Holandský astronóm Christiaan Huygens pred 370 rokmi objavil vesmírne teleso, na ktorom prší metán a kvapky padajú šesťkrát pomalšie ako na Zemi.
Titan je najväčší mesiac planéty Saturn a zároveň je druhým najväčším mesiacom v slnečnej sústave. Zdroj: NASA
Keď 25. marca 1655 rodák z holandského Haagu spozoroval pri „ušatej“ planéte malý svetlý bod, netušil, že objavil úplne prvú obežnicu z rozsiahlej plejády mesiacov Saturna. V polovici marca tohto roka vedci oznámili, že sa ich celkový počet zvýšil na 274 mesiacov.
Prvenstvo Titana je neprekonateľné. Pred 370 rokmi ho však vtedajší učenci poznali pod úplne odlišným pomenovaním. Kým v polovici 17. storočia sa Huygensovi javil len ako svetlý bod, v súčasnosti vďaka misii sondy Cassini-Huygens poznáme aj jeho rozmanitý povrch.
Titan je pozoruhodné vesmírne teleso. Aj pre existenciu atmosféry sa niektorí vedci domnievajú, že by sa v ďalekej budúcnosti mohol stať cieľom ľudských vesmírnych výprav. Slovenský astronóm Juraj Tóth, ktorý pôsobí na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave, naopak, tvrdí, že nejde o predstavu raja.
V nasledujúcom rozhovore pre portál VEDA NA DOSAH prezradil viac o tom, ako Huygens zistil, že objavil mesiac Saturna, čo ho robí výnimočným v porovnaní s inými telesami našej slnečnej sústavy, a povie viac aj o pripravovanej misii úradu NASA, ktorá by mala odštartovať o tri roky.
Holandský astronóm Christiaan Huygens. Zdroj: ESA
Objav vlastným ďalekohľadom
Do 17. storočia sa učenci pri pozorovaní oblohy spoliehali len na vlastné oči. V roku 1609 už pozoroval prvé vesmírne telesá cez ďalekohľad toskánsky astronóm Galileo Galilei. V akom stave bola v čase objavu Titana v roku 1655 pozorovacia technika a ako vyzerali ďalekohľady?
Do vynájdenia ďalekohľadu a jeho použitia na sledovanie nočnej oblohy sme boli odkázaní len na náš zrak, prípadne uhlové pomôcky, ktoré aj tak potrebovali ľudské oko ako detektor, a náš mozog ako interpretačný článok toho, čo sme videli. Oko je úžasná a takmer dokonalá vec, ale má svoje limity. Nevie napríklad rozlíšiť veľmi malé a slabé nebeské telesá, ako sú mesiace planét. K ich objavom sme preto potrebovali ďalekohľady.
V prvej polovici 17. storočia predstavovali pomerne jednoduché optické systémy s malým rozlíšením a s menej kvalitným obrazom, hoci už vedeli desiatky ráz zdanlivo priblížiť, zväčšiť objekt, či už Saturn, alebo inú planétu. Galileo síce nevidel zreteľne napríklad to, že Saturn má prstenec, ale niečo v jeho okolí bolo. Saturn nazýval ušatou planétou, respektíve planétou s ramenami, čo dokresľuje kvalitu obrazu, ktorú mal k dispozícii.
Ako vyzeralo Huygensovo pozorovanie? Vedel od začiatku, že ide o mesiac planéty Saturn?
Huygens bol holandský matematik, fyzik a astronóm. Zaoberal sa aj konštruovaním a zlepšovaním ďalekohľadov, preto sa mu v 26 rokoch podarilo objaviť pri Saturne jeho najväčší mesiac Titan vlastným ďalekohľadom s priemerom 5 centimetrov a s dĺžkou 3,5 metra.
Huygens bol veľmi dobrý zakresľovač, preto svoje pozorovania zaznamenával a kreslil. Vtedy totiž nebola iná metóda, ako zaznamenať to, čo videl v ďalekohľade. Na základe jedného pozorovania neviete rozhodnúť, či sa pri Saturne premieta vzdialená hviezda, alebo jeho mesiac. V jeho ďalekohľade sa javil ako bod. Dovtedy boli známe štyri Jupiterove mesiace, ktoré objavil Galileo. Podobne aj Huygens, keď v priebehu viacerých nocí videl a zakresľoval si pozíciu Titana, zistil, že obieha okolo Saturna, čiže je jeho mesiacom.
Aké vesmírne telesá v čase objavenia Titana boli známe a pozorované?
