Ny forskning förklarar hur bubblor bryter ut i kyliga kolvätesjöar på Saturnus största måne Titan, skapar potentiellt brus som är tillräckligt intensivt för att bilda geologiska särdrag på månen.

Titan är täckt av kolvätesjöar som består av metan och etan. Forskare har märkt ljuspunkter i dessa sjöar, som dök upp på några bilder från NASA:s rymdfarkoster Cassini och försvann mystiskt i andra. De teoretiserade senare att dessa "magiska öar" kan vara utbrott av kvävebubblor.

I den nya studien publicerad i AGU:s tidskrift Geofysiska forskningsbrev , forskare simulerade Titans sjöar i en tryckkammare. De hittade den rätta kombinationen av metan, etan och kväve avgörande för att bubblor ska bildas.

Under förhållanden mest som de på Titan, forskarna fann att etan måste rinna in i metanpooler för att producera kraftiga bubblor. Det är möjligt att dessa bubbelutbrott är tillräckligt starka för att forma floddeltan i vätskekroppar på månen, enligt den nya forskningen.

Genom att förklara hur bubblor bildas i Titans sjöar kan nu forskare börja undersöka grundläggande frågor om hur vätskor beter sig på månen. Av alla kroppar i vårt solsystem, få är mer jordlika än Titan, och det är en av de få platser som forskare tror kan ha förutsättningar som är nödvändiga för utomjordiskt liv.

Resultaten antyder också scenarier som en undersökande ubåt kan möta i Titans sjöar, om rymdfarkosten skulle avge värme och potentiellt utlösa en explosion av bubblor.

"Ju mer vi lär oss om Titan, ju mer vi lär oss att vi inte kan ignorera sjöarna, sa Kendra Farnsworth, en planetforskare vid University of Arkansas i Fayetteville och huvudförfattare till den nya studien. "Och vi hittar roliga saker som bubblor. Kanske lite våldsammare än vi hade förväntat oss, men definitivt kul att se."

Att göra bubblor

Titan är den enda månen i vårt solsystem som har en atmosfär. Dess luft består huvudsakligen av kväve – ett grundämne som också utgör huvuddelen av jordens atmosfär – och kolväten, som bildar en tjock, disigt lager som skymmer många av funktionerna över dess yta.

Titans moln levererar kolväteregn i form av metan och etan. På jorden, metan är en gas som används för uppvärmning, matlagning och el, medan etangas är en prekursor för polyetenplast.

Temperaturer på Titan, dock, är tillräckligt kalla för att dessa föreningar ska vara flytande. Där, kolväten cirkulerar genom atmosfären ungefär som vatten gör på jorden. Flytande metan- och etansjöar stänker Titans yta – vilket gör den till den enda andra kroppen i vårt solsystem förutom jorden som är värd för stabila vätskor.

Tidigare arbete fann att kvävgas från Titans atmosfär lätt kunde lösas upp i kalla pooler med höga koncentrationer av metan - som när koldioxid löses upp i soda. Vid uppvärmning, vätskan frigjorde kvävgas i form av brusande bubblor.

Men dessa tidigare experiment efterliknade inte helt den naturliga miljön på Titan. De förklarade inte heller vilka förhållanden som kunde få sjöarna att skumma, även om forskare misstänkte att det händer under kraftiga regn eller när en bäck rinner ut i en sjö.

"Titans sjöar har mycket intressant dynamik, " Sa Farnsworth. "De är inte bara statiska vätskekroppar."

Titan, men på jorden

För att bestämma hur etan, metan och kväve kan spricka upp i bubblor på Titan, Farnsworth och hennes kollegor genomförde experiment i en sex fot lång, tryckkammare som simulerar förhållandena på månen. Inuti, de satte atmosfärstrycket till 1,5 bar – vilket är 1,5 gånger högre än jordens vid havsnivån – och temperaturen varierade från snabba 83 grader Kelvin (-190 Celsius eller -310 Fahrenheit) till ljumma 94 grader Kelvin (-179 Celsius eller -290 Fahrenheit).

Forskarna lät en vätska rinna in i en provskål som innehöll en pool av den andra. Forskarna kylde sedan insidan av kammaren tills den var antingen över eller under 86 grader Kelvin (-187 Celsius eller -305 Fahrenheit) för att låta kvävet lösas upp. I en uppsättning experiment, etan rann ut i dammar av metan. I en annan, metan flödade till etan. Teamet värmde sedan gradvis upp kammaren och väntade på att bubblor skulle få utbrott.

Två scenarier resulterade i bubblor. Vid temperaturer under 86 grader Kelvin, etan skiktat ovanpå kväverik metan, oavsett vilken ordning de hälldes i petriskålen. När temperaturen värmdes, metanet under började skumma och när lagren löstes upp, bubblor nådde ytan.

Om kammaren var över 86 grader Kelvin när forskarna lade till vätskorna, metan som flödade in i etan gav inget skum. Endast etan som flödade in i metanpooler producerade bubblor – och gjorde det med kraft.

"Det mest överraskande var hur våldsamma explosionerna var, " sa Farnsworth. Under ett experiment, utbrottet av bubblor var så starkt, det påverkade utrustningen. "Helt plötsligt, Jag tittar över och bubblorna formligen sprängdes och träffade min kamera, " mindes hon.

Kul brus

De nya resultaten tyder på att förändringar i både temperatur och sammansättning är avgörande för att bubblor ska bildas i Titans sjöar.

Bubblor bryter ut när strömmande etan blandas med metan övermättad med kväve - vilket betyder att metanen innehåller mer löst kväve än vad normala förhållanden tillåter. När metanet värms, det kan hålla mindre löst kväve, som kommer ut som gas. Blandningen måste också ha mellan 40 och 95 procent metan för att göra bubblor, enligt studien.

Det är nästan som att göra stengodis. När kokande vatten är övermättat med socker – eller innehåller mer socker än vad som normalt kan lösas upp – bildas kristaller på en bit sockerbelagd trä när vätskan svalnar.

Experiment vid varmare temperaturer efterliknar sannolikt vad som händer på Titans yta eftersom månens kallaste temperaturer sjunker ner till endast 89 grader Kelvin (-184 Celsius eller -299 Fahrenheit), sa Farnsworth.

"[Den nya studien] är ett trevligt arbete som lägger till det vi lär oss om Titans sjöar och betonar hur viktigt laboratoriearbete är, sa Michael Malaska, en planetforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Kalifornien som inte var inblandad i arbetet. "Det är som "välkommen till det konstiga" och är ett annat sätt att tänka på något som inte är vatten."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.