Титан — один из самых интересных спутников Солнечной системы. Своей схожестью с Землёй он привлекает внимания множества учёных и научных организаций, и сейчас предпринимаются активные шаги к его дальнейшему изучению.
Спутник Сатурна – Титан, самое похожее на Землю небесное тело. Совсем недавно ученые получили снимок, на котором впервые вне Земли была обнаружена материя в жидком состоянии. Кроме того на Титане была обнаружена атмосфера, схожая с Земной. Ранее с Титаном уже были связаны громкие научные открытия, например, в 2008 на Титане был обнаружен подземный океан. Возможно именно Титан, а не Марс, станет нашей будущей обителью..
Титан является вторым по величине спутником в Солнечной системе после Ганимеда. В Титане содержится 95 % массы всех спутников Сатурна. Сила тяжести на Титане составляет приблизительно седьмую часть от земной силы тяжести. Титан - единственный спутник в Солнечной системе, обладающий плотной атмосферой, и единственный спутник, поверхность которого практически невозможно наблюдать из-за густого слоя облаков. Давление у поверхности в 1,6 раза выше давления земной атмосферы. Температура - минус 170-180 °C
На Титане имеются моря, озёра и реки из метана и этана, а также горы, состоящие изо льда. Вероятно, вокруг каменного ядра, диаметром около 3400 км, имеется несколько слоев льда с разными типами кристаллизации и возможно слой жидкости. Ряд учёных выдвинули гипотезу о существовании глобального подповерхностного океана. Сравнение снимков «Кассини» за 2005 и 2007 годы показало, что детали ландшафта были смещены примерно на 30 километров. Поскольку Титан всегда повёрнут к Сатурну одной стороной, такой сдвиг может объясняться тем, что ледяная кора отделена от основной массы спутника глобальной жидкой прослойкой. Движение коры может вызывать циркуляция атмосферы, которая вращается в одном направлении (с запада на восток) и увлекает за собой кору. Если движение коры окажется неравномерным, то это станет подтверждением гипотезы о существовании океана. Предположительно он состоит из воды с растворённым в ней аммиаком.
Эта теория подтвердилась снимком отражающегося от поверхности Титана солнечного света, полученным в середине июля 2009 года с помощью космического аппарата Кассини. Снимок был публично представлен только в декабре 2009, на ежегодном совещании Американского геофизического сообщества в Сан-Франциско.
После этого ученым пришлось потратить еще немало времени, чтобы доказать, что обнаруженное яркое пятно является не чем иным, как солнечным бликом на поверхности озера, а не извержением вулкана или молнией. В результате дальнейшего анализа ученым удалось выяснить, что обнаруженный блик принадлежал огромному углеводородному бассейну Море Кракена, площадь которого - 400 тысяч квадратных километров, что больше площади крупнейшего озера Земли - Каспийского моря. Согласно данным «Кассини» и компьютерным расчётам, состав жидкости в озёрах следующий: этан (76-79 %). На втором месте находится пропан (7-8 %), на третьем - метан (5-10 %). Кроме того, озёра содержат 2-3 % цианида водорода, и около 1 % бутена, бутана и ацетилена. Согласно другим гипотезам, основными компонентами являются этан и метан.
Присутствие озер жидких углеводородов на поверхности Титана до сих пор не подвергалось сомнению с тех пор, как признаки огромных озер жидкости были обнаружены Кассини в процессе изучения поверхности Титана с помощью радиоволн. Ученые, на основании этих косвенных данных, даже сумели доказать наличие на Титане циклов глобальных оледенений и оттепелей, однако до сих пор астрономам не удавалось пробиться сквозь плотную углеводородную атмосферу Титана, чтобы запечатлить эти озера. Впервые команде исследователей, работающих с Кассини, это удалось сделать только теперь, когда в северном полушарии Титана, где сосредоточено большинство озер, закончилась зима и его поверхность начала вновь озаряться лучами Солнца.
"Удивительно, насколько поверхность Титана напоминает земную", - заявила в августе американский планетарный геолог Розали Лопес из Пасадены, после детального изучения поверхности Титана.
Титан обладает атмосферой, что тоже делает его похожим на Землю. Атмосфера Титана составляет около 400 километров в толщину и содержит несколько слоёв углеводородного «смога», из-за чего Титан является единственным спутником в Солнечной системе, поверхность которого невозможно наблюдать в телескоп. Также смог является причиной уникального для Солнечной системы антипарникового эффекта. Атмосфера на 98,6 % состоит из азота, а в приповерхностном слое его содержание уменьшается до 95 %. Таким образом, Титан и Земля - единственные тела в Солнечной системе с плотной атмосферой и преимущественным содержанием азота. На схеме показано строение Титана. В продолжение этой темы, советую почитать о путешествии на Марс и проекте Space X Илона Маска , который планирует воплотить жизнь на Марсе в реальность.
