타이탄(Titan)

타이탄(Titan)

타이탄(Titan)은 토성에서 가장 큰 위성으로 태양계에서 두 번째로 크고 태양계의 어떤 자연적 위성 보다 큽니다. 대기가 밀집해 있는 것으로 알려진 유일한 달이자 지구 이외 우주 공간에서 표면 액체의 안정된 몸에 대한 명확한 증거가 발견된 유일한 물체 입니다. 타이탄은 토성 중력에 의해 주위를 도는 7개의 위성 중 하나이며 토성에서 두 번째로 먼 위성입니다. 종종 행성과 같은 달로 알려져 있으며 타이탄은 지구의 달보다 지름이 50% 크고 질량은 80%나 큽니다. 태양계에서 목성의 달 가니메데에 이어 두 번째로 큰 자연적 위성으로 수성보다 크지만 질량은 40%에 불과한 것으로 알려져 있습니다. 1655년 네덜란드 천문학자 크리스티안 호이헨스에 의해 발견된 타이탄은 토성의 첫 위성이자 여섯 번째로 알려진 행성 위성입니다(지구의 달과 목성의 4개 갈릴레오 위성에 이어 관찰 되었습니다). 타이탄은 토성의 반경 20만 km에서 토성을 공전합니다. 타이탄 표면에서 토성은 5.09도의 호를 그리고 있으며, 만약 그것이 달의 두꺼운 대기를 통해 보인다면 직경은 0.48도의 호를 그리는 지구로부터의 달보다 11.4배 큽니다. 타이탄은 주로 얼음과 암석 물질로 구성되어 있어 얼음 Ih 지각과 암모니아가 풍부한 액체수 지하층을 포함한 여러 얼음층으로 둘러싸인 암석 코어로 분화될 가능성이 높습니다. 우주시대 이전 금성과 마찬가지로 농밀한 불투명한 대기는 카시니호까지 타이탄 표면의 이해를 방해하고 있던 2004년 호이헨스 미션은 타이탄 극지에서 액체 탄화수소 호수가 발견된 것을 포함한 새로운 정보를 제공했습니다. 지질학적으로 젊은 표면은 대체로 매끄럽고 충돌 분화구는 거의 없지만 산과 몇 가지 가능성이 있는 크라이오 화산이 발견되고 있습니다. 타이탄의 대기는 주로 질소이며, 미량 성분은 메탄과 에탄 구름을 형성하여 중질 유기 질소 헤이즈를 일으킵니다. 바람과 비를 포함한 기후는 모래언덕, 강, 호수, 바다(아마 액체 메탄이나 에탄과 같은)나 델타와 같은 지구와 비슷한 표면적 특징을 만들어내며 지구와 마찬가지로 계절적 기상 패턴에 지배되고 있습니다. 그 액체(표면과 표면 모두)와 강력한 질소 상태에 의해 타이탄의 메탄 사이클은 지구의 물 순환과 놀라울 정도로 유사하지만 온도는 약 94K(-179℃;-290 F)입니다.

타이탄의 특징

타이탄의 특징으로 타이탄 지름은 5149.46km(3199.73마일)로 수성의 1.06배, 달의 1.48배, 지구의 0.40배 입니다. 타이탄은 태양을 포함한 태양계에서 10번째로 큰 천체입니다. 1980년 보이저 1호가 도착하기 전 타이탄은 가니메데(직경 5,262km (3,270mi)보다 약간 크다고 여겨졌기 때문에 태양계에서 가장 큰 위성 입니다.이는 타이탄의 농밀하고 불투명한 대기에 의해 보여지고 있으며 표면으로부터 100~200km 떨어진 곳에 헤이즈층이 있다는 평가가 있기 때문입니다. 이로 인해 직경이 증가한 것으로 관찰 되어지고 있습니다. 타이탄의 직경과 질량(그리고 그 밀도)은 목성의 달 가니메데와 칼리스토의 값과 비슷합니다. 부피밀도 1.88g/cm3를 기준으로 타이탄의 조성은 반얼음과 반암질 입니다. 디오네나 엔켈라두스와 조성은 비슷하지만 중력 압축에 의해 밀도가 높아집니다. 질량은 토성의 1/4226으로 원래 질량에 비해 가스 거인 중 가장 큰 달입니다. 거대 가스 행성에 대한 달의 상대 직경은 두 번째로 타이탄은 토성 직경의 1/22.609이며 트리톤은 해왕성에 비해 지름이 1/18.092로 큽니다. 타이탄은 아마도 3400킬로미터(2100마일)의 바위 중심을 가진 다른 층으로 부분적으로 분화되어 있을 것으로 보여지고 있습니. 