Met behulp van de twee krachtige telescopen zijn onderzoekers erin geslaagd door de dikke waas die Titan omhult heen te turen. En daaronder zagen ze iets buitengewoons…

Afgelopen november hebben onderzoekers de James Webb-telescoop op Saturnus’ maan Titan gericht. Astronomen zijn erg nieuwsgierig naar deze maan – sommigen sluiten zelfs het bestaan van leven op Titan niet uit. De maan beschikt over een dikke atmosfeer die tot zo’n 600 kilometer ver de ruimte in reikt. Het enige lastige is dat deze atmosfeer gevuld is met een dikke waas die zichtbaar licht verduistert dat van het oppervlak weerkaatst. Maar Webb wist daar nu met zijn infraroodblik doorheen te prikken. En daaronder zagen astronomen… een wolkje!

Meer over Titan
Titan is groter dan de planeet Mercurius en is de op een na grootste maan in ons zonnestelsel. Titan draait om planeet Saturnus en is ongeveer 1,4 miljard kilometer van de zon verwijderd; ongeveer tien keer verder dan de aarde. Titan blijft wetenschappers verbazen. Zo is het de enige maan in het zonnestelsel met een dichte atmosfeer. Daarnaast het is het ook het enige andere planetaire lichaam dan de aarde dat rivieren, meren en zeeën herbergt. In tegenstelling tot de aarde bestaan deze rivieren en meren niet uit water maar zijn gevuld met vloeibaar methaan en ethaan. Daaronder bevindt zich een dikke korst van waterijs. En daar weer onder gaat mogelijk een oceaan bestaande uit vloeibaar water schuil, die leven zou kunnen herbergen.

Astronomen hebben jaren moeten wachten om Webb’s zeer gevoelige infrarood-instrumenten te gebruiken om door de dichte nevel die Titan omhult heen te turen, om zo de atmosfeer van Titan (inclusief zijn fascinerende weerpatronen en gassamenstelling) te bestuderen. “De atmosfeer van Titan is ongelofelijk interessant,” aldus de onderzoekers. “Niet alleen vanwege de methaanwolken en stormen, maar ook vanwege wat het ons kan vertellen over het verleden en de toekomst van Titan; heeft het bijvoorbeeld altijd al een atmosfeer heeft gehad, of niet?”

Wolkje
Op vijf november druppelden de eerste beelden die Webb van Saturnus’ grootste maan had vervaardigd, binnen. En de beelden stellen verre van teleur. “Op het eerste gezicht is het werkelijk buitengewoon,” zegt onderzoeker Sebastien Rodriguez. “Ik denk dat we een wolk zien!” Door verschillende beelden van Webb’s Near-Infrared Camera (NIRCam) te vergelijken, kwamen de onderzoekers al gauw tot de conclusie dat een fel lichtpuntje op het noordelijk halfrond van Titan inderdaad een wolk was. Niet lang daarna merkte het team een tweede wolk op.

Afbeeldingen van Saturnusmaan Titan, vastgelegd door het NIRCam-instrument van de James Webb-telescoop op 4 november 2022. Op de linker afbeelding is de lagere atmosfeer van Titan afgebeeld. De lichtpuntjes zijn prominente wolken op het noordelijk halfrond. Op de rechter foto zijn verschillende opvallende oppervlaktekenmerken te zien. Kraken Mare wordt verondersteld een methaanzee te zijn, Belet bestaat uit donkergekleurde zandduinen en Adiri is een heldere albedo. Afbeelding: NASA, ESA, CSA, A. Pagan (STScI), JWST Titan GTO-team

“Het detecteren van wolken is opwindend,” zo schrijven de onderzoekers. “Het valideert al lang gekoesterde voorspellingen van computermodellen over het klimaat van Titan. Die modellen suggereerden dat wolken zich snel zouden vormen op het midden-noordelijke halfrond tijdens de late zomer, wanneer het oppervlak wordt opgewarmd door de zon.”

Vorm
De volgende stap was om te achterhalen of deze wolken bewegen of van vorm veranderen. Dit zou namelijk belangrijke informatie kunnen onthullen over de luchtstroom in Titans atmosfeer. Om de vervolgwaarnemingen te doen, vroegen de onderzoekers tijd aan met het Keck Observatorium, gevestigd op Hawaii. Het doel was om het gebied tussen Titans oppervlak en de stratosfeer te bestuderen, om te proberen de wolken te vangen die ze met Webb hadden ontdekt. “We waren bang dat de wolken verdwenen zouden zijn toen we twee dagen later met Keck naar Titan keken,” vertelt teamlid Imke de Pater. “Maar tot onze vreugde zagen we wolken op precies dezelfde posities. En het leek erop dat ze van vorm waren veranderd.”

Links: de wolken gezien door Webb op 4 november. Rechts: wolken in beeld gebracht door Keck twee dagen later, op 6 november. Wolk A lijkt in de tussentijd te zijn gedraaid, terwijl wolk B verdwenen is of in de richting van het voor ons onzichtbare halfrond is gedreven. Overigens zijn, net als op aarde, wolken op Titan vluchtig. Dit betekent dat de wolken die op 4 november zijn gezien niet per se dezelfde zijn als op 6 november. Afbeelding: NASA, ESA, CSA, W. M. Keck Observatory. A. Heidens (STScI), Webb Titan GTO-team

Seizoensgebonden weerpatronen
De ontdekking van de wolken op Titan komen overeen met wat experts op het gebied van atmosferische modellering hadden voorspeld. “Ik ben blij dat we dit zien,” merkt onderzoeker Juan Lora, verbonden aan de Yale University, op. “We hebben veel wolken voor dit seizoen voorspeld. Het bevestigd dat seizoensgebonden weerpatronen voorkomen op Titan.”

Met behulp van Webb’s Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) hebben de onderzoekers ook nog andere gegevens verzameld. Deze gegevens worden momenteel nog geanalyseerd, maar zullen onderzoekers in staat stellen meer over de samenstelling van de lagere atmosfeer, het oppervlak van Titan en de opvallend heldere plek boven de zuidpool te onthullen. “We verwachten deze Titan-gegevens ergens in mei of juni 2023,” zo schrijven de onderzoekers. “Gegevens van Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI) zullen een nog groter deel van het spectrum van Titan onthullen, inclusief enkele golflengten die we nog nooit eerder hebben gezien. Dit geeft ons informatie over de complexe gassen in de atmosfeer van Titan, evenals cruciale aanwijzingen om te ontcijferen waarom Titan de enige maan in het zonnestelsel is met een dichte atmosfeer.”