Кубанский государственный технологический университет

Представлены доказательства существования озер на Титане

19-03-2012
Озера на Титане, открытые во время 16-го пролета «Кассини» 22 июля 2006 года, могут наполняться (a) за счет метанового дождя (непосредственно или в результате впадения в них метановых рек) или же (b) за счет подпитки из подземных резервуаров жидкого метана. На снимке, сделанном «Кассини», вероятно, видны два таких озера, связанные между собой каналом (показан белой стрелкой). Рис. из обсуждаемой статьи в Nature

Интернациональный коллектив планетологов, возможно, поставил точку в затянувшемся споре о существовании обширных озер на Титане — самом большом из 56 известных на сегодняшний день спутников Сатурна. Свидетельства в пользу того, что озера все-таки существуют, содержатся в письме 38 исследователей из США, Италии и Франции, которое 4 января появилось в журнале Nature.

Титан — весьма необычное небесное тело.

Его впервые заметил 25 марта 1655 года великий голландский астроном и физик Христиан Гюйгенс. Это пятый по счету планетный спутник, открытый с помощью телескопических наблюдений (первые четыре обнаружил у Юпитера еще Галилео Галилей). Диаметр Титана (5150 км) составляет примерно 40% земного диаметра и где-то в полтора раза превосходит поперечник Луны. Среди всех планетных спутников по размеру Титан занимает второе место, уступая только юпитерианцу Ганимеду. И, что самое интересное, это единственная в Солнечной системе луна, обладающая настоящей атмосферой (открытой в 1944 году Джерардом Койпером).

Свободного кислорода в воздушном бассейне Титана нет, он на 98,4% состоит из азота (это основной компонент также и земной атмосферы) и на 1,6% — из метана (плюс следовые количества еще дюжины газов). Давление у поверхности весьма солидное — свыше полутора атмосфер. Климат, пожалуй, холодноват, на экваторе примерно минус 180 градусов Цельсия, у полюсов на 3-5 градусов ниже.

Наличие изрядного количества метана в атмосфере Титана давно было осознано как проблема, требующая объяснений. Дело в том, что молекулы этого газа под воздействием солнечного света обязаны диссоциировать. В условиях Титана они распадаются за какие-то десятки миллионов лет, что очень мало по сравнению с его возрастом. Чтобы выйти из этого затруднения, ученые еще в начале 80-х годов предположили, что метан поступает в воздушный бассейн из жидких резервуаров.

Эта гипотеза была сформулирована в двух версиях. В первом варианте предполагалось, что на поверхности спутника имеются углеводородные моря с высоким содержанием метана, которые испаряют его со своей поверхности, а потом получают назад в виде дождей. Температура кипения метана, как известно, равна минус 161,5 градуса (а температура плавления минус 182,5°C), так что ему, в отличие от азота (tкип = –195,8°C), ничто не мешает существовать на Титане в жидкой фазе. Согласно второй версии, метановые емкости покоятся в глубинах спутника, и жидкий метан либо поступает оттуда на поверхность через пробиваемые метеоритами бреши, либо выбрасывается из жерл местных низкотемпературных вулканов (это явление называется криовулканизмом).

26 октября 2004 года за 1174 километра от поверхности Титана прошел космический зонд «Кассини» (миссия Cassini—Huygens), совершивший свой первый пролет над этим небесным телом. К большому разочарованию сторонников первой гипотезы, морей на Титане он не нашел, однако обнаружил множество гор, метеоритных кратеров и криовулканов. Ничем не порадовал их и спускаемый зонд «Гюйгенс», который «Кассини» сбросил на Титан 14 января 2005 года. Данные изотопного анализа атмосферы Титана также свидетельствовали о том, что метан, скорее всего, поступает туда из недр планеты. Казалось, океанская теория происхождения атмосферного метана прочно повержена и обречена на забвение.

Примеры озер и каналов, обнаруженных радаром «Кассини» во время его 16-го пролета вблизи Титана. На снимке d также видно, предположительно, высохшее озеро (показано стрелками). Изображения из обсуждаемой статьи в Nature

Однако наука любит неожиданности. 22 июля прошлого года «Кассини» на очередном, 16-м пролете вновь произвел радиолокационное сканирование части Титана на волне длиной 21,7 миллиметров. К северу от его 70-й широты радар (Cassini Titan Radar Mapper) усмотрел более 75 «затемнений», иногда почти круглых, иногда неправильной формы, от 3 до 70 километров в поперечнике.

Из теоретических соображений вытекает, что метановые «водоемы» могут стабильно существовать только в приполярных зонах спутника, в средних и экваториальных широтах они обречены на быстрое испарение. Исследователи, которые работали с этими данными, полагают, что темные пятна — это озера из метана (возможно, с примесью этана и других углеводородов), заполненные до краев или частично высохшие. В пользу этого вывода говорит то обстоятельство, что пятна лежат во впадинах, кратерах или кальдерах и что к ним подходят каналы — если угодно, метановые реки.

Конечно, одна серия наблюдений — это еще не доказательство (в конце концов, можно предположить, что кандидаты в озера заполнены не жидкими углеводородами, а чем-то еще). «Кассини» предстоит совершить как минимум еще 22 пролета вблизи Титана. Вероятно, они принесут немало интересной информации.

Источник: E. R. Stofan et al. The lakes of Titan // Nature, 2007. V. 445. P. 61-64.

Алексей Левин

См. также: Существование жидких озер на Титане подтверждено, «Элементы», 27.07.2006. Отправляясь на Титан, не забудьте зонтик, «Элементы», 02.08.2006.

Кроме того, см. подборку новостей о Титане на «Элементах».

‹‹