Все о космосе

Титан

Одна из главных загадок сатурнианского спутника Титана, которая не прячется под оранжевыми облаками — его азотно-метановая атмосфера. Ни один спутник в Солнечной системе не имеет столь мощной газовой оболочки. И, как показывает анализ данных космического аппарата Cassini и его посадочного моду­ля Huygens, нынешний ее состав вполне может быть результатом процессов, на­чавшихся в недрах Титана менее 500 миллионов лет назад — сравнительно не­давно по космическим меркам.

Метан, содержащийся в атмосфере, под действием ультрафиолетового излучения Солнца распадается на водород и более тя­желые углеродные соединения (этилен, ацетилен). Промежуточными продуктами диссоциации являются активные радика­лы метила и карбона (СН3, СН2), спо­собствующие образованию сложных угле­водородных молекул, из которых состоят облака. Однако за время существования Титана весь метан должен был разложить­ся, продукты полимеризации — выпасть на поверхность спутника, а водород — рассеяться в космическом пространстве. Следовательно, должен существовать ис­точник постоянного пополнения атмос­ферного метана. Его поисками занялась группа ученых под руководством Габриэ­ля Тоби из Нантского Университета (Gab­riel Tobie, Universite de Nantes, France).

В результате исследований была полу­чена модель эволюции Титана, включа­ющая в себя три этапа. Первый из них начался тогда же, когда началось форми­рование Солнечной системы из протопланетного облака. В это время недра спутника претерпели дифференциацию, в результате которой возникло силикат­ное ядро, окруженное оболочкой из водно-метаново-аммиачной смеси. На вто­ром этапе (около двух миллиардов лет назад) верхние слои оболочки замерзли, образовав твердую кору. Главным мате­риалом коры стали кристаллогидраты метана — так называемые "соединения включения" (клатраты), которые обра­зуют с водой некоторые газы (в том числе инертные). Клатраты очень чувствитель­ны к повышению температуры: они реа­гируют на него, разлагаясь на воду и газ (в данном случае — метан). Температур­ные аномалии на Титане стали возни­кать на третьем этапе, который продол­жается до сих пор. Они вызваны процес­сами кристаллизации в жидкой мантии спутника. Выделяющаяся теплота крис­таллизации приводит к локальному на­греву коры, разложению гидратов и вы­делению метана в атмосферу. Там он мо­жет частично конденсироваться и проли­ваться на поверхность дождями, образуя недолговечные метановые реки и озера. Расчеты показывают, что тепла в нед­рах спутника и химической энергии, за­пасенной в клатратах, достаточно для многих миллионов лет подобной крио-вулканической активности. Однако предложенная модель означает, что под его твердой корой должен скрываться глубокий водно-аммиачный океан. Его поисками займется КА Cassini во время следующих пролетов вблизи Титана.

Невидимый океан Титана

Когда зонд Cassini снаряжали для исследований Сатурна и его спутниковой системы, ученые не исключали возможности найти на поверхности Титана — круп­нейшего спутника планеты — уг­леводородный океан. Там его не оказалось, зато обнаружились озе­ра. Теперь межпланетный аппарат предоставил достаточно данных, свидетельствующих о том, что оке­ан на Титане все же есть, но нахо­дится он под его ледяной поверх­ностью.

Ральф Лоренц (Ralph Lorenz) и его коллеги из лаборатории при­кладной физики университета Джона Хопкинса, обрабатывая данные, поступающие с Cassini, обосновали гипотезу о том, что на Титане на глубине 100 км сущес­твует обширный водно-аммиач­ный океан. К этому выводу иссле­дователи пришли, изучив матери­алы радарной съемки спутника за период с октября 2005 по май 2007 г. На поверхности были отме­чены 50 характерных точек (озе­ра, каньоны и горы), положение которых с высокой точностью отслеживалось в ходе 19 сближений Cassini с Титаном. Оказалось, что на более поздних снимках детали рельефа "ушли" от своих вычис­ленных позиций на расстояния до 30 км.

Этот факт говорит о том, что период вращения спутника во­круг своей оси заметно меняется на протяжении нескольких лет, и не совпадает с орбитальным пе­риодом на 0,36° в год. В принципе, серьезно изменить скорость вра­щения могло столкновение спут­ника с крупным астероидом. Од­нако никаких свежих (по астро­номическим меркам, т.е. возрас­том меньше миллиона лет) крате­ров планетарного или хотя бы ре­гионального масштаба на его по­верхности не замечено. Следова­тельно, единственной правдопо­добной причиной найденных раз­личий являются сезонные ветры, дующие в плотной (в 1,5 раза плотнее земной) "титанической" атмосфере. Неравномерный про­грев газовой оболочки и поверх­ности Титана солнечными луча­ми формирует характерные кар­тины атмосферной циркуляции, которые меняются от сезона к се­зону. Даже на массивной Земле воздушные потоки вызывают се­зонные неравномерности скорос­ти вращения планеты. На более легком Титане подобные процес­сы должны быть выражены еще ярче.

Однако даже самых сильных ураганов в плотной атмосфере оказывается недостаточно, чтобы привести к столь заметным изме­нениям скорости вращения спут­ника, если он представляет собой сплошное твердое тело. Парадокс легко решается, если предполо­жить, что ветру приходится рас­кручивать не всю планету, а лишь ее внешнюю кору, отделенную от каменистого ядра мощной про­слойкой воды. При этом такая прослойка должна быть действи­тельно глобальной и полностью изолировать кору от ядра, подоб­но смазке в масляном подшипни­ке. Под панцирем замерзшей во­ды, углеводородов, а также их многочисленных соединений (так называемых клатратов) толщи­ной порядка 100 км находится океан, состоящий преимущес­твенно из воды, обильно насы­щенной растворенным в ней ам­миаком (в повседневной практике подобный раствор применяется под названием "нашатырный спирт"). Моделирование показы­вает, что этот мировой океан так­же должен иметь глубину, исчис­ляющуюся десятками, а то и сот­нями километров.

Сочетание богатой органикой окружающей среды и жидкой во­ды позволяет надеяться обнару­жить на спутнике следы прими­тивной жизни. Однако многие ученые сомневаются, что она мог­ла зародиться в щелочном водно-аммиачном подповерхностном океане.

Проверить выводы группы Ло­ренца можно будет тогда, когда на Титане сменится сезон, а с ним и направление атмосферной цирку­ляции. В северном полушарии спутника лето начнется примерно через 8 лет. Пока неясно, будет ли в это время в окрестностях Сатур­на работать Cassini или какой-ни­будь другой автоматический раз­ведчик.