TITAN (VỆ TINH): ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN, QUỸ ĐẠO, CHUYỂN ĐỘNG - ARTE - 2025

Titan là một trong những vệ tinh của hành tinh Sao Thổ và là vệ tinh lớn nhất. Bề mặt của nó là băng giá, nó lớn hơn sao Thủy, và nó có bầu khí quyển dày đặc nhất trong số các vệ tinh trong hệ mặt trời.

Từ Trái đất, Titan có thể nhìn thấy với sự trợ giúp của ống nhòm hoặc kính thiên văn. Đó là Christian Huygens (1629-1695), một nhà thiên văn học người Hà Lan, người lần đầu tiên phát hiện thấy vệ tinh bằng kính thiên văn vào năm 1655. Huygens không gọi nó là Titan, mà chỉ đơn giản là Luna Saturni, tiếng Latinh có nghĩa là "mặt trăng của Sao Thổ."

Hình 1. Titan quay quanh sao Thổ. Hình ảnh của là Cassini. Nguồn: NASA.

Tên Titan, bắt nguồn từ thần thoại Hy Lạp, được đề xuất bởi John Herschel (1792-1871), con trai của William Herschel, vào giữa thế kỷ 19. Các Titan là anh em của Cronos, cha đẻ thời đó của người Hy Lạp, tương đương với sao Thổ của người La Mã.

Cả những sứ mệnh không gian được thực hiện trong nửa cuối thế kỷ 20 và những quan sát của Kính viễn vọng Không gian Hubble đã làm tăng đáng kể kiến ​​thức về vệ tinh này, bản thân nó là một thế giới hấp dẫn.

Đầu tiên, trên Titan có những hiện tượng khí tượng tương tự như trên Trái đất, chẳng hạn như gió, bốc hơi và mưa. Nhưng có một sự khác biệt cơ bản: trên Titan, mêtan đóng một vai trò quan trọng trong chúng, vì chất này là một phần của khí quyển và bề mặt.

Ngoài ra, do trục quay của nó bị nghiêng, Titan được hưởng các mùa, mặc dù thời gian kéo dài khác với Trái đất.

Vì điều này và cũng bởi vì nó có bầu khí quyển riêng và kích thước lớn của nó, Titan đôi khi được mô tả như một hành tinh thu nhỏ và các nhà khoa học đã tập trung tìm hiểu kỹ hơn về nó, để biết liệu nó có chứa đựng hay có khả năng chứa đựng sự sống hay không.

Đặc điểm chung

Kích thước

Titan là vệ tinh lớn thứ hai, chỉ sau Ganymede, mặt trăng khổng lồ của Sao Mộc. Về kích thước, nó lớn hơn sao Thủy, vì hành tinh nhỏ này có đường kính 4879,4 km và Titan có đường kính 5149,5 km.

Hình 2. So sánh kích thước giữa Trái đất, Mặt trăng và Titan, phía dưới bên trái. Nguồn: Wikimedia Commons. Hình ảnh Toàn cảnh Trái đất của Apollo 17: Hình ảnh Mặt Trăng Toàn phần qua kính viễn vọng của NASA: Gregory H. Hình ảnh Revera về Titan: NASA / JPL / Viện Khoa học Không gian / Miền công cộng

Tuy nhiên, Titan có một tỷ lệ lớn băng trong thành phần của nó. Các nhà khoa học biết điều này thông qua mật độ của nó.

Tỉ trọng

Để tính khối lượng riêng của một vật, cần phải biết cả khối lượng và thể tích của nó. Khối lượng của Titan có thể được xác định thông qua định luật thứ ba của Kepler, cũng như dữ liệu được cung cấp bởi các sứ mệnh không gian.

Mật độ của Titan hóa ra là 1,9 g / cm ³ , thấp hơn rất nhiều so với mật độ của các hành tinh đá. Điều này chỉ có nghĩa là Titan có một tỷ lệ lớn băng - không chỉ là nước, băng có thể là các chất khác - trong thành phần của nó.

Không khí

Vệ tinh có một bầu khí quyển dày đặc, một điều hiếm thấy trong hệ mặt trời. Bầu khí quyển này chứa khí mêtan, nhưng thành phần chính là nitơ, giống như bầu khí quyển của Trái đất.