이 암벽은 서로 다른 결정형 얼음으로 이루어진 여러 층으로 둘러싸여 있습니다. 그 내부는 얼음 Ih 지각 사이의 물과 암모니아로 이루어진 마그마와 고압 형태의 얼음으로 이루어진 더 깊은 얼음층으로 구성된 액체층에 대해 아직 충분히 뜨거울 수 있습니다. 암모니아의 존재에 따라 물은 176K (-97℃)의 저온에서도 액체로 유지될 수 있습니다(물과의 공정 혼합용). 카시니 탐사선은 타이탄의 대기 중에 자연스러운 초저주파 전파 형태로 층상 구조가 존재한다는 증거를 발견했습니다. 타이탄 표면은 극저주파 전파의 반사가 나쁘다고 생각되기 때문에, 그것들은 대신 지표 아래 바다의 액체-얼음 경계에서 반사되고 있을 가능성이 있습니다. 카시니 우주선에 의해 표면 특징이 2005년 10월부터 2007년 5월 사이에 최대 30킬로미터(19마일)까지 체계적으로 이동하는 것이 관찰되었습니다. 이것은 지각이 내부에서 분리되어 있음을 시사하며 내부 액체층의 추가 증거를 제공합니다. 고체 코어에서 분리된 액체층과 빙각의 추가 증거는 타이탄이 토성을 주회할 때 중력장이 변화하는 방법에서 유래 하였습니. 중력장과 레이더 기반 지형 관측과의 비교도 빙각이 상당히 딱딱할 수 있음을 시사합니다. 목성과 토성의 위성은 태양계에서 행성을 형성했다고 생각되는 것과 같은 과정에서 공침에 의해 형성되었다고 생각됩니다. 젊은 가스 거인이 형성되면서 그것들은 서서히 달에 합체하는 물질의 원반에 둘러싸여 있었습니다. 목성은 매우 규칙적이고 행성과 같은 궤도에 4개의 큰 위성을 가지고 있는 반면 타이탄은 토성계를 압도적으로 지배하며 동시 착상만으로는 바로 설명되지 않는 높은 궤도 편심을 가지고 있습니다. 제안된 타이탄 형성 모델의 시스템은 목성의 갈릴리 위성과 비슷한 위성군에서 시작되었으나 일련의 거대한 충격으로 파괴되어 타이탄을 형성하게 된 것으로 보고 있습니. 이아페투스나 레어와 같은 토성 중형 위성은 이러한 충돌의 잔해에서 형성되었습니다. 이러한 폭력적인 시작은 타이탄의 궤도 편심을 설명하기도 합니다. 타이탄 대기질소의 2014년 분석에 따르면, 오르트 구름에서 발견된 것과 유사한 물질에서 유래했으며 토성 주변 물질이 공침하는 동안 존재하는 근원에서 유래하지 않았을 수 있었을 것이라고 보고 있습니다. 타이탄은 중요한 대기를 가진 유일한 알려진 위성이며, 그 대기는 태양계에서 지구 이외에 질소가 풍부한 밀도 높은 대기입니다. 카시니가 2004년에 실시한 관측에 따르면 타이탄은 금성과 같은 '초회전체'로 표면보다 훨씬 빠르게 회전하는 대기를 가지고 있음을 시사하고 있습니다. 보이저 우주 탐사선의 관측에 따르면 타이탄의 대기는 지구보다 밀도가 높고 표면 압력은 약 1.45atm다. 또한 이는 지구 전체의 약 1.19배 크기이며 표면적 기준으로는 약 7.3배 크기입니다. 불투명한 헤이즈층은 태양 및 기타 광원으로부터의 대부분의 가시광을 차단하여 타이탄의 표면 특징을 불분명하게 합니다. 타이탄의 중력이 낮다는 것은 대기가 지구보다 훨씬 넓어지고 있다는 것을 의미합니다. 타이탄의 대기는 많은 파장에서 불투명하며, 그 결과 표면의 완전한 반사 스펙트럼을 궤도에서 얻는 것은 불가능합니다. 카시니가 도착할 때까지 그것은 없었습니다 2004년에 호이헨스 우주선이 타이탄 표면의 첫 번째 직접 이미지를 취득했습니다. 타이탄의 대기 조성은 질소(97%), 메탄(약 2.7%) ,수소(0.10.2%)이며 기타 가스는 미량입니다. 에탄, 디아세틸렌, 메틸아세틸렌, 아세틸렌 및 프로판 등의 다른 탄화수소와 시아노아세틸렌, 시안화수소, 이산화탄소, 일산화탄소, 시아노겐, 아르곤 및 헬륨 등의 다른 가스가 미량이다. 