В этой статье мы поговорим о одном из самых удивительных спутников Солнечной системы - Титане. Он является одновременно очень похожим и непохожим на Землю, на нём идут дожди, текут реки, располагаются озёра, моря, проливы, но всё это не из воды, а из... жидких углеводородов.
Титан является самым крупным спутником Сатурна, а также единственным небесным телом во внешней части Солнечной системы, на которое была осуществлена мягкая посадка.
Диаметр Титана равен 5152 км (меньше половины от земного). Данный факт делает Титан вторым по размеру спутником Солнечной системы после Ганимеда (диаметр 5268 км), а также превосходящим по размеру даже Меркурий (диаметр 4879,4 км). Поэтому, если бы Титан не обращался вокруг Сатурна, то его можно было считать отдельной планетой. Орбита Титана имеет большую полуось, равную приблизительно 1 222 000 км (около 10 диаметров Сатурна). Титан находится в приливном захвате Сатурном и повёрнут к нему всегда одной стороной (как Луна к Земле). Из центра этой стороны отсчитывается долгота Титана. Следовательно, сутки на этом спутнике равны периоду обращения Титана вокруг Сатурна, который равен приблизительно 16 дням. Титан находится в орбитальном резонансе 3:4 с другим спутником Сатурна Гиперионом, т. е. Титан делает 4 оборота, а за это время Гиперион — три.
История открытия и исследования
В 17 веке голландский учёный Христиан Гюйгенс вместе со своим братом построил собственный телескоп. В марте 1655 года он смог заметить около Сатурна небесное тело, а после четырёх оборотов тела вокруг Сатурна в июне 1655 удостоверился, что это спутник планеты. Это стало вторым открытием спутников планет, после открытия Галилеевых спутников Юпитера. Титан стал 12 объектом Солнечной системы, и Гюйгенс посчитал, что это соответствует вселенской гармонии, и не стал искать новых спутников Сатурна, считая, что Титан — это последний объект Солнечной системы. Долгое время спутник был безымянным, а после открытия Джованни Кассини ещё четырёх спутников Сатурна (Япет, Рея, Тефия, Диона) его стали называть Сатурн IV, т. к. он находится в четвёртой позиции от Сатурна. А сегодняшнее название ему дал Джон Гершель в 1847 году.
Джерард Койпер в 1944 с помощью обсерватории Мак-доналд (штат Техас), построенной в 30-е годы 20 века, открыл атмосферу Титана и, изучив атмосферу, понял, что состоит она в основном из азота и метана.
В 1973 году был запущен АМС «Пионер-11», которая должна была исследовать системы Юпитера и Сатурна. АМС была почти идентична аппарату «Пионер-10» (за исключением индукционного магнитометра для лучшего исследования магнитосфер газовых гигантов), запущенному в 1972 году. 1 сентября 1979 года он прошёл мимо Сатурна, а также Титана, передав 5 фотографий Титана. Расстояние между «Пионером» и Титаном было около 354 тысяч км, т.е. приблизительно равно расстоянию от Земли до Луны. Сквозь плотную атмосферу Титана невозможно было разглядеть подробности спутника, но удалось собрать важные научные сведения. Например, удалось измерить температуру на Титане. Но учёные хотели большее количество данных об этом спутнике. Для этого к спутнику был направлен зонд «Вояджер-1» (запущенный 5 сентября 1977 года, почти на две недели позже зонда «Вояджера-2»). «Воянджер-1» провёл исследования и сделал снимки Титана в 1980 году. Из-за атмосферы так же не удалось различить детали поверхности этого удивительного спутника. Но «Вояджеру-1» удалось собрать очень важную научную информацию о составе атмосферы, а также уточнить размер, массу и орбитальный период этого спутника Сатурна.
Позже, в 1990-х годах, исследованием Титана занялся космический телескоп «Хаббл», он сделал несколько снимков Титана в инфракрасном диапазоне. На этих снимках были видны облака из метана, а также органический смог.
Изучив параметры атмосферы, учёные поняли, что на Титане возможны существования углеводородных «водоёмов», состоящих не из воды, а из метана и этана.
Для того чтобы получше изучить этот спутник Сатурна, ЕКА был создан посадочный зонд «Гюйгенс», который был включён в миссию «Кассини-Гюйгенс». Миссия была запущена 15 октября 1997 года.
В 2004 году АМС «Кассини» и спускаемый зонд «Гюйгенс» на её борту прибыли в систему Сатурна. 25 декабря этого же года зонд «Гюйгенс» отделился от «Кассини». А 14 января 2005 года вошёл в атмосферу Титана и через 2 с половиной часа сел на поверхность Титана. Во время спуска проводились измерения параметров атмосферы, исследовался химический состав атмосферы, передавались изображения (которые есть в свободном доступе). После посадки зонд передал фото поверхности.
АМС «Кассини», исследовала Титан с орбиты до 2017 года, она осуществила множество сближений с Титаном, получив данные о его атмосфере и проведя радиолокационные наблюдения поверхности. Благодаря АМС «Кассини» была составлена карта поверхности Титана и получено множество других данных.
