Titania

Löytäminen ja nimeäminen

Titanian löysi William Herschel 11. tammikuuta 1787. Hän löysi samana päivänä myös Uranuksen toiseksi suurimman kuun, Oberonin. Hän raportoi myöhemmin löytäneensä neljä muuta kuuta, vaikka myöhemmin varmistettiin, ettei tämä ollut totta. Noin 50 vuotta löydön jälkeen Titaniaa ja Oberonia ei ollut voitu havaita muilla havaintolaitteilla kuin Herschelin omistamilla. Nykyään kuut voi nähdä laadukkaalla harrastelijatason teleskoopilla.
Nimen kuulle antoi Herschelin poika John Herschel William Shakespearen näytelmässä Juhannusyön uni esiintyvän keijukaisten kuningattaren mukaan vuonna 1852. William Lassell oli ehdottanut nimeä löydettyään kaksi muuta Uranuksen kuuta, Arielin ja Umbrielin.
Alun perin Titaniaa sanottiin "Uranuksen ensimmäiseksi kuuksi", ja vuonna 1848 se saikin lisänimen Uranus I. Joskus lisänimessä on käytetty myös Herschelin alkuperäistä numerointia, jossa Titania on Uranus II. Vuonna 1851 William Lassell numeroi kaikki neljä Uranuksen tunnettua kuutta niiden kiertoetäisyyden mukaan roomalaisin numeroin, ja siitä lähtien Titanian lisänimi on ollut Uranus III.

Kiertorata

Titania kiertää Uranusta 436 000 kilometrin etäisyydellä, ja se on toiseksi kauimpana planeetasta viidestä suurimmasta kuusta. Titanian kiertoradalla on pieni eksentrisyys ja se on inklisoitunut todella vähän verrattuna Uranuksen ekvaattoriin. Sen kiertoaika on 8,7 päivää, mikä on saman verran kuin sen kiertoaika akselinsa ympäri. Toisin sanoen planeetan pinnalta näkee aina vain Titanian toisen puolen, kuten Kuun näkee Maasta.
Titanian kiertorata on täysin Uranuksen magnetosfäärin sisällä. Tämä on tärkeää, sillä magnetosfäärin sisällä oleviin planeettoihin kohdistuu magnetosfäärin plasmaa, mikä voi kääntää kuun. Tämä pommitus voi johtaa näkymättömissä olevan puoliskon pimentymiseen, mikä on havaittu kaikkien Uranuksen kuiden pinnalla Oberonia lukuun ottamatta.
Koska Uranus kiertää Aurinkoa lähes kallellaan ja sen kuut kiertävät planeettaa ekvaattorin suuntaisesti, ne (mukaan lukien Titania) vaikuttavat planeetan äärimmäisiin vuodenaikoihin. Sekä planeetan pohjois- että etelänapa viettävät 42 vuotta täydessä pimeydessä, ja toiset 42 vuotta jatkuvassa auringonvalossa, jolloin Aurinko paistaa lähestulkoon suoraan taivaalta. Voyager 2:n ohitus 1986 sattui aikaan, jolloin valo osui etelänavalle, jolloin Uranuksen pohjoisosat jäivät kokonaan tutkimatta. Vuosina 2007–2008 Titanian pinnalla on nähty kaksi Umbrielin aiheuttamaa auringonpimennystä, 15. elokuuta ja 8. joulukuuta 2007.

Rakenne

Titania on suurin ja suurimassaisin Uranuksen kuu sekä kahdeksanneksi suurimassaisin Aurinkokunnan kuu. Sen tiheys on 1,71 g/cm³, mikä on paljon suurempi tiheys kuin Saturnuksen kuiden keskiarvo. Tämä viittaa huomattaviin vesijään ja tiheiden (ei-jää) -tekijöiden suuriin määriin, joten Titania koostuu luultavasti kivistä ja hiilipitoisista materiaaleista mukaan lukien raskaat orgaaniset yhdisteet. Vesijään esiintymisen teoriaa tukevat spektroskooppiset havainnot vuosilta 2001–2005. Vesijään määrä on hieman suurempi Titanian näkyvällä puoliskolla kuin piilossa olevalla puoliskolla. Tässä suhteessa kuu on Oberonin vastakohta, sillä Oberonissa vesijäätä on enemmän piilossa olevalla puoliskolla. Tämän epäsymmetrian syytä ei tiedetä, mutta se voi liittyä Uranuksen magnetosfäärissä tapahtuneisiin muutoksiin.
Vettä lukuun ottamatta muu Titanian pinnalla infrapunaspektroskopialla havaittu materiaali on hiilidioksidia, jota havaittiin pääasiassa piilossa olevalla puoliskolla. Hiilidioksidin alkuperä ei ole täysin varma. Se voi olla muodostunut paikallisesti hiilestä ja muista materiaaleista Auringon ultraviolettisäteilyn avulla tai tullut Uranuksen magnetosfääristä. Magnetosfääriteoria voisi selittää määrien epätasaisuuden puoliskoilla, sillä piilossa oleva puolisko vastaanottaa enemmän magnetosfäärin vaikutteita kuin näkyvä puolisko. Toinen mahdollinen lähde on Titanian lähes olematon kaasukehä.
Titanian pinnanalaiset osat voidaan jakaa kiviseen ytimeen, jota ympäröi jäinen vaippa. Mikäli teoria on totta, ytimen säde (520 km) on 66 % kuun säteestä, ja sen massa noin 58 % kuun massasta. Paine Titanian ytimessä on noin 0,58 GPa (5,8 kbar). Titanian jäävaipan nykyinen olomuoto on tuntematon. Jos jää sisältää tarpeeksi ammoniakkia jäätymisenestoon, Titania voi tuottaa vaipan ja ytimen väliin nestemäistä vettä. Veden tiheys, jos sitä on olemassa, on noin 50 km ja sen lämpötila noin 190 K.