Okrem voľným okom známych objektov, ako je Slnko, Mesiac, planéty Merkúr, Venuša, Mars, Jupiter, Saturn a, samozrejme, množstvo komét a hviezd, boli v roku 1655 známe aj štyri Jupiterove mesiace a potom hmloviny, ako napríklad Veľká hmlovina v Orióne. Bol to oveľa skromnejší výpočet než v dnešných časoch.
Jediný svojho druhu
Čo vyvolal alebo spôsobil objav Titana vo vtedajších vedeckých kruhoch a aký význam sa mu kladie v súčasnosti?
Myslím si, že v roku 1655 to bolo potvrdením toho, že je normálne, ak planéty majú mesiace, teda gravitačne viazané telesá na svojej obežnej dráhe. Zem mala Mesiac, Jupiter mal známe štyri od ich objavu Galileom v roku 1610 a teraz aj Saturn mal objavený mesiac.
Súčasný pohľad na Titan je iný ako pred 370 rokmi, keď bol z pohľadu zo Zeme len bodom v okolí Saturna. Titan je pre nás komplexný svet, výnimočný v porovnaní s inými mesiacmi. Každý mesiac v slnečnej sústave je jedinečným svetom a dnes ich pri planétach poznáme celkovo 416, pričom jestvujú ďalšie pri trpasličích planétach a mnohých asteroidoch.
Titan je jediný mesiac s atmosférou porovnateľnou svojou hustotou a zložením s našou atmosférou, dominantne obsahujúcou molekulárny dusík. Má komplexnú geológiu, pretože na ňom nájdeme moria a jazerá z etánu a metánu, ktorý sa vyparuje, kondenzuje do mrakov a prší na povrch, a to celé sa deje pri mínus 180 stupňoch Celzia.
Saturn spolu s mesiacom Titan (vpravo hore). Snímku vytvorila sonda Cassini dňa 5. januára 2012. Zdroj: ESA
Okrem nášho Mesiaca sme nemali na povrchu iného mesiaca medziplanetárnu sondu, iba na Titane, a môžete hádať, ako sa volala. Samozrejme, po objaviteľovi Titana Christiaanovi Huygensovi. V roku 2005, keď sonda pristála na povrchu Titana, sa kruh po 350 rokoch od objavu uzavrel.
Ktorí astronómovia sa venovali jeho pozorovaniu a skúmaniu a k akým zisteniam dospeli?
Približne dvadsať až tridsať rokov po Huygensovi podrobne skúmal Saturn aj Cassini a objavil ďalšie štyri nové mesiace, dnes známe ako Japetus, Rea, Tethys a Diona. Objavil aj štruktúru v Saturnovom prstenci známu ako Cassiniho delenie.
Až dlho po tom španielsky astronóm Comas i Solà v roku 1908 predpokladal existenciu atmosféry Titana, ale až Gerard Kuiper v roku 1944 ju definitívne potvrdil aj s prítomnosťou metánu v nej. Potom nasledovali ďalšie teleskopické pozorovania, ktoré najprv radili Titan veľkosťou pred najväčší mesiac slnečnej sústavy, pred Jupiterov Ganymedes. Až neskôr sa spresnila jeho veľkosť, zloženie atmosféry a jej teplota. To potvrdila aj prvá sonda pri Saturne Pioneer 11 v roku 1979 a následne Voyager 1 a Voyager 2 v roku 1980 a 1981, ktoré pre hustú atmosféru Titana nemohli nasnímať jeho povrch, kde sa predpokladal oceán z uhľovodíkov.
Sondy, ktoré len krátko obleteli Saturn s jeho mesiacmi a prstencami, detegovali v atmosfére Titana dominantný dusík a mnohé organické zlúčeniny. V roku 1994 Hubblov vesmírny ďalekohľad v blízkej infračervenej časti spektra objavil na povrchu svetlé a tmavé oblasti, a tým nepotvrdil existenciu globálneho oceánu, ale skôr možných lokalizovaných morí. Preto aj sonda Cassini so zostupným modulom Huygens pri prílete k Saturnu v roku 2004 počítala s možnosťou pristátia v kvapaline alebo na pevnom povrchu. To druhé sa aj udialo.
Kolobeh podobný zemskému
Viaže sa k objavu Titana nejaká zaujímavosť?
Titan obieha okolo Saturna s periódou necelých 16 dní. S priemerom 5 150 kilometrov je druhým najväčším mesiacom v slnečnej sústave, ale v čase objavu sa nevolal Titan. Toto pomenovanie dostal až v polovici 19. storočia od anglického astronóma Johna Herschela. Huygens ho nazýval Saturni luna, čiže mesiacom Saturna. Neskôr sa používal aj názov Huygensov mesiac.