Титан получает очень мало солнечной энергии для того, чтоб обеспечить динамику атмосферных процессов. Вероятно, энергию для перемещения атмосферных масс обеспечивают мощные приливные воздействия Сатурна, в 400 раз превышающие по силе обусловленные Луной приливы на Земле. В пользу предположения о приливном характере ветров говорит широтное расположение гряд дюн, широко распространённых на Титане. Поверхность Титана в низких широтах была разделена на несколько светлых и тёмных областей с чёткими границами. В районе экватора на ведущем полушарии расположен светлый регион размером с Австралию (видимый также на фотографиях телескопа «Хаббл») представляющий собой горный массив. Он получил название Ксанаду (Xanadu).
Титан — самый большой спутник Сатурна (диаметр — 5150 км) и единственный спутник солнечной системы с плотной атмосферой, через которую невозможно наблюдать поверхность этого спутника. Давление у поверхности примерно в 1,6 раза превышает давление земной атмосферы. Температура — минус 170-180°C. Титан больше планеты Меркурий, хотя и уступает ему по массе. Сила тяжести на нем составляет приблизительно одну седьмую земной.
Основные сведения об этом загадочном спутнике были получены совсем недавно при помощи аппарата Huygens, который вошел в плотную атмосферу Титана и сел на его поверхность в 2005 году.
Титан имеет состав примерно такой же, как и большинство спутников планет-гигантов — примерно половина льда и столько же горных пород. Вероятно ядро каменное диаметром 3400 км, поверх которого образовано несколько слоев льда различной степени кристаллизации. Половина массы скальных пород содержат калий. Предполагается, что на поверхности могут быть метановые ключи, в которых берут свое начало метановые реки. Ученые предполагают, что запасы метана на поверхности Титана должны постоянно возобновляться из какого-то неизвестного источника внутри спутника Сатурна, т.е. метан постоянно разрушается в результате фотохимических процессов в верхних слоях атмосферы. Т.о. его нынешнее количество исчезнет через 20 млн. лет. Если метан, что наблюдается сегодня, является только остатком гораздо большего количества этого газа, который к настоящему времени почти исчез, отношение изотопов углерода в молекулах CH4 должно быть близким к тому, что измеряется для азота и кислорода (на Земле). Поскольку это не наблюдается, метан должен постоянно возобновляться. Одним из источников метана может быть вулканическая активность.
Как уже было сказано, Титан имеет плотную атмосферу, толщиной в несколько сот километров. На 95% состоит из азота. Таким образом, Титан и Земля — единственные тела в Солнечной системе, обладающие плотной атмосферой с преимущественным содержанием азота. Остальные 5% преимущественно приходятся на метан, имеются также следы этана, диацетилена, метилацетилена, цианоацетилена, ацетилена, пропана, углекислого газа, угарного газа, цианогена, гелия.
На Титане метан должен выполнять ту же функцию, что и вода на земле, и проходить круговорот — осадки, сбор на поверхности, испарение, конденсация, осадки.
В верхних слоях атмосферы под воздействием ультрафиолетового солнечного излучения метан и азот разлагаются и образуют сложные углеводородные соединения. Некоторые из них по данным масс-спектрометра Кассини содержат не менее 7 атомов углерода. А среди соединений азота идентифицированы нитрилы — своего рода предшественники аминокислот.
При спуске зонд Гюйгенс обнаружил ветер на высотах от 9,6 до 19,2 километров. Скорость ветра составила 25,6 километра в час.
Инструменты космического аппарата обнаружили толстый туманный (или облачный) слой метана на высотах 17,6-19,2 километров, где атмосферное давление составило примерно 0,5 атмосферы. Метановый туман был и внизу.
Температура атмосферы (в начальной фазе спуска) составила 70,5 градуса по Кельвину (минус 202,6 по Цельсию), в то время как на поверхности планеты «воздух» был немного теплее: 93,8 градуса по Кельвину (минус 179,3 по Цельсию).
Особенно ученых заинтересовала загадка этановых облаков, которых над Титаном оказалось намного меньше, чем предсказывали теоретические модели. Дело в том, что солнечный ультрафиолет постоянно разрушает молекулы метана, которым очень богата атмосфера спутника Сатурна, а один из побочных продуктов такой реакции — именно этан.
Теперь же планетологи из Аризоны сделали более ясным процесс круговорота этана на этой удивительной планете и помогли понять, куда он исчезает.
В районе северного полярного круга Титана, между 51-м и 69-м градусами широты, на высоте 30-60 километров приборы Cassini отсняли большие этановые облака. Наблюдения показывают, что поверхностные отложения этана должны находиться именно в полярных районах, а не распределяться глобально, как предполагалось ранее. Это может частично объяснить отсутствие океанов из этана и этановых облаков в низких широтах Титана. Возможно, что прямо сейчас на северном полюсе планеты этан выделяется в виде дождя или, если температура достаточно низкая, в виде снега. А когда начнётся новый сезон, этан будет выпадать на южном полюсе.