탄화수소는 타이탄의 상층 대기에서 생성되며 태양의 자외선에 의해 메탄이 분해되어 진한 오렌지색 스모그가 발생하는 것으로 생각됩니다. 타이탄은 그 시간의 95%를 토성의 자기권 내에서 보내 태양풍으로부터 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다. 태양으로부터의 에너지는 5000만 년 이내에 타이탄 대기 중에 있는 메탄의 모든 흔적을 보다 복잡한 탄화수소로 변환했어야 했습니다. 태양계 시대와 비교하면 짧은 시간입니다. 이는 메탄이 타이탄 자체 위 또는 내부 저수지에 의해 보충될 필요가 있음을 시사합니다. 대기 중 메탄의 최종 기원은 내부이며 크라이오 화산에서의 분화에 의해 방출될 가능성이 있습니다. 2013년 4월 3일 NASA는 타이탄의 대기를 시뮬레이션한 연구를 바탕으로 총칭 솔린이라고 불리는 복잡한 유기화학물질이 타이탄에서 발생할 가능성이 높다고 보고했습니다. 2013년 6월 6일, IAA-CSIC 과학자들은 타이탄의 상층 대기 중에서 다환 방향족 탄화수소가 검출되었음을 보고했습니다. 2013년 9월 30일 프로펜은 NASA의 카시니 우주선에 의해 타이탄 대기 중에서 복합 적외선 분광계(CIRS)를 사용하여 검출되었습니다. 프로펜이 지구 이외의 달이나 행성에서 발견된 것은 이것이 처음이며 CIRS에 의해 발견된 최초의 화학물질이다. 프로펜 검출은 1980년 NASA 보이저 1호 우주선이 타이탄에 접근한 최초의 행성 플라이바이로 거슬러 올라가는 관측으로 수수께끼의 간극을 메웁니다. 그동안 타이탄의 갈색 안개를 구성하는 가스의 대부분이 탄화수소인 것으로 발견되었습니다, 이론적으로는 태양 자외선에 의한 메탄의 광분해에 의해 생성된 라디칼의 재결합에 의해 형성됩니다. 2014년 10월 24일 타이탄의 극운에서 메탄이 발견되었습니다. 2022년 12월 1일 천문학자들은 메탄으로 만들어졌을 가능성이 있는 구름이 제임스 웹 우주 망원경을 사용하여 타이탄을 가로질러 이동하고 있다고 보고했습니다. 타이탄의 표면 온도는 약 94K (-179.2℃)입니다. 이 온도에서 얼음빙하는 증기압이 매우 낮기 때문에 존재하는 수증기는 성층권에 한정됩니다. 타이탄은 지구의 약 1%의 태양광을 받고 있습니다. 태양광이 표면에 도달하기 전에 약 90%가 두꺼운 대기로 흡수되어 지구가 받는 광량의 불과 0.1%를 남겨두고 있습니다. 대기 중의 메탄은 타이탄 표면에 온실 효과를 만들어 내지만, 그것이 없으면 타이탄은 훨씬 추워질 것입니다. 반대로 타이탄 대기 중의 안개는 태양광을 흡수하여 온실효과의 일부를 취소하고 그 표면을 상층대기보다 현저히 차갑게 함으로써 온실효과 방지에 기여합니다. 타이탄 구름은 아마도 메탄, 에탄 또는 다른 단순한 유기물로 구성되어 있으며 산란하고 변화하며 전체적인 안개를 나타냅니다.호이헨스 탐사선의 조사 결과에 따르면 타이탄의 대기는 정기적으로 액체 메탄 등 유기 화합물을 표면으로 방출합니다. 보통 구름은 타이탄 디스크의 1%를 커버하지만 폭발적인 현상이 관측되고 있으며 구름 커버는 급속히 8%까지 확대되고 있습니다. 한 가설은 남하 동안 고도의 태양광이 대기 중에서 상승하고 대류를 일으킬 때 남운이 형성된다고 주장합니다. 이 설명은 남하지 이후뿐만 아니라 봄철 중반에도 구름 형성이 관찰되었다는 점에서 복잡합니다. 남극에서의 메탄 습도 상승은 구름 크기의 급격한 증가에 기여할 수 있습니다. 2010년까지 타이탄의 남반구는 여름이며 타이탄의 운동을 지배하는 토성 궤도가 타이탄의 북반구를 태양광으로 이동합니다. 계절이 바뀌면 에탄은 남극 상공에서 응결하기 시작할 것으로 예상 됩니다.

