلى تلك من بعثات Voyager و Cassini:

- النواة تتكون من الماء والسيليكات ، على الرغم من إمكانية وجود المزيد من اللب الصخري الداخلي ، على أساس السيليكات ، يتم التعامل معها أيضًا.

- طبقات مختلفة من الثلج والماء السائل مع الأمونيا

- القشرة الخارجية من الجليد.

الشكل 4. الهيكل الداخلي لتيتان ، وفقًا للنماذج النظرية. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز. Kelvinsong / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0).

يُظهر الرسم التخطيطي أيضًا طبقة الغلاف الجوي الكثيفة التي تغطي السطح ، والتي تبرز فيها طبقة المركبات العضوية من نوع الثولين المذكور أعلاه ، وأخيراً طبقة خارجية أكثر هشاشة من الضباب الدخاني.

جيولوجيا

فحص مسبار كاسيني ، الذي هبط على تيتان في عام 2005 ، القمر الصناعي باستخدام كاميرات الأشعة تحت الحمراء والرادار القادر على اختراق الغلاف الجوي الكثيف. تظهر الصور جيولوجيا متنوعة.

على الرغم من أن تيتان تشكلت جنبًا إلى جنب مع بقية أعضاء النظام الشمسي منذ ما يزيد قليلاً عن 4.5 مليار سنة ، إلا أن سطحه أحدث كثيرًا ، حوالي 100 مليون سنة وفقًا للتقديرات. هذا ممكن بفضل النشاط الجيولوجي الكبير.

تكشف الصور عن تلال جليدية وأسطح ناعمة ذات ألوان داكنة.

هناك القليل من الحفر ، لأن النشاط الجيولوجي يمحوها بعد تشكلها بوقت قصير. ذكر بعض العلماء أن سطح تيتان يشبه صحراء أريزونا ، على الرغم من أن الجليد يحل محل الصخور.

تم العثور على حواف دائرية من الجليد في موقع هبوط المسبار ، كما لو أن سائلًا قد شكلها منذ فترة طويلة.

هناك أيضًا تلال تصطف على جانبيها قنوات تنحدر برفق إلى السهل وبحيرات الميثان الموضحة أعلاه ، فضلاً عن الجزر. هذه البحيرات هي أول أجسام سائلة مستقرة توجد في مكان خارج الأرض نفسها وتقع بالقرب من القطبين.

الشكل 5. صورة لتيتان تم التقاطها بواسطة مسبار Huygens على ارتفاع 10 كم. المصدر: ESA / NASA / JPL / University of Arizona / Public domain.

الارتياح بشكل عام ليس ملحوظًا جدًا على تيتان. يبلغ ارتفاع أعلى الجبال حوالي كيلومتر أو كيلومترين ، وفقًا لبيانات قياس الارتفاع.

بالإضافة إلى هذه الميزات ، توجد على تيتان كثبان ناتجة عن المد والجزر ، والتي بدورها تولد رياحًا قوية على سطح القمر الصناعي.

في الواقع ، كل هذه الظواهر تحدث على الأرض ، ولكن بطريقة مختلفة تمامًا ، حيث حل الميثان في تيتان مكان الماء ، كما أنه بعيد جدًا عن الشمس.

المراجع

1. Eales، S. 2009. الكواكب وأنظمة الكواكب. وايلي بلاكويل.
2. Kutner، M. 2003. علم الفلك: منظور مادي. صحافة جامعة كامبرج.
3. معهد ناسا للبيولوجيا الفلكية. ناسا تكتشف أن قمر زحل يحتوي على مواد كيميائية يمكن أن تشكل `` أغشية ''. تم الاسترجاع من: nai.nasa.gov.
4. معهد ناسا للبيولوجيا الفلكية. ما في العالم (ق) هي ثولين؟ تم الاسترجاع من: planetary.org.
5. باساتشوف ، ج. 2007. الكون: علم الفلك في الألفية الجديدة. الطبعة الثالثة. طومسون بروكس / كول.
6. البذور ، M. 2011 النظام الشمسي. الطبعة السابعة. سينجاج ليرنينج.
7. علم يوميا. دليل على تغير الفصول ، هطول أمطار على القطب الشمالي لقمر زحل تيتان. تم الاسترجاع من: sciencedaily.com.
8. ويكيبيديا. تيتان (القمر). تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org.