Nó không có nước, cũng không có carbon dioxide, nhưng có các hydrocacbon khác hiện diện, bởi vì ánh sáng mặt trời phản ứng với mêtan, tạo ra các hợp chất khác như axetylen và etan.

Không có từ trường

Về từ tính, Titan thiếu từ trường của riêng nó. Vì nằm ở rìa các vành đai bức xạ của Sao Thổ, nhiều hạt năng lượng cao vẫn tiếp cận bề mặt Titan và phá vỡ các phân tử ở đó.

Một nhà du hành giả định đến Titan sẽ thấy nhiệt độ bề mặt vào khoảng -179,5 ºC và áp suất khí quyển có lẽ khó chịu: một lần rưỡi giá trị của áp suất trái đất ở mực nước biển.

Mưa

Trên Titan, trời mưa, do khí mê-tan ngưng tụ trong khí quyển, mặc dù cơn mưa này có thể thường không đến được mặt đất, vì nó một phần bốc hơi trước khi xuống mặt đất.

Tóm tắt các đặc điểm vật lý chính của Titan

Thành phần

Các nhà khoa học hành tinh suy ra từ mật độ của Titan, gần gấp đôi mật độ của nước, rằng vệ tinh là nửa đá và nửa băng.

Đá chứa sắt và silicat, trong khi băng không phải toàn nước, mặc dù dưới lớp đông cứng của vỏ có hỗn hợp nước và amoniac. Có oxy trên Titan, nhưng được gắn với nước trong bề mặt.

Bên trong Titan, cũng giống như trên Trái đất và các thiên thể khác trong hệ Mặt trời, có các nguyên tố phóng xạ tạo ra nhiệt khi chúng phân hủy thành các nguyên tố khác.

Điều quan trọng cần lưu ý là nhiệt độ trên Titan gần với điểm ba của mêtan, điều này cho thấy hợp chất này có thể tồn tại ở dạng rắn, lỏng hoặc khí, đóng vai trò giống như nước trên Trái đất.

Điều này đã được xác nhận bởi tàu thăm dò Cassini, tàu đã tìm cách đi xuống bề mặt của vệ tinh, nơi nó tìm thấy các mẫu bay hơi của hợp chất này. Nó cũng phát hiện các khu vực trong đó sóng vô tuyến bị phản xạ yếu, tương tự như cách chúng được phản xạ trong các hồ và đại dương trên Trái đất.

Những vùng tối này trong các bức ảnh vô tuyến cho thấy sự hiện diện của các thiên thể mêtan lỏng, rộng từ 3 đến 70 km, mặc dù cần có thêm bằng chứng để chứng minh sự thật.

Bầu khí quyển trên Titan

Nhà thiên văn học người Hà Lan Gerard Kuiper (1905-1973) vào năm 1944 đã xác nhận rằng Titan có bầu khí quyển riêng, nhờ đó vệ tinh có màu nâu cam đặc trưng có thể nhìn thấy trong các bức ảnh.

Sau đó, nhờ dữ liệu do sứ mệnh Voyager gửi về vào đầu những năm 1980, người ta thấy rằng bầu khí quyển này khá đặc, mặc dù nó nhận được ít bức xạ mặt trời hơn do khoảng cách xa.

Nó cũng có một lớp sương mù, làm mờ bề mặt và trong đó có các hạt hydrocacbon ở dạng huyền phù.

Trong khí quyển phía trên của Titan, gió lên tới 400 km / h phát triển, mặc dù khi tiếp cận bề mặt, bức tranh toàn cảnh sẽ thanh thản hơn một chút.

Khí quyển

Về thành phần của nó, khí trong khí quyển bao gồm 94% nitơ và 1,6% mêtan. Phần còn lại của các thành phần là hydrocacbon. Đây là tính năng đặc trưng nhất, vì ngoài khí quyển của Trái đất, không có khí nào khác trong hệ Mặt trời chứa nitơ với số lượng như vậy.

Mêtan là một loại khí nhà kính mà sự hiện diện của nó ngăn cản nhiệt độ của Titan giảm thêm. Tuy nhiên, lớp ngoài cùng, được tạo thành từ các khí phân tán rộng rãi, có khả năng phản xạ và chống lại hiệu ứng nhà kính.

Hydrocacbon

Trong số các hydrocacbon được quan sát trên Titan, acrylonitrile nổi bật với nồng độ lên tới 2,8 phần triệu (ppm), được phát hiện thông qua các kỹ thuật quang phổ.