Что скрывается за атмосферой Титана
Температура на поверхности Титана составляет примерно 94 К, т. e. примерно -180 градусов по Цельсию. Из-за этого на поверхности спутника возможно существование воды только в виде льда. Сезонные и суточные перепады температур не превышают двух градусов по Цельсию. Атмосфера состоит преимущественно из азота (95%) и метана (4%). Атмосферное давление на уровне поверхности в 1,5 раза больше земного. В верхних слоях наличие метана в атмосфере приводит к процессам фотолиза (т. е. разложения химических соединений под воздействием электромагнитного излучения) и образованию углеводородного смога, который и не давал разглядеть поверхность Титана долгое время. Сам метан выполняет в атмосфере Титана такую же роль, как вода в земной атмосфере. Метан выпадает в виде осадков, образует «водоёмы», реки и даже моря.
АМС «Кассини» смогла составить точную карту поверхности Титана, и поэтому мы теперь многое знаем о географии этого спутника. Около экватора спутника на его ведущем полушарии расположена светлая область, получившая название Ксанаду (именно в этой области приземлился спускаемый аппарат «Гюйгенса»). Эта местность лежит на 0–1 км ниже среднего уровня поверхности спутника и понижается с юга и востока. Рельеф местности довольно пересечённый, с перепадом высоты вплоть до 2 км. Исследования АМС «Кассини» показали множество деталей этого района, в т. ч. долины, метеоритные кратеры, метановые реки, высохшие озёра и горные цепи.
Большинство озёр расположены в северном полушарии Титана, при этом большинству из них даны названия земных озёр (например, Онтарио). При этом три самых крупных углеводородных озера названы морями. Кроме метана, в состав жидкости, заполняющей озёра, входят другие углеводороды, в т. ч. этан, бутилен, пропан, бутан, ацетилен и т. д.
В северной части Титана расположено самое крупное из озёр Титана — море Кракена, его площадь равна площади Каспийского моря. Оно соединяется проливом Тревайза с вторым по размеру озером спутника - Морем Лигеи. В северной части море Кракена расположен крупный остров, который называется островом Майда. Третье из морей Титана - это море Пунги, которое не соединяется с двумя предыдущими. Глубина всех озёр и морей, кроме моря Кракена, измерены с помощью радиолокационных наблюдений. Глубина же моря Кракена составляет минимум 100 м, т.е. оно является не только самым большим по площади, но и самым глубоким.
Исследования проведённые с помощью зонда "Кассини" показали, что очертания озёр подвержены сезонным изменениям, это означает то что они периодически пополняются углеводородными дождями и ливнями.
На поверхности Титана функцию воды выполняют жидкие углеводороды, но может ли на Титане содержаться жидкая вода. На первый взгляд кажется что ответ должен быть отрицательным, из-за низких температур. Но расчёты показывают что под поверхностью Титана может скрываться подповерхностный океан жидкой воды, содержащий аммиак , который служит антифризом и не позволяет океану замерзать. Также данные говорят, что вода в этом подповерхностном океане очень насыщена различными солями, что почти исключает наличие в нём жизни.
Возможна ли жизнь на Титане.
Из-за схожести с древней Землёй возникает вопрос а может ли он быть обитаем. На первый взгляд кажется что нет, Титан очень далеко находится от Солнца и на нём очень низкая температура. Но если там нет жизни основанной на воде, то может ли там быть жизнь основанная на метане. По мнению некоторых учёных метан может выступать в качестве растворителя и быть основой для возникновения метановой жизни. Также есть возможность того, что живые организмы в метановых озёрах и морях Титана могут использовать другие соединения в качестве растворителя, например фосфин ( PH3 ) и некоторые другие простые соединения фосфора и водорода.
Также данные указывают, что в атмосфере Титана происходит процесс образования сложных органических соединений под воздействием солнечного света. Кроме того в октябре 2010 года группа учёных из университета Аризоны провела эксперимент аналогичный эксперименту Миллера-Юри, но с атмосферой схожей с атмосферой Титана. В результате были получены пять строительных блоков ДНК и РНК, а также аминокислоты( глицин и аланин). Данный эксперимент указывает что сложные органические соединения, из которых может появиться жизнь, могут появиться на Титане в результате химических реакций, кроме того этот эксперимент впервые указал что такие сложные органические соединения могут образовываться при отсутствии воды.
Обнаружение жизни на Титане могло бы стать научным прорывом в понимании жизни и её происхождения, ведь впервые у учёных появилась бы возможность изучать жизнь, столь отличную от нашей, а также это указывало бы на то, что жизнь очень распространена во Вселенной.
Дальнейшие исследования.
Для исследования Титана к нему планируют запустить космический аппарат «Dragonfly», он будет представлять собой винтокрылый летательный аппарат, работающий на радиоизотопном термоэлектрическим генераторе. Масса аппарата будет составлять 450 кг. Запуск планируется на 2028 год, а прибытие в систему Сатурна — в 2034 году. В итоге хочется сказать, что Титан — один из самых удивительных миров Солнечной системы, и наверняка будущие исследования этого удивительного мира принесут ещё много интересных открытий.