По расчётам учёных, этан должен накапливаться на полюсах как полярный лёд. Также этан растворяется в метане, из которого, как известно, состоят здешние дожди. Ученые предполагают, что во время полярной зимы в низменностях образуются метановые озёра, которые также богаты и этаном. Возможно, это те самые озёра, что недавно открыл Cassini.
Если бы этан производился в атмосфере Титана нынешними темпами в течение всего времени существования планеты, на полюсах образовались бы шапки этанового льда толщиной в два километра. Пока у учёных вообще нет прямых доказательств существования полярных шапок на этой планете.
Тем не менее, на южном полюсе, например, приборы зафиксировали нечто вроде рек, быть может, берущих начало в здешнем подобии ледников. Так или иначе, в ближайшие месяцы американский аппарат выполнит ряд пролётов над полюсами этой удивительной планеты, и информации для анализа прибавится.
Поверхность Титана относительно ровная; альтиметрия показала перепады высот не более 100 м на протяжении нескольких сот километров. В то же время локальные перепады высот, как показывают данные радара и стереоснимки, полученные Гюйгенсом, могут быть весьма значительными; крутые склоны на Титане не редкость. Это является результатом интенсивной эрозии при участии ветра и жидкости. Имеются несколько объектов, похожих на ударные кратеры, заполненные предположительно углеводородами.
Так же были найдены темные и светлые области на поверхности. Одна из таких светлых областей имеет форму похожую на Австралию. Ученые предполагают, что это континент, названный Ксанаду (Xanadu). На западном краю отснятой области тёмные дюны уступают сложному ландшафту, изрезанному ветвящимися речными сетями, холмами и долинами. Эти узкие речные сети текут к более тёмным областям, которые могут быть озёрами. Также здесь был найден кратер, сформированный либо ударом астероида, либо водным вулканизмом.
Извилистые каналы восточной части Ксанаду заканчиваются на тёмной равнине, где дюны (встречающиеся в изобилии в других местах), как кажется, отсутствуют.
Наконец, всё это великолепие разнообразных ландшафтов венчают горы размером с Аппалачи, которые пересекают рассмотренный район спутника газового гиганта.
Имеются и темные области схожих размеров, опоясывающие спутник по экватору, которые поначалу идентифицировались как метановые моря. Радарные исследования, однако, показали, что темные экваториальные регионы повсеместно покрыты длинными параллельными рядами дюн, вытянутых в направлении преобладающих ветров (с запада на восток) — т.н. «кошачьи царапины». Лишь в некоторых местах зафиксированы участки ровной (возможно жидкой) поверхности, по площади соответствующие скорее озерам, чем морям. Темный цвет низменностей объясняется скоплением частиц углеводородной «пыли», выпадающей из верхних слоев атмосферы и смываемой метановыми ливнями с возвышенностей.
В июне 2005 «Кассини» обнаружил гораздо более тёмное образование с очень чёткими границами, которое находится в регионе с очень мощными (возможно «ливневыми») облаками и которое может быть идентифицировано как действительно жидкое озеро. По размеру и форме оно схоже с озером Онтарио, поэтому и было названо Lacus Ontario. Пока не ясно — жидкость там, или тёмное высохшее дно, покрытое осадочным слоем. По некоторым признакам, активная «работа» углеводородных жидкостей на поверхности Титана (дожди или бьющие из-под поверхности ключи, ручьи и реки) носит сезонный характер. Дальнейшее изучение озера должно раскрыть его загадку.
Уже в июле 2006 года «Кассини» обнаружил дюжину озёр размером до 110 километров. Некоторые из них объединены между собой каналами, тогда как другие, отдельные, пополняются реками. Несколько из них оказались сухими (как и полагали учёные раньше), но некоторые — наполнены жидкостью, по-видимому, смесью метана и этана.
Некоторые озёра, вероятно, не всегда остаются сухими, а периодически наполняются во время углеводородных дождей. Однако новые данные пока так и не смогли уверенно ответить на вопрос — каков источник этих веществ.
Титан – самый большой спутник Сатурна и второй по величине Солнечной системы: фото, размер, масса, атмосфера, название, метановые озера, исследование Кассини.
Титаны повелевали Землей и стали прародителями олимпийских богов. Именно поэтому крупнейший спутник Сатурна назвали Титаном. Занимает 2-е место по величине в системе и превышает по объему Меркурий.
Титан – единственный спутник Сатурна, наделенный плотным атмосферным слоем, что долгое время мешало изучить поверхностные особенности. Сейчас располагаем доказательствами наличия жидкости на поверхности.
В 1655 году Христиан Гюйгенс заметил спутник. На это открытие его вдохновили находки Галилея возле Юпитера. Поэтому в 1650-х гг. он занялся разработкой своего телескопа. Сначала его называли просто Спутник Сатурна. Но позже Джованни Кассини найдет еще 4, поэтому его именовали по позиции – Сатурн IV.