Nó là một hợp chất được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nhựa và theo các nhà khoa học, nó có khả năng tạo ra cấu trúc tương tự như màng tế bào.

Mặc dù acrylonitrile ban đầu được phát hiện ở các lớp trên của khí quyển Titan, nhưng người ta tin rằng nó có thể chạm tới bề mặt, ngưng tụ trong các lớp khí quyển thấp hơn và sau đó rơi xuống dưới mưa.

Ngoài acrylonitrile, trên Titan còn có tholins hoặc tholins, những hợp chất kỳ lạ có bản chất hữu cơ xuất hiện khi ánh sáng cực tím phân mảnh metan và phân tách các phân tử nitơ.

Kết quả là những hợp chất phức tạp hơn này được cho là đã tồn tại trên Trái đất sơ khai. Chúng đã được phát hiện trên các thế giới băng giá bên ngoài vành đai tiểu hành tinh và các nhà nghiên cứu có thể sản xuất chúng trong phòng thí nghiệm.

Những phát hiện như vậy rất thú vị, mặc dù các điều kiện của vệ tinh không thích hợp cho sự sống trên cạn, đặc biệt là do nhiệt độ quá cao.

Cách quan sát Titan

Titan có thể nhìn thấy từ Trái đất như một điểm sáng nhỏ xung quanh sao Thổ khổng lồ, nhưng sự trợ giúp của các dụng cụ như ống nhòm hoặc kính thiên văn là cần thiết.

Mặc dù vậy, chúng ta không thể nhận thấy nhiều chi tiết, bởi vì Titan không tỏa sáng nhiều như các vệ tinh Galilê (vệ tinh lớn của Sao Mộc).

Ngoài ra, kích thước lớn và độ sáng của Sao Thổ đôi khi có thể che giấu sự hiện diện của vệ tinh, vì vậy cần tìm kiếm những khoảnh khắc có khoảng cách lớn nhất giữa hai vệ tinh để phân biệt vệ tinh.

Quỹ đạo

Titan mất gần 16 ngày để quay xung quanh Sao Thổ và sự quay như vậy là đồng bộ với hành tinh, có nghĩa là nó luôn hiển thị cùng một khuôn mặt.

Hiện tượng này rất phổ biến giữa các vệ tinh trong hệ mặt trời. Ví dụ, Mặt trăng của chúng ta cũng đang quay đồng bộ với Trái đất.

Hình 3. Quỹ đạo của Titan được đánh dấu bằng màu đỏ, cùng với quỹ đạo của các vệ tinh chính của Sao Thổ: Hyperion và Iapetus là ngoài cùng của Titan, trong khi ở trong cùng, theo thứ tự: Rhea, Dione, Tethys, Enceladus và Mimas . Nguồn: Wikimedia Commons. Bản gốc: Đống đổ nátVector: Mysid. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Điều này là do lực thủy triều, không chỉ nâng các khối chất lỏng, đây là hiệu ứng được đánh giá cao nhất trên Trái đất. Chúng cũng có khả năng nâng lớp vỏ và làm cong các hành tinh và vệ tinh.

Lực thủy triều làm chậm dần tốc độ của vệ tinh cho đến khi tốc độ quỹ đạo bằng tốc độ quay.

Chuyển động quay

Sự quay đồng bộ của Titan có nghĩa là chu kỳ quay quanh trục của nó giống với chu kỳ quỹ đạo, tức là khoảng 16 ngày.

Có những trạm trên Titan vì độ nghiêng của trục quay là 26º so với hoàng đạo. Nhưng không giống như Trái đất, mỗi trái đất sẽ tồn tại trong khoảng 7,4 năm.

Năm 2006, tàu thăm dò Cassini mang lại những hình ảnh cho thấy mưa (từ khí mê-tan) trên cực bắc của Titan, một sự kiện đánh dấu sự bắt đầu của mùa hè ở bán cầu bắc của vệ tinh, nơi được cho là tồn tại các hồ mêtan.

Mưa sẽ làm cho các hồ lớn lên, trong khi các hồ ở Nam bán cầu chắc chắn sẽ khô cạn cùng lúc.

