タイタン (衛星)
レーダー、合成開口レーダー、およびカッシーニの画像データからは、タイタンの表面にクレーターがほとんど存在していないことが分かっている。このことからタイタンの表面は、年齢と比較して若いと考えられている。発見されている数少ないクレーターには直径392 kmのメンルヴァ(Menrva)と命名されているものなどがある。これは二重衝突盆地で、カッシーニのイメージングサイエンスサブシステム(ISS)によって同心円状の明暗のパターンとして観測された。より小さな、直径60 kmのシンラップ(Sinlap)と名付けられている平滑なクレーターと、中央丘と暗い表面を持つ、クサ(Ksa)と命名されている直径30 kmのクレーターも観測された。レーダーとカッシーニの画像からは、隕石の衝突に関連している可能性がある円形の地形が見られるが、それを「隕石」によるものだと確実に識別することはできない。例えば、カッシーニによってグァボニド(Guabonito)という名称で知られている、明るく荒い物質でできている直径90 kmのリング状の地形が観測されている。この地形は、暗い堆積物に覆われたクレーターであると考えられている。他にも同じような地形が、シャングリラやアアル(Aaru)といった地域でも観測されている。2006年4月30日にカッシーニがタイタンをフライバイした際のレーダー観測により、高アルベド地形ザナドゥにもクレーターの可能性があるいくつかの円形の地形が観測されている。
タイタンのクレーターやその可能性のある地形の多くは激しい浸食の痕跡があり、これは地形が全て何らかの原因で変化していることを示している。
タイタンは唯一濃い大気を持つことが知られている衛星で、また、太陽系内では地球とタイタンだけが唯一窒素に富んだ大気を持っている(ガス惑星や太陽の表層のガスを大気に含めない場合)。ボイジャーによる観測では、タイタンの大気は地球のものよりも高密度で、表面での圧力は1.45 atmであることが示されている。タイタンの大気の質量は地球の大気全体の1.19倍で、同じ単位表面積あたりの質量は地球の約7.3倍、密度は4倍になる。不透明なもやの層は、太陽や他の光源から放出された可視光線の多くを遮断し、タイタンの表面を覆い隠している。またタイタンの重力が弱いため、大気は地球よりもはるか上空にまで広がっている。
タイタンの成層圏では秒速200メートルに達するスーパーローテーション(超回転)が存在する。このスーパーローテーションは金星にも見られ、両者はしばしば比較される。これはボイジャーによる観測時のデータから予想されており、2005年にカッシーニ探査機から分離されたホイヘンスによる観測で証明された。タイタンの大気は広範な波長の電磁波に対し不透明であり、軌道上から表面の完全な反射スペクトルを得ることは不可能であった。
科学者たちは長らく、タイタンの環境は遥かに低温ではあるが原始地球に似ていると考えてきた。2004年に、大気中からアルゴン40が検出され、これは氷火山が水とアンモニアから成る「溶岩」のプルームを生成している可能性があることを示した。タイタンの表面にある湖の分布図からは、大気中のメタンが継続して存在し続けるために必要なだけのメタンは存在しないことが示されており、したがって現在のタイタンの大気組成を説明するには火山のようなプロセスを経て、大気にメタンが供給されなければいけないことになる。
タイタンのクレーターの中には、太陽系内の他のクレーターよりも縁が比較的大きなものがあるにも関わらず、ほとんどの大型のクレーターの縁は欠けていたり、不完全になったりしている。他の大きな氷衛星とは異なり、パリンプセストと呼ばれる粘弾性の地殻が緩くなった際に形成される地形はほとんど見られない。ほとんどのクレーターは、中央丘が欠けた滑らかな表面を持つが、これは後の氷の火山の活動による低温溶岩の噴出や衝撃の発生などが原因とされている。このような様々な地質学的プロセスによってクレーターが埋められることが、その数を少なくしている原因の1つとなっている。また、大気が表面への天体衝突を減らす役割を果たしており、表面のクレーターの数を大気が無い場合よりも半分に減らしていると推定されている。
2007年までに得られた高分解能レーダーによる限定された範囲(全体の22%)の観測では、クレーターの分布に不均一性があることが示された。ザナドゥには、他の領域の2倍から9倍多くのクレーターが存在している。また公転方向を向いた半球である先行半球は、公転とは反対方向である後行半球よりもクレーター密度が 30% 高い。赤道付近の砂丘地域や、炭化水素の湖や海が最も普遍的に存在している北極周辺では、クレーターの数は少なくなっている。
カッシーニによる観測以前の衝突軌道と角度のモデルから、水の氷で出来た天体が地殻に衝突した場所では少量の噴出物がクレーター内に液体の水として存在していることが示されている。水が液体で存在する期間は、単純計算で数百年、あるいはそれ以上であり、生命の起源に関わる単純な前駆体分子が合成できる時間となる可能性もある。
このデータから、研究員はタイタンの地形の変化を大まか推測することができた。タイタンの密度は、組成が岩石が約60%で水が約40%である場合と一致している。研究チームの分析は、タイタンが軌道を公転する間に地表が最大で10 mも上昇あるいは下降することを示唆している。この変化の大きさはタイタンの内部が比較的変形しやすいことを意味しており、最も可能性が高いモデルは、全球を覆う海の上に主に氷から成る厚さ数十kmの殻が浮いているような構造とするものである。研究チームはの研究結果からは、以前の研究結果とも照らし合わせると、タイタンの地下の海が表面よりも100 km以上深いところにある可能性が示唆されている。2014年7月2日、NASAはタイタンの氷の下にある海の塩分濃度が死海に匹敵する可能性があると発表した。同年9月3日、NASAはタイタンのメタンの雨が、地下の凍結したクラスレート(包摂化合物)と相互作用し、最終的に河川や湖沼に供給されるエタンやプロパンが生成される可能性があると報告した。
2016年、タイタンはリゲイア海に流れ込む一連の深い急斜面の渓谷で、液体で満たされた水路の直接的な証拠を発見した。それは先述したヴィド溝で発見され、深度は240 mから570 mで、40度の急な斜面になっている。これらの地形はおそらく、地球のグランドキャニオンのような地殻の隆起、または海面の低下、あるいはその2つの組み合わせによって形成されたと考えられている。浸食の深さは、この地域での液体の流れが何千年も続く長期的なものであることを示している。