Современное наименование досталось от Джона Гершеля в 1847 году. В 1907 году Хосел Комас Сола отслеживал потемнение Титана. Это эффект, когда центральная часть планеты или звезды кажется намного ярче края. Это стало первым сигналом к обнаружению атмосферы на спутнике. В 1944 году Джерард Койпер применил спектроскопический прибор и нашел метановую атмосферу.
Радиус – 2576 км (0.404 земного), а масса спутника Титана – 1.345 х 10 23 кг (0.0255 от земной). Средняя удаленность составляет 1 221 870 км. Но эксцентриситет в 0.0288 и наклон орбитальной плоскости в 0.378 градуса привели к тому, что спутник приближается на 1 186 680 км и отдаляется на 1 257 060 км. Выше представлено фото, где сравниваются размер Титана, Земли и Луны.
Таким образом вы узнали, спутником какой планеты является Титан.
На орбитальный пролет Титан тратит 15 дней и 22 часов. Орбитальный и осевой периоды синхроничны, поэтому пребывает в гравитационном блоке (повернут к планете одной стороной).
Титан отличается большей плотностью из-за гравитационного сжатия. Его показатель в 1.88 г/см 3 намекает на равное соотношение водяного льда и каменистого материала. Внутри делится на слои со скалистым ядром, охватывающим 3400 км. Исследование Кассини в 2005 году намекнуло на возможное присутствие подземного океана.
Полагают, что жидкость Титана состоит из воды и аммиака, что позволяет фиксировать жидкое состояние даже при температурной отметке в -97°С.
Поверхностный слой считается относительно молодым (от 100 млн до 1 млрд. лет) и выглядит гладким с ударными кратерами. Высота меняется на 150 м, но может достигать и 1 км. Считается, что на это повлияли геологические процессы. К примеру, на южной стороне сформировался горный хребет с протяжностью в 150 км, шириной – 30 км и высотой – 1.5 км. Заполнен ледяным материалом и слоем метанового снега.
Патера Сотра – горная цепь, вытягивающаяся в высоту на 1000-1500 м. Некоторые вершины наделены кратерами и кажется, что у основания скопились замороженные лавовые потоки. Если на Титане есть активные вулканы, то они спровоцированы поступающей от радиоактивного распада энергии.
Некоторые считают, что перед нами геологически мертвое место, а поверхность создалась из-за кратерных ударов, потоками жидкости и ветровой эрозии. Тогда метан поступает не из вулканов, а выделяется из холодного лунного интерьера.
Среди кратеров спутника Титана выделяется 440-километровый двухзонный ударный бассейн Минерва. Его легко найти по темному узору. Также есть Синлап (60 км) и Кса (30 км). Радарный обзор сумел отыскать кратерные формы. Среди них 90-километровое кольцо Гуабонито.
Ученые теоретизировали о наличии криовулканов, но пока на это намекают лишь поверхностные структуры с протяжностью в 200 м, которые смахивают на лавовые потоки.
Каналы могут намекать на тектоническую активность, а значит перед нами молодые формирования. Или же это старая местность. Можно отыскать темные участки, являющиеся пятнами водяного льда и органических соединений, показывающихся в УФ-обзор.
Спутник Сатурна Титан привлекает внимание своими углеводородными морями, метановыми озерами и прочими углеводородными соединениями. Многие из них отмечены возле полярных участков. Одно по площади охватывает 15000 км 2 , а глубина – 7 м.
Но крупнейшее – Кракен на северном полюсе. Площадь – 400000 км 2 , а глубина – 160 м. Удалось даже отметить небольшие капиллярные волны с высотой в 1.5 см и скоростью – 0.7 м/с.
Есть также море Лигеи, расположенное ближе к северному полюсу. По площади охватывает 126000 км 2 . Именно здесь в 2013 году НАСА впервые заметили загадочный объект – Волшебный остров. Позже он исчезнет, а в 2014-м снова появится уже в другой форме. Полагают, что это сезонная особенность, создаваемая поднимающимися пузырьками.
В основном озера концентрируются возле полюсов, но на экваториальной линии также найдены подобные формирования. В целом анализ показывает, что озера охватывают лишь несколько процентов поверхности, из-за чего Титан намного засушливее нашей планеты Земля.
Титан пока единственный спутник в Солнечной системе, обладающий плотным слоем атмосферы с примечательным объемом азота. Более того, он даже превосходит земную плотность с давлением в 1.469 кПа.
Представлена непрозрачной дымкой, блокирующей поступающий солнечный свет (напоминает Венеру). Лунная гравитация низкая, поэтому атмосфера намного больше земной. Стратосфера заполнена азотом (98.4%), метаном (1.6%) и водородом (0.1%-0.2%).
В составе атмосферы Титана присутствуют следы углеводородов, вроде этана, ацетилена, диацетилена, пропана и метилацетилена. Полагают, что они формируются в верхних слоях из-за распада метана УФ-лучами, что создает густой смог оранжевого окраса.
Поверхностная температура достигает -179.2°С, потому что, по сравнению с нами, луна получает всего 1% солнечного тепла. При этом лед наделен низким давлением. Если бы не парниковый эффект от метана, то на Титане было бы гораздо прохладнее.
