نگاهی بی‌سابقه به قمر تیتان زحل

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، صبح روز شنبه، ۵ نوامبر، یک تیم بین‌المللی از دانشمندان سیاره‌شناسی با دیدن اولین تصاویر وب از بزرگترین قمر زحل، تیتان، با لذت فراوان از خواب بیدار شدند. در اینجا، محقق اصلی کانر نیکسون و دیگران در تیم برنامه ۱۲۵۱ مشاهده زمان تضمین شده (GTO) که از وب برای بررسی جو و آب و هوای تیتان استفاده می‌کنند، واکنش‌های اولیه خود را به دیدن داده‌ها شرح می‌دهند.

بزرگترین قمر زحل، تیتان، تنها قمر منظومه شمسی با جوی متراکم است و همچنین تنها جرم سیاره‌ای غیر از زمین است که در حال حاضر رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و دریا‌ها دارد. بر خلاف زمین، مایع روی سطح تیتان از هیدروکربن‌هایی از جمله متان و اتان تشکیل شده است نه آب. جو آن پر از مه غلیظ است که نور مرئی را که از سطح منعکس می‌شود، پنهان می‌کند.

ما سال‌ها منتظر بودیم تا از دید مادون قرمز وب برای مطالعه جو تیتان، از جمله الگو‌های آب و هوای شگفت‌انگیز و ترکیب گازی آن، استفاده کنیم و همچنین برای مطالعه ویژگی‌های آلبدو (لکه‌های روشن و تاریک) روی سطح، از مه دیدن کنیم. جو تیتان فوق‌العاده جالب است، نه تنها به دلیل ابر‌های متان و طوفان‌های آن، بلکه به دلیل آنچه می‌تواند در مورد گذشته و آینده تیتان به ما بگوید - از جمله اینکه آیا همیشه جو داشته است یا خیر. ما از نتایج اولیه کاملاً خوشحال بودیم.

عضو تیم سباستین رودریگز از دانشگاه پاریس سیته اولین کسی بود که تصاویر جدید را دید و از طریق ایمیل به بقیه هشدار داد: چه بیدار شدیم امروز صبح (به وقت پاریس)! بسیاری از هشدار‌ها در صندوق پستی من! من مستقیماً به رایانه خود رفتم و بلافاصله شروع به دانلود داده‌ها کردم. در نگاه اول، به سادگی فوق العاده است! من فکر می‌کنم ما داریم یک ابر می‌بینیم!

Heidi Hammel، سرپرست پروژه Webb Solar System GTO، از انجمن دانشگاه‌های تحقیقاتی در نجوم (AURA)، واکنش مشابهی داشت: فوق العاده! عاشق دیدن ابر و نشانه‌های واضح آلبدو هستم؛ بنابراین مشتاقانه منتظر طیف‌ها هستیم! تبریک، همه! متشکرم!

تکامل ابر‌ها در تیتان طی ۳۰ ساعت بین ۴ نوامبر و ۶ نوامبر ۲۰۲۲، همانطور که توسط Webb NIRCam (چپ) و Keck NIRC-۲ (راست) مشاهده شد. نیمکره دنباله دار تیتان که در اینجا دیده می‌شود، همانطور که از زمین و خورشید دیده می‌شود، از چپ (سپیده دم) به راست (عصر) در حال چرخش است. به نظر می‌رسد که ابر A در حال چرخش به سمت دید است در حالی که به نظر می‌رسد ابر B یا در حال پراکندگی است یا در پشت اندام تیتان (در اطراف به سمت نیمکره رو به دور از ما) حرکت می‌کند. ابر‌ها روی تیتان یا زمین ماندگاری طولانی ندارند، بنابراین ابر‌هایی که در ۴ نوامبر دیده می‌شوند ممکن است مشابه ابر‌هایی نباشند که در ۶ نوامبر دیده شده اند. تصویر NIRCam از فیلتر‌های زیر استفاده می‌کند: آبی=F۱۴۰M (۱.۴۰ میکرون)، سبز=F۱۵۰W (۱.۵۰) میکرون)، قرمز=F۲۰۰W (۱.۹۹ میکرون)، روشنایی=F۲۱۰M (۲.۰۹ میکرون). تصویر Keck NIRC-۲ مورد استفاده قرار گرفت: قرمز=He۱b (۲.۰۶ میکرون)، سبز=Kp (۲.۱۲ میکرون)، آبی=H۲، ۱-۰ (۲.۱۳ میکرون).

به این ترتیب یک روز فعالیت دیوانه وار آغاز شد. با مقایسه تصاویر مختلف گرفته شده توسط دوربین مادون قرمز نزدیک وب (NIRCam)، به زودی تأیید کردیم که یک نقطه روشن قابل مشاهده در نیمکره شمالی تیتان در واقع یک ابر بزرگ است. کمی بعد متوجه ابر دوم شدیم. تشخیص ابر‌ها هیجان‌انگیز است، زیرا پیش‌بینی‌های طولانی‌مدت مدل‌های رایانه‌ای در مورد آب و هوای تیتان را تأیید می‌کند، مبنی بر اینکه ابر‌ها در نیمه شمالی نیمکره در اواخر تابستان آن به آسانی تشکیل می‌شوند، زمانی که سطح توسط خورشید گرم می‌شود.