타이탄의 호수

타이탄(Titan)의 호수는 보이저 1과 2의 데이터를 기반으로 한 탄화수소 유무 가능성의 의해 최초로 제안되었습니다.이 데이터는 Titan이 그것들을 지탱하기에 거의 적절한 온도와 조성의 두꺼운 대기를 가지고 있음을 보여줍니다. 그러나 허블 망원경 및 기타 관측 결과로부터 타이탄에 액체 메탄이 존재한다는 것이 시사된 1995년까지 직접적인 증거는 얻지 못했습니다. 이것은 지구상의 물과 마찬가지로 절단된 주머니나 위성 전체의 바다 규모입니다. 카시니의 미션은 이전 가설을 확인했습니다. 2004년에 이 탐사선이 토성계에 도착했을 때 표면에서 반사된 태양광에서 탄화수소 호수나 바다가 검출되기를 기대했지만, 처음에는 경면 반사는 관측되지 않았습니다.타이탄 남극 부근에서는 온타리오 락스라는 수수께끼의 암부가 확인되었다. 가능한 해안선도 레이더 화상을 통해 북극 부근에서 확인되었습니다. 2006년 7월 22일 카시니 우주선의 레이더가 북위도(당시는 겨울)를 촬영한 비행 후, 몇 개의 크고 매끄러운(따라서 레이더에 어두운) 패치가 폴 근처 표면에 흩어져 있는 것을 볼 수 있었습니다.이 관측 결과를 바탕으로 과학자들은 2007년 1월 '토성의 달 타이탄에 메탄이 가득한 호수의 결정적인 증거'를 발표했습니다. 카시니(Cassini) 호이헨스 연구팀은 이미지의 특징이 지구 밖에서 발견된 최초의 안정된 표면 액체체인 장기간에 걸친 탄화수소 호수라고 결론 내렸습니다.몇몇은 액체와 관련된 채널을 가지고 있는 것처럼 보이며 지형적인 구덩이에 있습니다. 액체 침식의 특징은 아주 최근에 일어난 일인 것처럼 보입니다.일부 지역에서는 놀라울 정도로 거의 침식이 이루어지지 않아 타이탄에 대한 침식이 매우 느리다는 것을 시사합니다. 혹은 다른 몇 가지 최근의 현상이 오래된 하상이나 지형을 일소하고 있을 가능성도 있습니다. 전체적으로 카시니의 레이더 관측에 따르면 호수는 지표의 작은 비율밖에 차지하지 않으며 타이탄은 지구보다 건조합니다. 호수의 대부분은 극지 부근에 집중되어 있지만(태양광이 상대적으로 부족하여 증발이 방해받고 있다) 적도 사막 지역의 몇몇 오랜 탄화수소 호수도 발견되고 있으며, 그 중에는 유타 주 그레이트 솔트 호수의 절반 정도 넓이인 샹그릴라 지역의 호이헨스 상륙 지점 부근에도 있습니다. 적도호는 아마 '오아시스', 즉 공급자로서 생각되는 것은 지하 대수층입니다. 2008년 6월 카시니의 시각 적외선 매핑 분광계는 온타리오 락스에 의심할 여지 없이 액체 에탄이 존재한다는 것을 확인했습니다. 2008년 12월 21일 카시니는 온타리오 락스 상공을 직접 통과해 레이더에서의 경면 반사를 관측했습니다. 반사 강도가 로브 수신기를 포화시켜 호수면 레벨이 3mm 이하로 변화하지 않음을 나타냈습니다(표면풍이 최소이거나 호수의 탄화수소 유체가 점성임을 의미합니다). 2009년 7월 8일 카시니의 VIMS는 매끄럽고 거울과 같은 표면을 나타내는 경면반사를 관측하였고, 현재 북극지방에 있는 호수 징포 라쿠스라고 불리는 곳에서 이 지역이 겨울 어둠에서 나타난 직후 관측되었습니다. 경면 반사는 매끄럽고 거울과 같은 표면을 보여주기 때문에, 이 관찰은 레이더 이미징에서 끌어낸 큰 액체체 존재의 추론을 뒷받침했습니다. 2009년 7월과 2010년 1월에 실시된 초기 레이더 측정에서 온타리오 락스는 매우 얕아 평균 깊이는 0.4~3m, 최대 깊이는 3~7m(9.8~23.0피트) 입니다. 