Na snímke, ktorú zhotovila sonda Cassini, je zachytená severná polárna oblasť s detailnými zábermi jazier (vľavo) a veľkého mora (vpravo). More Ligeia Mare má rozmery 420 × 350 kilometrov. Zdroj: ESA
Čím sa Titan líši od iných mesiacov planét slnečnej sústavy?
Najvýraznejší rozdiel je v prítomnosti atmosféry a v procesoch, ktoré ovplyvňujú aj povrch mesiaca. Je tam podobný kvapalinovo-plynný cyklus, ktorý poznáme aj na Zemi vo forme vodného cyklu. Atmosféra z dusíka s prímesou metánu a etánu spôsobuje vyparovanie týchto uhľovodíkov, vytváranie mrakov, pršanie a následné stekanie po povrchu Titana. To by nebolo možné v relatívne slabom gravitačnom poli Titana, ak by bol bližšie pri Slnku.
Vzdialenosť od Slnka je desaťkrát väčšia než vzdialenosť Zeme od Slnka a chladné podmienky spôsobujú, že molekuly atmosféry neuniknú a môžu takto pretvárať povrch. Nikde inde v slnečnej sústave nič podobné nepoznáme okrem Zeme a Titana. V minulosti bol vodný cyklus aj na Marse, ale posledných niekoľko miliárd rokov už nie.
Ako vyzerá povrch Titana a ako vzniká metánový dážď?
Zo zostupnej sondy Huygens, ktorá na padáku postupne prechádzala cez hustú atmosféru a posielala obrazové a iná dáta cez materskú sondu Cassini smerom na Zem, sme videli systém potokov a riek s deltami ústiacimi do lokálnych morí a jazier. Dážď uhľovodíkov obmýva pohoria a zmýva z nich organické zlúčeniny a kumuluje ich v moriach.
Pohoria sú tvorené hlavne vodným ľadom. V severnejších a južnejších šírkach sa vyparuje metán, v okolí rovníka skôr etán. Tvoria oblačnosť, ktorá pri vhodných podmienkach kondenzuje a vypadávajú z nej kvapky metánu a etánu. Je to klasický dážď, ibaže má iné zloženie a teplotu a v slabšom gravitačnom poli kvapky padajú asi šesťkrát pomalšie.
Sonda Cassini nasnímala mesiac Titan v infračervenom spektre. Vďaka tomu sa jej podarilo preniknúť cez hustú atmosféru, ktorá ho obklopuje. Zdroj: NASA
Čím bol výskum sondy Cassini-Huygens výnimočný?
Sonda Cassini bola prvou a jedinou sondou, ktorá obiehala okolo Saturna viac ako trinásť rokov a detailne skúmala tento komplexný systém veľkej plynnej planéty, jej výrazný prstenec a množstvo veľkých a malých mesiacov. Ako som už spomenul, predchádzajúce sondy Pioneer a Voyager len rýchlo preleteli okolo Saturna a mohli poskytnúť síce užitočné, ale limitované informácie. Vždy keď môžeme merať in situ, prípadne pristáť na povrchu inej planéty alebo mesiaca, je to nenahraditeľný zdroj poznania.
Touto americko-európskou automatickou misiou sme začali chápať komplexný svet Saturna a jeho okolia. Bola to jedna z posledných vlajkových lodí, finančne nákladných a prístrojmi naplnených sond, aké sme kedy pri skúmaní slnečnej sústavy do vesmíru vypustili. A bola mimoriadne úspešná.
Titan by mohol byť po mesiaci Európa a planéte Mars ďalším miestom, ktoré by ľudstvo mohlo kolonizovať. Čo by sme tam našli?
Áno, je to jedno zo zaujímavých miest v slnečnej sústave aj na prípadnú kolonizáciu, ale určite až v ďalekej budúcnosti, ak vôbec. Predstavte si, že by ste museli v takej kolónii prežiť pri mínus 180 stupňoch Celzia, von by ste mohli ísť len v skafandroch, bolo by tam prítmie, oranžové šero a stále by na vás niečo tmavé pršalo.