Cơ cấu nội bộ

Sơ đồ dưới đây cho thấy cấu trúc bên trong nhiều lớp của Titan, được xây dựng bằng cách tổng hợp các bằng chứng thu thập được từ các quan sát Trái đất cộng với bằng chứng từ các sứ mệnh Voyager và Cassini:

- Hạt nhân bao gồm nước và silicat, mặc dù khả năng có lõi đá bên trong hơn, dựa trên silicat, cũng được xử lý.

- Nhiều lớp băng và nước lỏng với amoniac

- Lớp vỏ ngoài cùng của nước đá.

Hình 4. Cấu trúc bên trong của Titan, theo các mô hình lý thuyết. Nguồn: Wikimedia Commons. Kelvinsong / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0).

Biểu đồ cũng cho thấy lớp khí quyển dày đặc bao phủ bề mặt, trong đó nổi bật là lớp các hợp chất hữu cơ của loại tholin đã đề cập ở trên, và cuối cùng là một lớp sương mù bên ngoài và mỏng manh hơn.

địa chất học

Tàu thăm dò Cassini, hạ cánh trên Titan vào năm 2005, đã điều tra vệ tinh này bằng cách sử dụng camera và radar hồng ngoại, có khả năng xuyên qua bầu khí quyển dày đặc. Các hình ảnh cho thấy địa chất đa dạng.

Mặc dù Titan được hình thành cùng với các thành viên còn lại của hệ mặt trời chỉ hơn 4,5 tỷ năm trước, nhưng bề mặt của nó gần đây hơn nhiều, theo ước tính khoảng 100 triệu năm. Điều đó có được nhờ hoạt động địa chất lớn.

Hình ảnh cho thấy những ngọn đồi băng giá và bề mặt nhẵn có màu tối hơn.

Có rất ít miệng núi lửa, vì hoạt động địa chất đã xóa chúng đi ngay sau khi chúng hình thành. Một số nhà khoa học tuyên bố rằng bề mặt của Titan tương tự như sa mạc Arizona, mặc dù băng thay cho đá.

Những gờ băng tròn nhẹ được tìm thấy ở vị trí đầu tàu thăm dò, như thể một chất lỏng đã định hình chúng từ lâu.

Ngoài ra còn có những ngọn đồi với các kênh dốc thoai thoải xuống đồng bằng và các hồ mêtan được mô tả ở trên, cũng như các hòn đảo. Những hồ này là những vật thể lỏng ổn định đầu tiên được tìm thấy ở một nơi bên ngoài Trái đất và nằm gần các cực.

Hình 5. Hình ảnh Titan do tàu thăm dò Huygens chụp ở độ cao 10 km. Nguồn: ESA / NASA / JPL / University of Arizona / Public domain.

Nhìn chung, sự cứu trợ không được đánh dấu nhiều trên Titan. Các ngọn núi cao nhất cao khoảng một hoặc hai km, theo dữ liệu đo độ cao.

Ngoài những đặc điểm này, trên Titan còn có những đụn cát do thủy triều tạo ra, do đó tạo ra gió mạnh trên bề mặt vệ tinh.

Trên thực tế, tất cả những hiện tượng này đều xảy ra trên Trái đất, nhưng theo một cách rất khác, vì trên Titan, mêtan đã thay thế cho nước và nó cũng ở xa Mặt trời hơn nhiều.

Người giới thiệu

1. Eales, S. 2009. Hành tinh và Hệ hành tinh. Wiley-Blackwell.
2. Kutner, M. 2003. Thiên văn học: một quan điểm vật lý. Nhà xuất bản Đại học Cambridge.
3. Viện sinh vật học thiên văn NASA. NASA phát hiện Mặt trăng của sao Thổ có hóa chất có thể hình thành 'màng'. Đã khôi phục từ: nai.nasa.gov.
4. Viện sinh vật học thiên văn NASA. Tholins là gì trên thế giới ?. Phục hồi từ: Planetary.org.
5. Pasachoff, J. 2007. Vũ trụ: Thiên văn học trong Thiên niên kỷ mới. Ấn bản thứ ba. Thomson-Brooks / Cole.
6. Seeds, M. 2011 Hệ mặt trời. Phiên bản thứ bảy. Học tập Cengage.
7. Khoa học hàng ngày. Bằng chứng về sự thay đổi mùa, mưa trên mặt trăng của sao Thổ cực bắc Titan. Phục hồi từ: sciricalaily.com.
8. Wikipedia. Titan (mặt trăng). Được khôi phục từ: en.wikipedia.org.