Titan, vroeger en nu




Titan, de grootste maan van de planeet Saturnus, is 350 jaar geleden ontdekt door de Nederlander Christiaan Huygens. Op dit moment wordt het stelsel van Saturnus met zijn manen onderzocht door het ruimteschip Cassini. Natuurlijk is hierbij de nodige aandacht voor Titan. Het hoogtepunt vond plaats op vrijdag 14 januari met een landing van de Europese sonde Huygens op deze ijsmaan.

  • De ontdekking van Titan
      De ontdekking van Titan gebeurde met een kijker met een enkelvoudige lens, een opening van 51 mm, een brandpuntafstand van 3410 mm (f/67) en een vergroting van 50 maal. De maan werd voor het eerst gezien op 25 maart 1655, binnenkort precies 350 jaar geleden. Zich afvragend of het lichtpuntje bij Saturnus hoorde, of een vaste ster was, noteerde Huygens de positie ten opzichte van Saturnus en een vaste ster. De volgende dag merkte hij dat Saturnus iets verschoven was ten opzichte van de vaste ster. De nieuw ontdekte maan daarentegen bleef dezelfde afstand houden tot de planeet en bleef deze vergezellen. Waarnemingen gedurende de dagen daarna namen alle twijfel weg, doordat de maan langzaam rond de planeet bewoog en een volledige omloop voltooide in 16 dagen.

      De grootste maan van Saturnus kreeg zijn huidige naam pas in 1847 dankzij de zoon van sir William Herschel, John Herschel, nadat er reeds 7 Saturnusmanen waren ontdekt. Hij werd hierbij geÔnspireerd door de Griekse mythologie. De Titanen waren volgens de oude Grieken de eerste goden.
  • Het onderzoek komt traag op gang
      Na de ontdekking van Titan, kwam er gedurende de volgende (bijna) 300 jaar weinig nieuwe informatie over deze maan naar buiten. De omlooptijd werd nauwkeuriger bepaald op 15,9 dagen. Uit metingen van de diameter kwam vast te staan dat het de grootste maan van ons zonnestelsel moest zijn. Nu weten dat de Jupitermaan Ganymedes nog iets groter is. Doordat in een telescoop het schijfje van Titan niet scherp begrensd was, vermoedde men in het begin van de vorige eeuw al dat hij een atmosfeer bezit.

      De Nederlandse astronoom Gerard P. Kuiper maakte in de winter van 1943-1944 spectroscopische opnamen van de grootste manen van Saturnus met de 208 cm kijker op de McDonalds sterrewacht in de USA. Hij ontdekte dat het spectrum van Titan dezelfde absorptiebanden van methaan (CH4) had die goed bekend waren van de planeten Saturnus en Jupiter en hij concludeerde hieruit dat Titan een atmosfeer moest bezitten. De vraag was nu hoeveel methaan er aanwezig is op Titan en uit welke andere gassen die atmosfeer nog meer bestaat. Hoe is deze dampkring ontstaan? De massa van Titan is veel kleiner dan die van Jupiter en Saturnus en daardoor is de zwaartekracht ook veel geringer. Titan kan zodoende geen grote hoeveelheden van de lichtere gassen waterstof en helium vasthouden. Zijn er wolken op Titan, zoals op Jupiter en Saturnus en hoe ziet het oppervlak eruit? Er waren veel vragen die niet opgelost konden worden door de waarnemers met hun aardse telescopen. Hiervoor staat Titan te ver weg. De maximale hoek van 0,8 boogseconden, waaronder Titan kan worden waargenomen, is te klein om met de aardse kijkers zinvolle metingen te kunnen doen.
  • Verbeterde waarnemingstechnieken
      Dit veranderde in 1980 door de ruimtevaart. De ruimtesonde Voyager 1 vloog dat jaar in november op een afstand van 4000 km langs de maan Titan. De opnamen lieten een ondoorzichtige atmosfeer zien, waaronder het oppervlak verborgen bleef. Uit studies van de atmosfeer bleek dat deze voor het grootste deel (82 ŗ 99%) uit stikstof (N2) bestaat. Het eerder gevonden methaan komt voor in een hoeveelheid van 1 ŗ 6 %. De druk aan het oppervlak is 1,5 bar en de temperatuur 180 graden Celcius onder nul. Dit ligt dicht bij het zogeheten tripelpunt van methaan, wat betekent dat deze stof er zowel in vaste vorm (ijs), als vloeistof en/of gas kan voorkomen.

      Sinds 1988 kan men het oppervlak van Titan met behulp van radargolven waarnemen en denkt men dat Titan grotendeels een vast oppervlak heeft, dat bestaat uit een mengsel van waterijs en vaste koolwaterstoffen in tegenstelling tot de continenten en zeeŽn, zoals eerder werd aangenomen. Hoewel de atmosfeer voor zichtbaar licht niet doorzichtig is, kan men in het infrarode deel van het spectrum wel door de dampkring heen kijken. In het begin van de jaren negentig laten opnamen, gemaakt door de Hubble Space Telescoop, allerlei lichte en donkere gebieden zien, waaronder zich mogelijk een continent bevindt. Het idee van een maanomvattende zee van methaan wordt hiermee weerlegd.
  • 14 Januari 2005
      Na een reis van 7 jaar landde voor het eerst een sonde (Huygens) op het oppervlak van Titan. Tijdens de uren durende afdaling door de atmosfeer werd er van alles gemeten en gefotografeerd. Helaas werd door een communicatiestoornis in eerste instantie slechts de helft van de 700 opnamen ontvangen. De rest van de data probeert het JIVE (rekencentrum van een aantal radiotelescopen) in Dwingeloo nog te achterhalen dankzij een netwerk van radiotelescopen die de signalen van de Huygens sonde eveneens hebben ontvangen.. Een week na de landing werden de eerste conclusies gepresenteerd. De vaste bodem bestaat uit bevroren water en steen, bedekt met een organische smurrie.

      Er zijn stromingspatronen te zien. De vloeistof die over het oppervlak stroomt is methaan (vloeibaar aardgas) en dat bij een temperatuur van 180 graden Celcius onder nul. Titan wordt overspoeld door vloeibaar aardgas, dat als regen uit de wolken valt, door rivieren en zeeŽn stroomt en de bodem doordrenkt. Door het ontbreken van zuurstof ontbrandt het methaan niet. De grootste bron van zuurstof is water, maar dat is allemaal bevroren. Gezien de lage temperatuur en de trage chemie lijkt het onwaarschijnlijk dat er leven is op Titan.
  • Wat nu verder ?
      Intussen draait Cassini zijn rondjes rond Saturnus. Als alles volgens plan verloopt, scheert de sonde in de komende vier jaar 44 maal langs Titan om deze met behulp van radar volledig in kaart te brengen.

      Het is wel duidelijk dat we de komende jaren nog veel meer te weten komen over deze intussen beroemde maan Titan die wel enige overeenkomsten heeft met onze eigen (wel wat warmere) oeraarde, zoín 4 miljard jaar geleden.
    Wim Zijlema

    Bronnen:

    The Astronomical Scrapbook by John Ashbrook, 1984
    The planet Saturn, A.F.O.D Alexander , 1962
    The new Solar System, J. Kelly Beatty e.a., blz 277 ev
    Systema Saturnium (1659) door Christiaan Huygens
    Christiaan Huygens, Facetten van een genie, ESA, 2004
    Zenit 1994 (nov), blz 451 ev
    Zenit 2004 (dec), blz 552 ev

    www.phys.uu.nl
    www.kennislink.nl
    www.esa.int
    saturn.jpl.nasa.gov