Research press release

カッシーニ探査機で明らかになったタイタンのメタンの湖

Nature Astronomy

Titan’s methane lakes revealed by Cassini

土星の衛星タイタンの炭化水素の湖の進化について報告する2本の独立した論文が、今週掲載される。これらの研究は、タイタンにある一部の炭化水素の湖が100メートルを超える深さであり、数千年にわたってメタンの降雨が注ぎ込まれていることを示唆している。一方で、1シーズンで干上がるような数ミリメートルの深さの池もあった。

タイタンは、地球以外で液体の物質がその表面に安定に存在できる唯一の太陽系天体である。昼間は平均で摂氏-180度と低温なため、タイタンの湖や海は水ではなく炭化水素からできている。地球の水循環と同様に、タイタンでのメタンの完全な「炭化水素循環」は、大気、地表、そして地表下を結び付けている。

今回、Shannon MacKenzieたちの論文では、NASAのカッシーニ探査機によるレーダーとスペクトルのデータを用いて、冬の間は液体のようだが、春になると陸地のように見える、タイタン北部の「湖水地域」における3つの地形を明らかにしている。MacKenzieたちは、そのような「幻の湖」は浅い池であり、タイタンの7年にわたる冬から春への移行期の間に蒸発したか、地面に排出されたと結論付けた。また、Marco Mastrogiuseppeたちは別の論文で、カッシーニ探査機が最後に接近通過した際のレーダーのデータを用いて、深さ100メートルを超える可能性のある湖を観測した。Mastrogiuseppeたちは、こうした湖は数千年前に、地表で可溶性の岩石を溶かすメタンの雨によって形成されたという考えを示している。また、メタンは、雨によって池が再び満たされるよりも遅い速度で地上に排出されていることも明らかになり、これは湖が干上がることを妨げている。

両研究は、タイタンの湖の動的な性質と、それに関連した炭化水素循環を明らかにしている。これは地球とよく似ていて、季節性から地質年代でいう世レベルの期間にわたる変化を伴うことがある。

The evolution of hydrocarbon lakes on Saturn’s moon Titan is reported in two separate papers published online this week in Nature Astronomy. The studies suggest that some hydrocarbon lakes on Titan are more than 100 metres deep and have been fed by methane rainfall over thousands of years. Others are millimetre-deep ponds that can dry up in one season.

Titan is the only Solar System body beyond Earth where liquid matter can be stable on its surface. Due to the low temperatures that average -180 °C during the day, Titan’s lakes and seas are made up of hydrocarbons and not water. Similar to Earth’s water cycle, a full methane ‘hydrological cycle’ on Titan connects the atmosphere, the surface and the subsurface.

In one paper, Shannon MacKenzie and colleagues use radar and spectral data from NASA’s Cassini spacecraft to identify three features in the northern ‘lake district’, which appear as liquid bodies during Titan’s winter but as land in spring. The authors conclude that such ‘phantom lakes’ were shallow ponds that evaporated or drained into the ground during Titan’s seven-year transition from winter to spring. In a separate study, Marco Mastrogiuseppe and co-authors use radar data from the last Cassini flyby to observe lakes that can exceed a depth of 100 metres. The authors suggest the lakes were created thousands of years ago by methane rain dissolving soluble rocks at the surface. They also find methane drains into the ground at a slower pace than the refill of the lakes by rain, which prevents the lakes from drying up.

Both studies unveil the dynamic nature of the lakes of Titan and its related hydrological cycle, which, much like on Earth, can involve changes from seasonal to epochal.

doi: 10.1038/s41550-019-0714-2

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