Против парникового эффекта срабатывает туман, отражающий солнечный свет. Симуляции показали, что на спутнике могут появиться сложные органические молекулы.
Горячие планетные короны
Астроном Валерий Шематович об изучении газовых оболочек планет, горячих частицах в атмосфере и открытиях на Титане:
Титан воспринимается в качестве пробиатической среды, обладающей сложной органической химией и возможным подповерхностным океаном в жидком состоянии. Модели показывают, что добавление УФ-лучей в такой обстановке может привести к формированию сложных молекул и веществ, вроде толинов. А добавление энергии вызывает даже 5 нуклеотидных оснований.
Многие считают, что на спутнике присутствует достаточное количество органического материала, чтобы активировать процесс химической эволюции аналогичной земной. Это требует наличия воды, но жизнь могла бы сохраняться в подповерхностном океане. То есть, на спутнике Сатурна Титане способна появиться жизнь.
Такие формы должны уметь выживать в экстремальных условиях. Все зависит от теплообмена между внутренним и верхним слоями. Не исключают присутствие жизни и в метановых озерах.
Чтобы проверить гипотезу, создали несколько моделей. Атмосферная показывает, что в верхнем слое находится большой объем молекулярного водорода, который исчезает ближе к поверхности. Низкие уровни ацителена также указывают на потребляющие углеводород организмы.
В 2015 году исследователи даже создали клеточную мембрану, способную функционировать в жидком метане при указанных лунных условиях. Но в НАСА эти эксперименты считают гипотезами и полагаются скорее на уровни ацителена и водорода.
К тому же эксперименты все-таки касались земных представлений о жизни, а Титан отличается. Спутник проживает намного дальше от Солнца, а атмосфера лишена окиси углерода, что не позволяет удержать необходимое количество тепла.
Кольца Сатурна часто перекрывает луну, поэтому без специальных инструментов Титан сложно отыскать. Но дальше следует преграда из плотного атмосферного слоя, мешающего рассмотреть поверхность.
Впервые к Титану приблизился Пионер-11 в 1979 году, предъявивший снимки. Он отметил, что луна слишком холодная для поддержания жизненных форм. Далее последовали Вояджеры 1 (1980) и 2 (1981), предоставившие сведения о плотности, составе, температурных показателях и массе.
Главный информационный массив достался от исследования миссии Кассини-Гюйгенс, прибывшей к системе в 2004 году. Зонд отснял детали поверхности и цветовые пятна, которые ранее были недоступными для человеческого зрения. Он же заметил моря и озера.
В 2005 году на поверхность спустился зонд Гюйзенс, запечатлевший поверхностные формирования вблизи.
Также он раздобыл изображения темной равнины, что намекало на эрозию. Поверхность оказалась намного темнее, чем ожидали ученые.
В последние годы все чаще поднимают вопросы о возвращении к Титану. В 2009 году пытались продвинуть проект TSSM, но его обошел EJSM (НАСА/ЕКА), чьи зонды отправятся к Ганимеду и Европе.
Планировали также заняться TiME, но в НАСА решили, что целесообразней и дешевле запустить к Марсу InSight в 2016 году.
В 2010 году рассматривали возможность запуска JET – астробиологический орбитальный аппарат. А в 2015 году пришли в разработке подводной лодки, которая сможет погрузиться в море Кракена. Но пока это все на стадии обсуждения.
Среди всех спутников Титан кажется наиболее выгодной целью для создания колонии.
Титан обладает огромным количеством элементов, которые нужны для поддержания жизни: метан, азот, вода и аммиак. Их можно трансформировать в кислород и даже создать атмосферу. Давление в 1.5 раз превышает земное, а плотная атмосфера намного лучше защищает от космических лучей. Конечно, она наполнена воспламеняющимися веществами, но для взрыва необходимо огромное количество кислорода.
Но есть и проблема. Гравитация уступает показателям земной Луны, а значит человеческому организму придется сражаться против мышечного атрофирования и разрушения костей.
Нелегко справиться и с морозом в -179°С. Но спутник представляет собою лакомый кусочек для исследователей. Велика вероятность натолкнуться на жизненные формы, способные выживать в экстремальных условиях. Возможно, мы придем и к колонизации, потому что спутник станет отправной точкой к изучению более удаленных объектов и даже выхода из системы. Ниже представлена карта Титана и качественные фото в высоком разрешении из космоса.
Нажмите на изображение, чтобы его увеличить
Аппарат Кассини приблизился на удаленность 2 млн. км 29 мая 2017 года, чтобы запечатлеть ночную сторону Титана на фото. В этом обзоре удалось подчеркнуть расширенную атмосферную туманность луны. За все время наблюдения аппарат сумел зафиксировать спутник с различных углов и получить полноценный обзор атмосферы. Высотный туманный слой отображен синим, а главная дымка – оранжевая. Отличие в окрасе может базироваться на размерах частиц. Голубая, скорее всего, представлена мелкими элементами. Для съемки использовали узкоугольную камеру с красным, зеленым и синим фильтрами. Масштабность – 9 км на пиксель. Программа Кассини выступает общей разработкой ЕКА, НАСА и Итальянского космического агентства. Команда располагается в ЛРД. Две камеры на борту также созданы ими. Добытые фотографии обрабатывают в Боулдере (Колорадо).
