Op zaterdagochtend 5 november werd een internationaal team van planeetwetenschappers met grote vreugde wakker met de eerste Webb-beelden van Saturnus' grootste maan, Titan. Hoofdonderzoeker Conor Nixon en anderen van het GTO-programma 1251 (Guaranteed Time Observation) die Webb gebruiken om de atmosfeer en het klimaat van Titan te onderzoeken, beschrijven hier hun eerste reacties bij het zien van de gegevens.
Titan is de enige maan in het zonnestelsel met een dichte atmosfeer, en het is ook het enige planetaire lichaam buiten de aarde dat momenteel rivieren, meren en zeeën heeft. In tegenstelling tot de aarde bestaat de vloeistof op Titans oppervlak echter uit koolwaterstoffen, waaronder methaan en ethaan, en niet uit water. De atmosfeer is gevuld met een dikke waas die het zichtbare licht dat van het oppervlak weerkaatst, verduistert.
We hebben jaren gewacht om het infraroodzicht van Webb te gebruiken om de atmosfeer van Titan te bestuderen, inclusief de fascinerende weerpatronen en de gasvormige samenstelling, en ook om door de nevel heen te kijken om albedo-kenmerken (heldere en donkere vlekken) op het oppervlak te bestuderen. De atmosfeer van Titan is ongelooflijk interessant, niet alleen vanwege de methaanwolken en -stormen, maar ook vanwege wat hij ons kan vertellen over het verleden en de toekomst van Titan - bijvoorbeeld of hij altijd al een atmosfeer heeft gehad. We waren absoluut opgetogen over de eerste resultaten.
Teamlid Sebastien Rodriguez van de Universite Paris Cité was de eerste die de nieuwe beelden zag en waarschuwde de rest van ons via e-mail: "Wat een wakker worden vanmorgen (Parijse tijd)! Veel waarschuwingen in mijn mailbox! Ik ben direct naar mijn computer gegaan en ben meteen begonnen met het downloaden van de gegevens. Op het eerste gezicht is het gewoon buitengewoon! Ik denk dat we een wolk zien!" Webb Solar System GTO Project Lead Heidi Hammel, van de Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), had een soortgelijke reactie: "Fantastisch! Ik vind het geweldig om de wolk en de duidelijke albedo-markeringen te zien. Ik kijk uit naar de spectra! Gefeliciteerd, allemaal!!! Bedankt!"
Foto: NASA, ESA, CSA, A. Pagan (STScI)
Zo begon een dag van hectische activiteit. Door verschillende beelden te vergelijken die door Webb's Near-Infrared Camera (NIRCam) waren gemaakt, bevestigden we al snel dat een heldere vlek op Titans noordelijke halfrond in feite een grote wolk was. Niet lang daarna zagen we een tweede wolk. De ontdekking van wolken is opwindend omdat het een bevestiging is van lang geleden gedane voorspellingen van computermodellen over het klimaat van Titan, namelijk dat wolken zich gemakkelijk zouden vormen op het noordelijk halfrond in de late zomer, wanneer het oppervlak door de zon wordt opgewarmd.
We realiseerden ons toen dat het belangrijk was om na te gaan of de wolken bewogen of van vorm veranderden, wat informatie zou kunnen opleveren over de luchtstroom in Titans atmosfeer. Dus namen we snel contact op met collega's om te vragen om vervolgwaarnemingen met behulp van het Keck Observatorium in Hawaï die avond. Conor Nixon, hoofd van ons Webb Titan-team van NASA's Goddard Space Flight Center, schreef naar Imke de Pater van de University of California, Berkeley, en Katherine de Kleer van Caltech, die veel ervaring hebben met het gebruik van Keck: "We hebben zojuist onze eerste beelden van Titan van Webb ontvangen, die gisteravond zijn gemaakt. Heel spannend! Er lijkt een grote wolk te zijn, volgens ons boven het noordelijke poolgebied bij Kraken Mare. We vroegen ons af of we een snelle vervolgwaarneming op Keck kunnen doen om te zien of de wolk evolueert.
Na onderhandelingen met de Keck-staf en waarnemers die die avond al waren ingepland om de telescoop te gebruiken, stelden Imke en Katherine snel een reeks waarnemingen samen. Het doel was Titan van de stratosfeer tot het oppervlak te onderzoeken, om te proberen de wolken te vangen die we met Webb hadden gezien. De waarnemingen waren een succes! Imke de Pater merkte op: "We waren bang dat de wolken weg zouden zijn toen we twee dagen later met Keck naar Titan keken, maar tot onze vreugde waren er wolken op dezelfde posities, die eruit zagen alsof ze van vorm waren veranderd."
Foto: NASA, ESA, CSA, W. M. Keck Observatory, A. Pagan (STScI)
Nadat we de Keck-gegevens hadden gekregen, hebben we ons tot deskundigen op het gebied van atmosferische modellen gewend om die te helpen interpreteren. Een van die deskundigen, Juan Lora van de Yale Universiteit, merkte op: "Inderdaad spannend! Ik ben blij dat we dit zien, omdat we voor dit seizoen veel wolkenactiviteit hebben voorspeld! We kunnen er niet zeker van zijn dat de wolken op 4 en 6 november dezelfde wolken zijn, maar ze zijn een bevestiging van seizoensgebonden weerpatronen."
Het team heeft ook spectra verzameld met Webb's Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec), die ons toegang geeft tot veel golflengten die door de aardatmosfeer worden tegengehouden door grondtelescopen zoals Keck. Met deze gegevens, die we nog aan het analyseren zijn, kunnen we de samenstelling van Titans lagere atmosfeer en oppervlak beter onderzoeken dan zelfs het Cassini-ruimteschip niet kon en kunnen we meer te weten komen over de oorzaak van de heldere vlek boven de zuidpool.
We verwachten in mei of juni 2023 nog meer gegevens over Titan van NIRCam en NIRSpec en de eerste gegevens van Webb's Mid-Infrarood Instrument (MIRI). De MIRI-gegevens zullen een nog groter deel van Titans spectrum laten zien, waaronder enkele golflengten die we nog nooit eerder hebben gezien. Dit zal ons informatie geven over de complexe gassen in Titans atmosfeer en cruciale aanwijzingen geven om te ontcijferen waarom Titan de enige maan in het zonnestelsel is met een dichte atmosfeer.
Bron: NASA