대조적으로 북반구의 리가이어 말레는 당초 레이더 장치와 당시 분석 기술에 의해 식별 가능한 최대 깊이인 8m를 넘는 깊이로 매핑되었습니다. 2014년에 발표된 후의 과학 분석에서는 타이탄의 3개 메탄 바다 깊이를 보다 완전히 지도화하여 200미터(660피트) 이상의 깊이를 나타냈습니다. Ligeia Mare의 평균 수심은 20~40m(66~131ft)이며, Ligeia의 다른 부분은 레이더 반사를 전혀 기록하지 않아 깊이가 200m (660ft)가 넘습니다. 타이탄의 메탄 바다 중 두 번째로 큰 바다이지만, 리가이아는 "미시간 호수를 3개 채우기에 충분한 액체 메탄을 포함하고 있습니다". 2013년 5월 카시니 레이더 고도계는 타이탄의 Vid Flumina 채널을 관측하여 타이탄에서 두 번째로 큰 탄화수소 바다인 리가이아 말레에 연결된 배수 네트워크로 정의되었습니다. 수신된 고도계 에코를 분석한 결과 채널은 깊이(최대 570m), 급경사면, 협곡에 위치해 현재 액체로 채워져 있음을 나타내는 강력한 경면 반사가 있는 것으로 나타났습니다. 이들 수로에서 액체의 고도는 약 0.7m의 수직 정밀도 내까지 리가이아 말레와 같은 수준이며 익사한 강 계곡의 해석과 일치합니다. 경면 반사는 주 수로 시스템으로의 배수 공급과 일치하는 리가이어 말레 수준 이상으로 상승한 저차 지류에서도 관찰됩니다. 이것은 아마도 타이탄에 액체 채널이 존재한다는 것을 보여주는 최초의 직접적인 증거이며 타이탄에서 100미터 깊이의 협곡을 처음 관측한 것입니다. Vid Flumina canyons는 이렇게 바다에 의해 익사하지만, 높은 지대에 서 있는 표면 액체의 존재를 증명하는 몇 가지 고립된 관찰이 있습니다. 2006년부터 2011년까지 타이탄의 6차례 비행 중에 카시니는 방사선 측정 추적과 광학 항법 데이터를 수집했고, 조사자는 타이탄의 변화하는 형상을 대략적으로 추측할 수 있었습니다. 타이탄의 밀도는 약 60%의 암석과 40%의 물을 포함한 천체와 일치합니다. 연구팀의 분석에 따르면 타이탄 표면은 각 궤도에서 최대 10미터 상승하거나 하강할 수 있습니다. 이 정도의 휘어짐은 타이탄 내부가 비교적 변형 가능하다는 것을 시사하며 타이탄의 가장 유력한 모델은 수십 킬로 두께의 얼음 껍질이 지구상에 떠 있다는 것입니다. 팀의 조사 결과와 함께 타이탄의 바다는 지표로부터 100킬로미터(62마일) 이하에 있을 수 있음을 시사하고 있습니다. 2014년 7월 2일 NASA는 타이탄 내부의 바다가 사해만큼 짜지도 모른다고 보고했습니다. 2014년 9월 3일 NASA는 타이탄의 메탄 강우가 '알카노퍼'라고 불리는 지하 빙상 물질층과 상호작용하여 결국 강이나 호수에 공급될 수 있음을 시사하는 연구를 보고했습니다. 2016년 카시니는 리가이아 말레로 유입되는 일련의 깊은 급경사 협곡에서 타이탄에서 유체가 충만한 최초의 증거를 발견했습니다. Vid Flumina라고 불리는 이 협곡의 네트워크는깊이가 240~570m이고 측면은 40도로 관찰되어지고 있습니다. 그것들은 지구의 그랜드 캐니언과 같은 지각 상승에 의해 형성되었다고 예상하고 있습니다. 해수면이 낮아지거나 아마도 두 가지 조합일 것입니다. 침식의 깊이는 타이탄의 이 지역 액체 흐름이 수천 년 동안 지속되는 장기적인 특징임을 보여주고 있습니다.