Долгое время считалось, что наша голубая планета — единственное место в Солнечной системе, где имеются условия для существования форм жизни. В действительности оказывается, что ближний космос является не таким уже и безжизненным. Сегодня можно смело утверждать – в пределах досягаемости землян есть миры во многом схожие с нашей родной планетой. Об этом свидетельствуют интересные факты, полученные в результате исследований окрестностей газовых гигантов Юпитера и Сатурна. Безусловно, там нет рек и озер с прозрачной и чистой водой, а на бескрайних равнинах не зеленеет трава, но при определенных условиях человечество могло бы заняться их освоением. Одним из таких объектов в Солнечной системе является Титан — самый крупный спутник Сатурна.
Титан сегодня беспокоит и занимает умы астрономического сообщества, хотя совсем недавно на это небесное тело, как и на другие подобные объекты Солнечной системы , мы взирали без особого энтузиазма. Только благодаря полетам межпланетных космических зондов обнаружилось, что на данном небесном теле существует жидкая материя. Оказывается, недалеко от нас существует мир с морями и океанами, с твердой поверхностью, окутанной плотной атмосферой, очень напоминающей по строению земную воздушную оболочку. Размеры спутника Сатурна тоже впечатляют. Его диаметр составляет 5152 км, на 273 км. больше чем у Меркурия – первой планеты Солнечной системы.
Ранее считалось, что диаметр Титана составляет 5550 км. Более точные данные о размерах спутника были получены уже в наше время, благодаря полетам космического аппарата «Вояджер-1» и миссии зонда «Кассини-Гюйгенс». Первый аппарат сумел обнаружить на спутнике плотную атмосферу, а экспедиция АМС «Кассини» позволила измерить толщину воздушно-газовой оболочки, которая составляет более 400 км.
Масса Титана — 1,3452·10²³ кг. По этому показателю он уступает Меркурию , как и по плотности. Далекое небесное тело имеет низкую плотность — всего 1,8798 г/см³. Эти данные говорят в пользу того, что строение спутника Сатурна существенно отличается от строения планет земной группы, которые на порядок массивнее и тяжелее. В системе Сатурна – это самое крупное небесное тело, масса которого составляет 95% массы остальных 61 известных лун газового гиганта.
Удачно и расположение крупнейшей Титана. Он бежит по орбите радиусом 1 221 870 км со скоростью 5,57 км/с и пребывает вне колец Сатурна. Орбита у этого небесного тела имеет практически круговую форму и находится в одной плоскости с экватором Сатурна. Период обращения Титана вокруг материнской планеты составляет почти 16 суток. Причем в этом аспекте Титан идентичен с нашей Луной, совершающей вращение вокруг собственной оси синхронно со своим хозяином. Спутник всегда повернут к материнской планете одной стороной. Орбитальные характеристики крупнейшей луны Сатурна обеспечивают на ней смену времен года, однако ввиду значительной удаленности этой системы от Солнца, времена года на Титане достаточно продолжительны. Последний летний сезон на Титане закончился в 2009 году.
Своими размерами и массой он похожа на два других крупнейших спутника Солнечной системы — Ганимед и Каллисто. Такие крупные размеры свидетельствуют о планетарной теории происхождения этих небесных тел. Подтверждает это и поверхность спутника, на которой присутствуют следы активной вулканической деятельности, что является характерной особенностью планет земной группы.
Впервые фото поверхности спутника Сатурна удалось получить с помощью зонда «Гюйгенс», благополучно опустившегося на поверхность этого небесного объекта 14 января 2005 года. Уже беглый взгляд на снимки давал все основания считать, что перед землянами открывается новый загадочный мир, живущий своей космической жизнью. Это не Луна , безжизненная и пустынная. Это мир вулканов и метановых озер. Допускается, что под поверхностью находится обширный океан, возможно состоящий из жидкого аммиака или из воды.
Посадка «Гюйгенса»
Впервые о существовании спутников Сатурна догадывался еще Галилей. Не имея технической возможности наблюдать столь удаленные объекты, Галилей предсказывал их существование. Только Гюйгенс, у которого уже был мощный телескоп, способный в 50 раз увеличивать объекты, приступил к исследованию Сатурна. Именно ему удалось обнаружить столь крупное небесное тело, вращающееся вокруг окольцованного газового гиганта. Произошло это событие в 1655 году.
Однако с названием нового небесного тела пришлось подождать. Первоначально ученые сходились во мнении дать открытому небесному телу название в честь его открывателя. После того, как итальянец Кассини открыл еще и другие спутники газового гиганта, сошлись во мнении нумеровать новые небесные тела системы Сатурна.