سپس متوجه شدیم که این مهم است که بفهمیم آیا ابر‌ها در حال حرکت یا تغییر شکل هستند، که ممکن است اطلاعاتی را در مورد جریان هوا در جو تیتان نشان دهد؛ بنابراین ما به سرعت با همکاران تماس گرفتیم تا با استفاده از رصدخانه Keck در هاوایی آن شب، مشاهدات بعدی را درخواست کنیم. سرپرست تیم Webb Titan ما، کانر نیکسون از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، به ایمکه دی پاتر در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، و کاترین دی کلیر در مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) که تجربه زیادی در استفاده از Keck دارند، نوشت: ما به تازگی دریافت کردیم. اولین تصاویر ما از تایتان از وب، که دیشب گرفته شده است. خیلی هیجان انگیز! به نظر ما ابر بزرگی بر فراز منطقه قطبی شمالی نزدیک کراکن ماری وجود دارد. ما در مورد مشاهده پیگیری پاسخ سریع در Keck برای مشاهده هرگونه تکامل در ابر متعجب بودیم؟

پس از مذاکره با کارکنان کک و ناظرانی که از قبل قرار بود از تلسکوپ آن شب استفاده کنند، ایمکه و کاترین به سرعت مجموعه‌ای از رصد‌ها را در صف قرار دادند. هدف این بود که تیتان را از استراتوسفر تا سطح آن کاوش کنیم تا بتوانیم ابر‌هایی را که با وب دیدیم، بگیریم. مشاهدات موفقیت آمیز بود! ایمکه دی پاتر اظهار داشت: دو روز بعد با کک به تیتان نگاه کردیم، نگران بودیم که ابر‌ها ناپدید شوند، اما با خوشحالی ما ابر‌هایی در همان موقعیت‌ها وجود داشت که به نظر می‌رسید شکل آن‌ها تغییر کرده است.

پس از به دست آوردن داده‌های Keck، به کارشناسان مدل‌سازی اتمسفر مراجعه کردیم تا به تفسیر آن کمک کنند. یکی از آن کارشناسان، خوان لورا در دانشگاه ییل، اظهار داشت: در واقع هیجان انگیز است! خوشحالم که این را می‌بینیم، زیرا مقدار کمی از فعالیت ابری را برای این فصل پیش بینی کرده بودیم! ما نمی‌توانیم مطمئن باشیم که ابر‌های ۴ و ۶ نوامبر همان ابر‌ها هستند، اما آن‌ها تاییدی بر الگو‌های آب و هوای فصلی هستند.

این تیم همچنین طیف‌ها را با طیف‌نگار فروسرخ نزدیک وب (NIRSpec) جمع‌آوری کرد، که به ما دسترسی به طول‌موج‌های زیادی را می‌دهد که برای تلسکوپ‌های زمینی مانند Keck توسط جو زمین مسدود شده‌اند. این داده‌ها، که ما هنوز در حال تجزیه و تحلیل آن‌ها هستیم، به ما امکان می‌دهد تا واقعاً ترکیب اتمسفر و سطح زیرین تیتان را به روش‌هایی که حتی فضاپیمای کاسینی قادر به انجام آن نبود، بررسی کنیم و در مورد آنچه که باعث ایجاد ویژگی درخشان روی قطب جنوب شده است، اطلاعات بیشتری کسب کنیم.

ما منتظر داده‌های بیشتر Titan از NIRCam و NIRSpec و همچنین اولین داده‌های خود از ابزار مادون قرمز میانی Webb (MIRI) در ماه مه یا ژوئن ۲۰۲۳ هستیم. داده‌های MIRI بخش بزرگ‌تری از طیف تیتان، از جمله برخی طول‌موج‌های ما را نشان خواهد داد. هرگز دیده نشده است این اطلاعاتی در مورد گاز‌های پیچیده موجود در جو تیتان و همچنین سرنخ‌های مهمی برای رمزگشایی اینکه چرا تیتان تنها قمر منظومه شمسی با جو متراکم است به ما می‌دهد.

مائل اس سیه، یک دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه پاریس سیته، به ویژه مشتاقانه منتظر این مشاهدات است: من از داده‌های وب در تحقیقات دکترای خود استفاده خواهم کرد، بنابراین بسیار هیجان انگیز است که در نهایت پس از سال‌ها شبیه سازی، داده‌های واقعی را بدست آوریم.. من نمی‌توانم منتظر بمانم تا ببینم در قسمت دوم سال آینده چه خواهد آمد!

درباره نویسندگان

* کانر نیکسون، دانشمند سیاره‌شناسی در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گرین‌بلت، مریلند، و به‌عنوان محقق اصلی در برنامه مشاهده زمان تضمین‌شده Webb Cycle ۱، ۱۲۵۱ خدمت می‌کند.

* هایدی همل محقق مشترک سیاره‌شناس است. او معاون علمی در AURA است و گروه علمی سیستم خورشیدی JWST را رهبری می‌کند.

* سباستین رودریگز، محقق مشترک، سیاره‌شناس در انستیتو فیزیکی گلوب پاریس در دانشگاه پاریس سیته، در فرانسه است.

* ایمکه دی پاتر، استاد بازنشسته نجوم در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، و سرپرست تیم رصد Keck Titan است.

* کاترین دکلیر، استادیار علوم سیاره‌شناسی و نجوم در Caltech در پاسادنا، کالیفرنیا، و یکی از اعضای تیم رصد Keck Titan است.

* خوان لورا، استادیار علوم زمین و سیاره در دانشگاه ییل در نیوهیون، کانکتیکات است.

* مائل اس سیه دانشجوی کارشناسی ارشد علوم سیاره‌ای در انستیتوی فیزیک دو گلوب پاریس از دانشگاه پاریس سیته، در فرانسه است.