Výhľad na Saturn a jeho prstenec z Titana by bol úžasný. Bol by približne desaťkrát väčší ako náš Mesiac na oblohe, ale s prstencami ešte viac a žiaril by intenzívnejšie. Len by sme ho z povrchu Titana pre hustú oblačnosť nikdy nevideli. V každom prípade, nie je to moja predstava raja. No o päť miliárd rokov, keď Slnko bude červeným obrom a Zem pohltí jeho horúca atmosféra, na Titane môže byť príjemne teplo. Vtedy by to mohlo byť aj pre nás o niečo zaujímavejšie.
Najnovšia informácia hovorí o objave viac ako sto nových mesiacov Saturna. Ako sa nám to podarilo?
Saturn má v súčasnosti známych 274 mesiacov. Isto budú v budúcnosti ešte pribúdať. Za 370 rokov od objavu Titana nám najviac objavov pribudlo počas pobytu sondy Cassini v okolí Saturna a aj po nej, keď sa spracovávali snímky a objavovali sa čoraz menšie mesiace.
Umelecké stvárnenie landera Huygens v rámci kombinovanej misie sondy Cassini-Huygens. Modul pristál na povrchu Titana 14. januára 2005. Zdroj: NASA
V posledných rokoch pribudlo veľa nových mesiacov z prehliadok veľkými, infračervenými ďalekohľadmi zo Zeme ako Subaru alebo Canada-France-Hawaii Telescope z Havaja, kde neďaleko máme umiestnený aj náš prístroj AMOS. Drvivá väčšina z nových mesiacov sú nepravidelné malé telesá s veľkosťou len málo kilometrov, prípadne aj menej. Mnohé z nich prekonali rozpady a kolízie, iné sú zachytenými cudzími ľadovými telesami a obiehajú okolo Saturna v opačnom smere ako veľké mesiace.
Bolo by možné, aby si planéta pritiahla teleso ako svoju ďalšiu obežnicu, ktorá by bola porovnateľne veľká alebo dokonca väčšia ako Titan? Alebo sú nové objavy ďalších mesiacov už vylúčené?
Aj v súčasnosti môže prísť ku gravitačnému zachyteniu iného maličkého telesa pri jeho blízkom priblížení k Saturnu, ktorý má 95-krát väčšiu hmotnosť ako Zem a tomu zodpovedajúce silové pôsobenie vo svojom okolí. Vesmírne časové škály sú však trochu iné ako naše, takže raz za stotisíc rokov je pre Saturn stále pomerne často. Myslím si, že skôr my budeme rýchlejšie zlepšovať naše ďalekohľady, než budú reálne pribúdať novo zachytené mesiačiky.
Pozrite si
Gravitačný záchyt mesiaca porovnateľne veľkého, ako je Titan, na obežnú dráhu Saturna je nepravdepodobný, v súčasnosti až vylúčený. Také veľké telesá v slnečnej sústave už nie sú k dispozícii. No o niečo menšie mesiace, ako je napríklad Triton v okolí Neptúna, boli gravitačne zachytené. To však bolo v počiatkoch slnečnej sústavy.
V polovici roka 2024 NASA oznámila, že k Titanu vyšle helikoptéru Dragonfly. V akom stave je misia teraz a čo očakávame, že sa o Titane dozvieme?
Misia Dragonfly bola schválená americkou vesmírnou agentúrou NASA a štart by mal byť o tri roky s pristátím v roku 2034, ak sa niečo nezmení. Táto malá helikoptéra, alebo skôr dron, by mohla využiť hustú atmosféru a navštíviť rôzne miesta na povrchu Titana, skúmať jeho geológiu a organické zlúčeniny, čo by nám mohlo niečo napovedať o iných než pozemských podmienkach pre život. Povrch Titana sa totiž stále pretvára. Vieme to z malej početnosti impaktných kráterov na povrchu, takže má aktívnu geológiu, prítomný je kryovulkanizmus pri nízkych teplotách a erozívna činnosť.
Vizualizácia prieskumného dronu misie s názvom Dragonfly, ktorá by k mesiacu Titan mala odštartovať v roku 2028. Zdroj: NASA
Predpokladá sa existencia kvapalného oceánu hlboko pod povrchom mesiaca. Zároveň je to prirodzene organické laboratórium pri nezvyčajných teplotných podmienkach. Sonda Huygens skúmala len miesto svojho pristátia, takže misia Dragonfly by nás zase posunula o kus ďalej v chápaní vývoja týchto výnimočných svetov.
Pred niekoľkými rokmi Slovensko navštívil jeden z členov pripravovanej misie Dragonfly Brandon Haber a viacerých našich študentov nadchol svojím rozprávaním. Ktovie, možno sa niektorí z nich budú podieľať na tejto novej misii k Titanu.
Zdroj: NASA
(RR)