Эта идея не получила продолжения, так как впоследствии были открыты и другие объекты в окрестностях Сатурна.
Обозначение, которое мы используем сегодня, было предложено англичанином Джоном Гершелем. Сошлись во мнении, что наиболее крупные спутники должны носить мифологические названия. Благодаря своим размерам Титан оказался первым в этом списке. Остальные семь крупных спутников Сатурна получили названия, созвучные именам титанов.
Среди небесных тел Солнечной системы Титан обладает едва ли не самой любопытной воздушной оболочкой. Атмосфера спутника оказалась на деле плотным слоем облаков, которые долгое время мешали получить визуальный доступ к самой поверхности небесного тела. Плотность воздушно-газового слоя настолько велика, что у поверхности Титана атмосферное давление в 1,6 раз выше земных параметров. По сравнению с земной воздушной оболочкой, атмосфера на Титане имеет значительную толщину.
Основным компонентом титановой атмосферы является азот, доля которого составляет 98,4%. Примерно 1,6% приходятся на аргон и метан, которые в основном находятся в верхних слоях воздушной оболочки. С помощью космических зондов в составе атмосферы были обнаружены и другие газообразные соединения:
В малых количествах присутствует циан, гелий и угарный газ. Кислорода в свободном виде в атмосфере Титана не выявлено.
Несмотря на столь высокую плотность воздушно-газовой оболочки спутника, отсутствие сильного магнитного поля отражается на состоянии поверхностных слоев атмосферы. Верхние слои атмосферы подвержены воздействию солнечного ветра и космической радиации. Азот (N) под воздействием этих факторов вступает в реакцию, образуя целый ряд любопытных азотосодержащих соединений. Большая часть некоторых соединений оседает на поверхность спутника, придавая ей слегка оранжевый оттенок. Интересна и история с метаном. Его состав в атмосфере Титана стабилен, хотя из-за внешнего воздействия этот легкий газ мог бы уже давно улетучиться.
Рассматривая атмосферу спутника по слоям, можно заметить любопытную деталь. Воздушная оболочка на Титане растянута в высоту и четко разделена на два слоя — приповерхностный и высотный. Тропосфера начинается на высоте 35 км. и заканчивается тропопаузой на высотах в 50 км. Здесь присутствуют стабильно низкие температуры -170⁰ С. Далее, с высотой температура снижается до отметки -120 градусов Цельсия. Ионосфера у Титана начинается на высоте 1000-1200 км.
Предполагается, что такой состав атмосферы Титана обусловлен его активным вулканическим прошлым. Насыщенные парами аммиака воздушные слои под воздействием космического ультрафиолета разложились на азот и водород, а другие компоненты являются следствием физико-химических реакций. Как более тяжелый, азот опустился и стал основным компонентом титановой атмосферы. Водород же из-за слабых сил гравитации спутника улетучился в космическое пространство.
Слои атмосферы Титана, взаимодействие ее химического состав с магнитным полем небесного тела способствуют тому, что на спутнике присутствует собственный климат. Сезоны на Титане меняются подобно земным временам года. В то время когда одна сторона спутника обращена к Солнцу, Титан погружается в лето. В его атмосфере бушуют штормы и ураганы. Нагреваемые солнечным светом воздушные слои находятся в постоянной конвекции, порождая сильные ветры и значительные перемещения облачных масс. На высотах 30 км скорость ветров достигает 30 м/с. Чем выше, тем турбулентность воздушных масс интенсивнее и мощнее. В отличие от Земли, облачные массы на Титане сконцентрированы в полярных областях.
Концентрация метана в верхних слоях атмосферы объясняет повышение температуры на поверхности спутника вследствие парникового эффекта. Однако наличие в составе воздушных масс органических молекул позволяет ультрафиолету свободно проникать в обе стороны, охлаждая поверхностный слой титановой коры. Температура поверхности составляет -180⁰С. Разница между температурами на полюсах и на экваторе незначительна — всего 3 градуса.
Высокое давление и низкие температуры способствуют тому, что молекулы воды в атмосфере спутника полностью испаряются (вымерзают).
Предположение и догадки о строении столь крупного небесного тела в основном строились на данных земных оптических наблюдений. Плотная атмосфера Титана склоняла ученых в сторону гипотезы о газовом составе спутника, сродни составу материнской планеты. Однако после полетов космических зондов «Пионер-11» и «Вояджер-2» стало понятно, мы имеем дело с небесным телом, структура которого тверда и устойчива.
Сегодня считается, что Титан имеет кору, подобную земной. Диаметр ядра — ориентировочно 3400 км, что составляет более половины диаметра небесного тела. Между ядром и корой существует ледяная прослойка, которая отличается по своему составу. Вероятно, на определенных глубинах лед трансформируется в жидкую структуру. Сравнение снимков, сделанных с борта АМС «Кассини» с разницей в два года, указали на наличие смещения поверхностного слоя спутника. Эта информация дала учеными повод считать, что поверхность спутника покоится на жидкой прослойке, которая состоит из воды и растворенного аммиака. Смещение коры вызвано взаимодействием гравитационных сил и циркуляцией атмосферы.
