タイタン (衛星)
この山脈はおそらく近くの衝突盆地の影響を受けた地形プレートの動きによって形成された、割れ目の下から持ち上げられた物質によって形成されたとされている。カッシーニの探査以前は、科学者はタイタンの大部分の地形は衝突によるものであると考えていたが、地質学的プロセスによって山が形成されたことが示された。
タイタンの最も標高が高い領域は、赤道付近にベルト状に集中している。地球上で地殻や上部マントルの岩石がゆっくりと移動してヒマラヤ山脈やアンデス山脈のような地形をつくるのと同じように、タイタンでは氷の「地殻」と液体の「マントル」が移動して「山脈」を形成する。ただし、地球の山が岩石でできているのとは違い、タイタンで山を作っている氷の「地殻」や液体の「マントル」は岩石より柔らかいため、地球のように8000メートル級の山岳が形成されることはないだろうと推測されている。なお、タイタン自身の自転や土星からの潮汐力も、タイタンの「山脈」の形成作用に影響を及ぼしていると推測される。
仮にタイタンに火山活動が存在していることが事実ならば、地球と同じような、マントルの放射性元素の崩壊から放出されるエネルギーによって引き起こされているとする仮説がある。地球上のマグマは、それが噴出する固体岩質の地殻よりも密度が低い液体岩で出来ている。しかし氷は水よりも密度が低いため、タイタンの水のマグマは硬い氷の地殻よりも密度が高くなる。これは、タイタンで氷の火山が形成されるには、土星からの潮汐加熱を介する大量のエネルギーを必要とすることを示している。硫酸アンモニウムを覆う低圧の氷の浮上と、不安定な構造は劇的なプルーム現象を発生させることがある。タイタンは、粒状の氷と硫酸アンモニウムの灰によるプロセスを経て表面が更新され、また風食による景観や砂丘といった地形を形成させる。
2008年、エイムズ研究センターの惑星地質学者Jeffrey Mooreはタイタンの地質についてそれまでとは異なる見解を提案した。これまでタイタンで火山とおぼしき特徴がはっきりと特定できていないことを提示し、タイタンの表面が衝突クレーターや、河床の侵食、マスムーブメントおよびその他の外因によるプロセスのみで形成された、地質学的に「死んだ世界」であると主張した。
(詳細は「土星の衛星」参照)
タイタン(Titan)とその後に発見される7つの衛星の名称は、ジョン・ハーシェル(ウィリアム・ハーシェルの息子、ミマスとエンケラドゥスを発見した)が1847年に出版したResults of Astronomical Observations Made during the Years 1834, 5, 6, 7, 8, at the Cape of Good Hopeの中で命名されたものである。
土星は英語で「サターン」(ローマ神話の農耕神サートゥルヌスのこと)といい、サートゥルヌスはギリシャ神話のクロノスと同一視される。このクロノスは「タイタン」(ティーターン、ティタン、チタン)と呼ばれる神族の一柱である。
日本では「タイタン」という英語読みの表記や、ティタンという表記が用いられる。
この砂漠地域の例として、ホイヘンスが着陸した地点付近にある、アメリカ・ユタ州のグレートソルト湖の約半分の大きさを持つシャングリラ(Shangri-La)がある。このような赤道付近にある湖は、いわば「オアシス」のようなものとされており、地下の帯水層から供給されている可能性がある。また、この低緯度に存在している湖がタイタン全体のメタン循環の源になっている可能性が指摘されている。
2008年6月、カッシーニのイオン・中性質量分析器は、オンタリオ湖に液体のエタンが間違いなく存在していることを確認した。同年12月21日、カッシーニはオンタリオ湖上空を直接飛行し、レーダーで湖面からの鏡面反射を観測した。反射の強さは、探査機の受信機を飽和させ、湖の水位が3 mm以上変化しないことを示した(表面の風がとても弱いか、湖の炭化水素の粘性が高いことを示している)。
2009年7月8日、カッシーニの可視・赤外マッピング分光光度計(VIMS)によって、15年間の冬が終わり、太陽光が入るようになった北極付近にあるチンポー湖(Jingpo Lacus)と呼ばれる湖から、表面が鏡のように滑らかであることを示す鏡面反射が観測された。この観測結果から、レーダー画像から導き出された液体で満たされた広大な地形があるという推論が実証された。
2009年7月と2010年1月に行われた初期のレーダー測定では、オンタリオ湖は平均深度が0.4 mから3 m、最大深度が3 mから7 mと非常に浅いことが示された。それに対して北半球のリゲイア海は、当初のレーダー観測の解析技術では、最大深度は8 m以上とされていた。
その内部は、氷Ihの地殻と、より深い高圧の氷で形成されている層の間にあるアンモニアと水から成る液体の「マグマ」層が存在するのに十分高温になっているかもしれない。アンモニアの存在は、(水の共晶化合物に対して)176 K(-97 °C)という低温の状況下でも、水を液体の状態に保持させるのを可能にさせる。探査機カッシーニは、タイタンの大気中の自然極超長波電波の形から、内部の層状構造の証拠を発見した。タイタンの表面は自然極超長波電波の弱い反射体であるとされているため、地下海洋の液体と氷の境界から反射する可能性がある。前述の通りタイタンの自転は公転と同期しているが、カッシーニによる観測ではその自転速度は揺らいでおり、ゆっくりと増加しているように見える。タイタンの地表が液体の海の上に浮かぶ殻のような構造である場合、このような自転速度の揺らぎは発生しやすくなるため、この揺らぎが液体の海の層の存在を示すとする見解もある。タイタンが土星を公転するのと同じように重力場が変化していることから、液体層と殻状の氷の層が固体の核から分離されているという更なる証拠が示されている。RADARによる重力場の観測に基づく地形観測との比較 からもまた、氷の殻が非常に硬いことが示されている。
1979年半ばから後半にかけて、土星が共に写ったものも含むタイタンの画像が撮影されたが、その後ボイジャーがさらに高解像度の画像を撮影した。
タイタンは1980年のボイジャー1号、1981年のボイジャー2号の両方で観測された。ボイジャー1号の軌道は、冥王星探査の可能性を捨ててまで探査機が大気の密度や組成、温度を求められ、タイタンの正確な質量の測定値を得ることができるようなフライバイを行うように設定されていた。大気中のヘイズにより表面を直接撮影することが出来なかったが、ボイジャー1号のオレンジフィルターで撮影された画像が2004年に集中的にデジタル処理され、現在ではハッブル宇宙望遠鏡によって赤外線で観測されているザナドゥやシャングリラとして知られる明暗の特徴の手がかりが明らかになった。ボイジャー1号のタイタンへのフライバイが不可能だった場合は、ボイジャー2号が代わりにフライバイを実行する予定だった。しかし、ボイジャー2号はタイタンの近くは通過せず、その後天王星と海王星へと向かった。