These images of Titan were taken by the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope on 11July 2023 (top row) and the ground-based W.M. Keck Observatories on 14 July 2023 (bottom row). They show methane clouds (denoted by the white arrows) appearing at different altitudes in Titan’s northern hemisphere. On the left side are representative-colour images from both telescopes. In the Webb image light at 1.4 microns is coloured blue, 1.5 microns is green, and 2.0 microns is red (filters F140M, F150W, and F200W, respectively). In the Keck image light at 2.13 microns is coloured blue, 2.12 microns is green, and 2.06 microns is red (H2 1-0, Kp, and He1b, respectively). In the middle column are single-wavelength images taken by Webb and Keck at 2.12 microns. This wavelength is sensitive to emission from Titan’s lower troposphere. The rightmost images show emission at 1.64 microns (Webb) and 2.17 microns (Keck), which favour higher altitudes, in Titan’s upper troposphere and stratosphere (an atmospheric layer above the troposphere). It demonstrates that the clouds are seen at higher altitudes on July 14 than earlier on July 11, indicative of upward motion. [Image description: A six-panel graphic with two rows and three columns, showing infrared images of Saturn’s moon Titan. The top row is labeled “Webb, 11 July 2023” and the bottom row is labeled “Keck, 14 July 2023.” The leftmost images are labeled “atmosphere and surface.” They show a mottled globe of brown and yellow with a hazy blue edge. At the top, a white spot that is somewhat faint in the Webb image and brighter in the Keck image has an arrow pointing to it. The middle column is labeled “troposphere” and shows a dark orange globe with a brighter edge. The only features are bright spots near the top and bottom. The top spot is fainter in the Webb image and brighter in the Keck image, and has an arrow pointing to it. The rightmost images are labeled “stratosphere” and also show a dark orange glo
ทีมนักวิทยาศาสตร์จากองค์การอวกาศยุโรป (European Space Agency – ESA) เผยผลการศึกษาล่าสุดที่พบหลักฐานการเกิดเมฆและฝนมีเทนบนดวงจันทร์ไททัน (Titan) ของดาวเสาร์ ซึ่งเป็นครั้งแรกที่ตรวจพบในซีกเหนือ ชี้ให้เห็นถึงความคล้ายคลึงของสภาพอากาศกับโลกของเรา
การค้นพบครั้งนี้เป็นผลมาจากการผนวกข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope – JWST) ของ NASA/ESA/CSA ร่วมกับกล้องโทรทรรศน์เคก 2 (Keck II telescope) ที่ใช้สังเกตการณ์ชั้นบรรยากาศอันหนาทึบและมีหมอกควันสีเหลืองอมส้มของไททัน
นายคอเนอร์ นิกสัน (Conor Nixon) นักวิทยาศาสตร์จากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ด (Goddard Space Flight Center) ของ NASA อธิบายว่า ไททันเป็นเพียงสถานที่เดียวในระบบสุริยะของเราที่มีสภาพอากาศคล้ายโลก นั่นคือมีทั้งเมฆและฝนตกลงสู่พื้นผิว แต่สิ่งที่แตกต่างคือ แทนที่จะเป็นวัฏจักรน้ำเหมือนโลก ไททันกลับมีวัฏจักรของ มีเทน (CH4) โดยมีเทนจะระเหยจากพื้นผิว ลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ ควบแน่นเป็นเมฆ และตกลงมาเป็นฝนที่เย็นจัดและเหนียวเหนอะหนะบนพื้นผิวที่ปกคลุมด้วยน้ำแข็งแข็งดุจหิน
ทีมวิจัยได้สังเกตการณ์ไททันในเดือนพฤศจิกายน 2022 และกรกฎาคม 2023 โดยไม่เพียงแต่พบเมฆในละติจูดกลางและสูงของซีกเหนือเท่านั้น ซึ่งเป็นช่วงฤดูร้อนของไททัน แต่ยังพบว่าเมฆเหล่านี้ดูเหมือนจะลอยขึ้นสู่ระดับความสูงที่สูงขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งเป็นหลักฐานแรกของการพาความร้อนของเมฆในบริเวณนี้
นายโทมัส คอร์เนต์ (Thomas Cornet) จาก ESA ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าวเพิ่มเติมว่า การสังเกตการณ์ของเวบบ์เกิดขึ้นในช่วงสิ้นสุดฤดูร้อนทางเหนือของไททัน ซึ่งเป็นช่วงที่เราไม่เคยได้ศึกษาด้วยภารกิจแคสสินี-ฮอยเกนส์ (Cassini-Huygens mission) มาก่อน ข้อมูลจากเวบบ์และกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินได้ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับชั้นบรรยากาศของไททัน และหวังว่าในอนาคตจะมีภารกิจของ ESA เพื่อสำรวจระบบดาวเสาร์ได้อย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้น
เจาะลึกเคมีสุดซับซ้อน กุญแจสำคัญสู่การกำเนิดสิ่งมีชีวิต?