Messina Chasma

Messina Chasma on Titanian suurin tunnettu kanjoni. Se on nimetty William Shakespearen Paljon melua tyhjästä -näytelmän tapahtumapaikan, Messinan, mukaan. 1 492 km pitkä kanjoni on syntynyt kahden tavallisen siirroksen luode-kaakko -siirtymäkohtaan. Kanjonin lähistöllä on paljon törmäyskraattereita, mikä tarkoittaa sitä, että se on syntynyt kuun historian myöhemmissä vaiheissa. Messina Chasman sisällä on vain muutama kraatteri, mikä tukee väittämää sen nuoresta iästä. Kuten muutkin Titanian pinnanmuodot, Messina Chasman kuvasi ensimmäiseksi Voyager 2.

Ursula

Ursula on Titanian suurin tunnettu kraatteri. Sen läpimitta on 135 km, ja sen leikkaa suuri kanjoni Belmont Chasma. Kuten Messina Chasmakin, sen nimi tulee Shakespearen Paljon melua tyhjästä -näytelmästä, tarkalleen ottaen erään päähenkilön nimestä. 
Ursulan keskellä on kuoppa, läpimitaltaan noin 20 km. Ursula on luultavasti yksi Titanian nuorimmista suurista kraattereista. Kraatteria ympäröivät tasangot, ja se on kaikista kuun tunnetuista kraattereista matalin. Kraatterin alkuperä lienee kryovulkanistinen.

Ilmakehä

Hiilidioksidin määrä Titanian pinnalla viittaa siihen, että Titanialla voi olla hatara, kausiluonteinen ilmakehä, joka koostuu pääasiassa hiilidioksidista, kuten Jupiterin kuulla Kallistolla. Muita kaasuja, kuten typpeä ja metaania voi olla ilmakehässä, mutta se on melko epätodennäköistä, sillä kuun hatara vetovoima ei voisi estää kaasuja pakenemasta avaruuteen. Titanian kesäkauden korkeimman lämpötilan aikana hiilidioksidin aiheuttama höyrynpaine oli noin 3 nbar.
8. syyskuuta 2001 Titania pimensi kirkkaan tähden, HIP106829:n magnitudilla 7,2. Tilanne antoi mahdollisuuden tutkia kuun sädettä ja efemeridiä sekä etsiä mahdollista ilmakehää. Ilmakehää ei havaittu, ja paine oli vain 10–20 nanobaaria. Tulosten mukaan on silti mahdollista, että Titanialla on kaasukehä, mutta se olisi paljon hatarampi kuin Tritonilla tai Plutolla.
Uranuksen ja sen kiertolaisten vaikutus saa Uranuksen kuiden vastaanottamaan lisää aurinkoenergiaa navoilleen kuin niiden ekvaattorin alueille. Titanian kesän aikana lämpötila navoilla voi olla niinkin korkea kuin 85–90 K, jolloin hiilidioksidi sublimoituu ja alkaa liikkua kuun toiselle navalle tai sen ekvaattorin alueille. Titanian uskotaankin menettäneen suuren määrän hiilidioksidia sen synnystä 4,6 miljardia vuotta sitten.

Alkuperä

Titanian uskotaan syntyneen kertymäkiekosta tai pienestä kaasusumusta; kaasu- ja pölykiekosta, joka joko kiersi Uranusta jonkin aikaa sen syntymisen jälkeen tai syntyi kun Uranus joutui meteoritörmäyksen kohteeksi. Kaasusumun koostumus on tuntematon – kuitenkin Titanian ja muiden Uranuksen kuiden korkea tiheys verrattuna Saturnuksen kuihin viittaa siihen, ettei sumussa ole ollut paljon vettä. Sumu on voinut sisältää myös huomattavia määriä hiiltä, ja typpeä ammoniakin ja metaanin sijasta. Kuut, jotka syntyivät kaasusumusta, sisältäisivät vähemmän vesijäätä ja enemmän kiveä, mikä selittää niiden suuren tiheyden.

Myöhempi kehitys

Titanian kasvu kesti luultavasti muutamia tuhansia vuosia. Törmäykset aiheuttivat kuun uloimman kerroksen kuumenemista, ja maksimilämpö 60 kilometrin syvyydessä saattoi olla jopa 250 K. Muodostumisen lopussa pinnanalaiset osat jäähtyivät, ja Titanian ydin lämpeni kivissä olevien radioaktiivisten materiaalien takia. Jäähtyvä pinnanalainen osa kutistui, ja ydin alkoi kasvaa. Kuun pintaan alkoi syntyä tämän takia halkeamia. Jotkut Titanian pinnan nykyiset halkeamat ja kanjonit voivat olla tämän 200 miljoonaa vuotta sitten loppuneen prosessin tulosta.
Varhainen lämpeneminen ja radioaktiivisen materian määrän jatkuva väheneminen saattoivat olla yhdessä tarpeeksi vahvoja sulattamaan jään, jos jonkinlaista jäätymisenestoainetta kuten ammoniakkia tai suolaa oli paikalla. Mikäli tämä tapahtui, jää saattoi erota kivistä, ja kiviytimen ympärille saattoi alkaa muodostua jääkerros. Saattoi syntyä sulaa vettä, joka jäätyi myöhemmin. Veden jäätyminen johti ytimen kasvuun, ja kanjoneita alkoi syntyä. Titanian kehityksestä ei olla yksimielisiä, ja tietoja siitä on melko vähän.