По своему составу Титан — это соединение льда и силикатных пород в равных пропорциях, что очень похоже на внутреннее строение Ганимеда и Тритона. Однако в силу наличия плотной воздушной оболочки, строение спутника имеет свои отличия и специфику.
Уже только одно наличие у Титана атмосферы делает его уникальным и интересным для последующего изучения. Другое дело, что главной изюминкой далекого спутника Сатурна является наличие на нем больших объемов жидкости. Для этой несостоявшейся планеты характерны озера и моря, в которых вместо воды плещутся волны метана и этана. Спутник имеет на поверхности скопления космического льда, который обязан своим происхождением воде и аммиаку.
Доказательством существования на поверхности Титана жидкой материи стали снимки огромного бассейна, по площади превышающего размеры Каспийского моря. Огромное море жидких углеводородов получило название море Кракена. По своему составу это огромный естественный резервуар сжиженных газов: этана, пропана и метана. Другое крупное скопление жидкости на Титане – море Лигеи. Большинство озер сосредоточено в северном полушарии Титана, что увеличивает в разы отражающую способность далекого небесного тела. После миссии «Кассини» стало ясно, что поверхность на 30-40% покрыта жидкой материей, собравшейся в естественных морях и озерах.
Такое огромное количество метана и этана, пребывающих в замороженном состоянии, способствует развитию определенных форм жизни. Нет, это не будут привычные земные организмы, однако в таких условиях живые организмы на Титане могут иметь место. На спутнике достаточно компонентов и химических веществ для образования организмов и их последующего существования.
Начиналось все со скромной миссии американского зонда «Пионер-11», который сумел в 1979 году дать учеными первые снимки далекого спутника. Долгое время информация, полученная с борта «Пионера», мало интересовала астрофизиков. Прогресс в изучении окрестностей Сатурна наступил после визитов в эту область Солнечной системы «Вояджеров», которые дали более подробные снимки спутника, сделанные с расстояния в 5000 км. Ученые получили более точные данные о размерах этого гиганта, нашла свое подтверждения версия о существовании плотной атмосферы спутника.
Полет «Пионера»
Инфракрасные снимки, сделанные с борта космического телескопа «Хаблл», предоставили ученым информацию о составе атмосферы спутника. Впервые были выявлены на планетарном диске светлые и темные области, природа которых оставалась неизвестной. Впервые родилась теория о том, что поверхность Титана покрыта в некоторых местах льдом, который увеличивает отражающую способность небесного тела.
Успех в области исследований пришел вместе с информацией, полученной с борта автоматической межпланетной станции «Кассини». Начатая в 1997 году миссия «Кассини» выступает общей разработкой ЕКА в НАСА. Основным направлением исследований стал Сатурн, однако не остались без внимания и его спутники. Так для изучения Титана в программу полета был включен этап посадки на поверхность спутника Сатурна зонда «Гюйгенс». Этот аппарат, созданный усилиями специалистов НАСА и итальянского космического агентства, команда которого решила отметить, таким образом, юбилей своего славного соотечественника Джованни Кассини, должен был опуститься на поверхность Титана.
«Кассини» на орбите Сатурна
В течение 4 лет продолжалась работа «Кассини» в окрестностях Сатурна. За это время АМС пролетела двадцать раз вблизи Титана, постоянно получая новые данные о спутнике и о его поведении. Уже одна посадка зонда «Гюйгенс» на Титан, свершившаяся 14 марта 2007 года, считается грандиозным успехом всей миссии. Несмотря на это, учитывая технические возможности станции «Кассини» и ее большой потенциал, было принято решение продолжить исследования Сатурна и его спутников до 2017 года.
Полет «Кассини» и посадка аппарата «Гюйгенс» предоставили ученым исчерпывающую информацию о том, каким на самом деле является Титан. Фотоснимки и видеосъемка поверхности спутника Сатурна показали, что верхние слои коры — смесь грязи и газового льда. Основными фрагментами грунта являются камни и галька. Ландшафт Титана представляет собой чередование твердых возвышенных участков с низменностями. Во время приземления делались снимки ландшафта, на которых четко отмечались русла рек и береговая линия.
Фото Титана с борта «Гюйгенса»
Чем закончится дальнейшее изучение самого крупного спутника, неизвестно. Предполагается, что созданные в земных лабораториях условия, подобные тем, которые существуют на Титане, прольют свет на версию о возможности существования форм жизни. Полеты космических зондов в эту область космоса пока не планируются. Полученная информация является достаточной для того, чтобы смоделировать Титан в земных условиях. Насколько эти исследования будут полезны, покажет время. Остается только ждать и надеяться на то, что Титан раскроет в дальнейшем свои тайны, давая надежду на свое освоение.