ไททันยังเป็นที่สนใจอย่างมากในทางชีววิทยาอวกาศ เนื่องจากมี เคมีอินทรีย์ ที่ซับซ้อน แม้จะมีอุณหภูมิที่หนาวจัดถึงประมาณ -180 องศาเซลเซียส การศึกษาโมเลกุลอินทรีย์บนไททันอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกระบวนการที่นำไปสู่ต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกได้
หัวใจสำคัญของปฏิกิริยาเคมีบนไททันคือมีเทน เมื่อมีเทนในชั้นบรรยากาศถูกแยกออกจากกันด้วยแสงอาทิตย์หรืออิเล็กตรอนพลังงานสูงจากสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ มันจะรวมตัวกับโมเลกุลอื่นเพื่อสร้างสารประกอบที่ซับซ้อนขึ้น เช่น อีเทน (C2H6)
ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเวบบ์ได้เผยให้เห็น เมทิลแรดิคัล (CH3) ซึ่งเป็นโมเลกุลสำคัญที่ขาดหายไปในการทำความเข้าใจกระบวนการทางเคมีนี้ การตรวจพบโมเลกุลนี้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์สามารถเห็นปฏิกิริยาเคมีที่กำลังเกิดขึ้นบนไททันได้เป็นครั้งแรก ไม่ใช่เพียงแค่สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์สุดท้าย
นางสเตฟานี ไมแลม (Stefanie Milam) จากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ด เปรียบเทียบการค้นพบนี้ว่า เป็นครั้งแรกที่เราสามารถเห็นเค้กเคมีในขณะที่มันกำลังขึ้นฟูในเตาอบ แทนที่จะเป็นเพียงส่วนผสมเริ่มต้นอย่างแป้งและน้ำตาล แล้วก็เห็นแค่เค้กที่อบเสร็จแล้ว
อย่างไรก็ตาม เคมีไฮโดรคาร์บอนนี้มีนัยยะระยะยาวต่ออนาคตของไททัน เมื่อมีเทนถูกแยกออกจากกันในชั้นบรรยากาศส่วนบน บางส่วนจะรวมตัวกันใหม่เพื่อสร้างโมเลกุลอื่นที่ตกสู่พื้นผิว ขณะที่ไฮโดรเจนบางส่วนจะหลุดออกสู่ห้วงอวกาศ ผลลัพธ์คือมีเทนจะค่อยๆ หมดไปตามกาลเวลา หากไม่มีแหล่งเติมเต็ม เหมือนกับที่เคยเกิดขึ้นกับดาวอังคารที่โมเลกุลน้ำถูกแยกออกจากกันและไฮโดรเจนก็หายไป จนกลายเป็นดาวเคราะห์ที่แห้งแล้งในปัจจุบัน
ผลการวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการสังเกตการณ์ Guaranteed Time Observations ของ ไฮดี้ แฮมเมิล (Heidi Hammel) เพื่อศึกษาโครงสร้างของระบบสุริยะ และได้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Astronomy
เครดิตภาพและข้อมูล: NASA, ESA, CSA, STScI, Keck Observatory
- Titan forecast: partly cloudy with a chance of methane showers
