Титан - таинственный оранжевый спутник Сатурна, который волнует астробиологов, потому что на нём содержатся некоторые из тех же химических веществ, которые были предшественниками зарождения жизни на Земле. На нём также есть гидрологический цикл, который позволяет жидкости перемещаться между поверхностью и атмосферой, обеспечивая возможность для поддержания жизни.
Его атмосфера на 95 процентов состоит из азота, но в ней есть также немного метана, преимущественно вблизи поверхности. Метан важен, потому что он способствует небольшому парниковому эффекту на спутнике, хотя его средняя температура составляет -292 градуса по Фаренгейту (-180 градусов Цельсия). Однако, без этого парникового эффекта метан замерзал бы на поверхности и затруднял процесс выживания для любой жизни, которая может присутствовать.
Откуда метан на Титане остаётся загадкой. На Земле основным источником метана являются биологические процессы живых организмов. Также небольшое количество метана выделяется при извержениях вулканов. Промышленные выбросы являются незначительными.
Считается, что метану на Титане меньше полумиллиарда лет, что заставляет астробиологов задаться вопросом, как выглядела атмосфера Титана в начале своей истории, когда метана практически не было. Может ли это отразить то, как могла выглядеть Земля в начале истории нашей планеты до появления жизни?
«Скорее всего, ранний Титан был миром, окруженным почти чистой и прозрачной азотной атмосферой с таким же поверхностным давлением, что и сегодня, но с меньшим парниковым эффектом», - сказал Бенджамин Чарней, ученый-планетолог, который работал в Лаборатории динамической метеорологии Университета Кюри во Франции.
«Изучение прошлого Титана помогает нам понять, откуда берется метан и как развивалась фотохимия», - отметил Чарней. «Фотохимия в прошлом Титана с меньшим количеством атмосферного метана, возможно, была ближе к химии атмосферы на ранней Земле, которая могла привести к появлению жизни».
Чарней также добавил, что если бы метан присутствовал на Титане около четырех миллиардов лет назад, то сегодня на нём были бы большие этановые моря, а не небольшие полярные озера, которые мы наблюдаем.
Сети долин
Чарней и его коллеги смоделировали глобальный климат Титана в начале его истории, предполагая, что спутник был почти полностью азотной средой. Модель, получившая название Generic LMDZ, является довольно новой, но уже использовалась в нескольких других исследованиях для моделирования раннего климата Земли и климата планет за пределами нашей солнечной системы.
Они обнаружили, что без метана парниковый эффект на Титане в значительной степени исчезает, что приводит к резким изменениям климата на спутнике. В модели атмосфера охлаждалась и конденсировалась, создавая азотные облака и полярные моря из жидкого азота. На полюсах азотная атмосфера замерзла.
Обладая очень высокой отражательной способностью поверхности жидкий азот должен был замерзнуть на поверхности, как произошло на спутнике Нептуна Тритоне. Но такая высокая отражательная способность в прошлом Титана остается маловероятной. Группа Чарнея предполагает, что азот был жидким, поскольку это может объяснить сети долин, которые мы видим сегодня на поверхности Титана.
«Жидкий азот может разрушать поверхность намного эффективнее, чем жидкий метан, создавая сети долин и удаляя ударные кратеры, которые используются для оценки возраста поверхности», - сказал Чарней. «На Титане в настоящее время мы видим сети долин, но точно не знаем, как они образовались».
«Климат Титана сегодня довольно сухой, с небольшим количеством осадков метана. Формирование сетей долин было бы сложной задачей для таких условий. Исследователи полагают, что Титан был более влажным в прошлом, с большим количеством метановых дождей, объясняющих формирование сетей долин. Это разумный сценарий. Но мы считаем, что жидкий азот также мог сыграть значительную роль», - продолжил он.
Жидкий азот также может объяснить, почему полюса Титана более плоские по сравнению с остальной частью планеты. Со временем азот просочился бы в кору и остался там, увеличивая ее плотность и делая полюса более плоскими.
Жизнь скрывается под поверхностью?
Исследование Чарнея были направлено на то, чтобы лучше понять, как Титан появился и развивался в начале своей истории, и не рассматривало вопрос о возникновении жизни. Однако изучение того, как формируется и развивается атмосфера планеты, может дать ключ к пониманию вероятности выживания микробов или других форм жизни с течением времени.
На Титане основным препятствием для жизни в его ранней истории было отсутствие жидкой воды на поверхности, а это означает, что микробам было бы трудно существовать в метановых озерах Титана. Сегодня исследователи считают, что лучшим вариантом для жизни будет внутренний океан, который недавно был обнаружен миссией «Кассини». Считается, что в океане есть метан и вода.
«Это также может относиться к океанам на спутниках Юпитера Ганимеде и Европе и, возможно, на спутнике Сатурна Энцеладе», - резюмировал Чарней.
В будущем Чарней и его коллеги надеются лучше объяснить атмосферную эволюцию Титана с течением времени. В долгосрочной перспективе метан, вероятно, будет разрушен химическими реакциями в атмосфере, поэтому вполне возможно, что Титан снова может стать более холодным миром с преобладанием азота.
Подписывайтесь на канал Глубины космоса, будет много интересного!
Читайте также:
10 самых необычных космических открытий 2020 года
Откуда Энцелад получает энергию
Открытие древних экзопланет значительно увеличивает шансы найти внеземную жизнь