Солнечная система изобилует чудесами. От колец Сатурна до экстремальной геологической активности на спутниках Юпитера и даже в нашем собственном голубом мире планете Земля. Однако один спутник уже много лет интригует ученых и любителей астрономии: Титан спутник Сатурна.
Вращающийся вокруг газового гиганта Сатурна, Титан уникален во многих отношениях. От озер на основе метана на его поверхности до плотной атмосферы, которая окутывает Титан оранжевой дымкой, является белой вороной среди спутников Юпитера.
Кто и как открыл спутник Сатурна Титан
Первым человеком, открывшим Титан спутник Сатурна, был Кристиан Гюйгенс 25 марта 1655 года. Телескоп, который Гюйгенс использовал для своего открытия был оснащен объективом с фокусным расстоянием 3 метра, что давало увеличение примерно в 43 раза. Это также стало знаковым открытием в том смысле, что это был первый спутник планеты, открытый более чем за 45 лет.
В 1908 году испанский астроном Хосе Комас Сола наблюдал Титан, описав его как “затемняющийся край”, подразумевая, что у этой луны может быть атмосфера. До тех пор, пока английский физик и астроном Джеймс Джинс и его кинетическая теория газов в 1925 году не доказали, что теоретически Титан может иметь атмосферу. Наконец, спектры, полученные в 1944 году показали присутствие газообразного метана.
Исследования Сатурна
Созданные человеком роботы также совершили важные открытия на Титане. Космические аппараты-близнецы «Вояджер-1» и «Вояджер-2» были первыми аппаратами, которые провели тщательные исследования Юпитера и Сатурна, крупных спутников двух планет и колец Сатурна.
НАСА запустило «Вояджер-1» и «Вояджер-2» летом 1977 года. Для разработчиков «Вояджера» наблюдение за Титаном было первоочередной задачей. Настолько важной, что НАСА было готово пожертвовать «Вояджером-1». Отправка космического аппарата для наблюдения за таинственной луной привела к тому, что он вылетел за пределы Солнечной системы. Жертва «Вояджера-1» того стоила, поскольку на снимках космического аппарата была видна плотная атмосфера с непрозрачной органической дымкой, покрывающей поверхность спутника Сатурна Титан. Собранные данные показали, что атмосфера, в основном, состоит из азота, при этом менее пяти процентов приходится на метан.
Единственными заметными особенностями поверхности, обнаруженными «Вояджером-1» были контраст северного и южного полушарий и темный полярный колпак.
Из-за открытий, обнаруженных на поверхности Титана, наряду с открытием его плотной атмосферы, астрономы и ученые захотели узнать больше, что привело к возможной миссии следующей межпланетной станции Кассини-Гюйгенса в 1997 году.
Миссия станции Кассини-Гюйгенс была результатом совместного сотрудничества НАСА и Европейского космического агентства. Станция действовала, по сути, как корабль-носитель и выпустила построенный зонд «Гюйгенс», который опустился на парашюте на поверхность Титана.
Миссия включала в себя длинный список целей:
- определить содержание компонентов атмосферы (включая благородные газы);
- установить изотопные соотношения для распространенных элементов;
- ограничить сценарии формирования и эволюции Титана и его атмосферы;
- наблюдать вертикальное и горизонтальное распределение следовых газов;
- искать более сложные органические молекулы;
- исследовать источники энергии для химического состава атмосферы;
- моделировать фотохимию стратосферы;
- изучить образование и состав аэрозолей;
- измерить ветры и глобальную температуру;
- определить физическое состояние, топографию и состав поверхности;
- исследовать верхние слои атмосферы, ее ионизацию и ее роль в качестве источника нейтральных и ионизированных материалов для магнитосферы Сатурна.
«Кассини» стартовал с мыса Канаверал утром 15 октября 1997 года, и планировалось, что его межпланетное путешествие продлится 6,7 лет, а прибытие к Сатурну состоится в июле 2004 года. К сожалению, ошибка на космическом аппарате задержала прибытие до начала января 2005 года . 14 января 2005 года зонд «Гюйгенс» вошел в атмосферу Титана. За это время он передавал данные в течение двух часов и двадцати восьми минут, а после приземления управлял операциями в течение трех часов, пока батареи зонда не разрядились. Научное влияние «Кассини» и «Гюйгенса» было неизмеримым, поскольку они показали Титан как мир, настолько чуждый, но все же имеющий заметные особенности, обнаруженные здесь, на Земле. Данные, собранные в ходе миссии, являются основой для многочисленных научных работ и теорий о спутнике Сатурна Титане. Таким образом, крайне важно подчеркнуть важность «Кассини» и зонда «Гюйгенс», когда речь заходит о том, что мы знаем о Титане.
Что мы знаем про Титан спутник Сатурна
Вращение вокруг планеты
Титан вращается вокруг Сатурна на расстоянии 1,22 млн км от центра своей родительской планеты. Для сравнения, расстояние в 1,22 млн км соответствует примерно 20 радиусам Сатурна . Хотя Титан находится на большем расстоянии от Сатурна, чем кольца (основные кольца A и B простираются на 2,3 радиуса от центра Сатурна), он вращается вблизи экватора Сатурна, как и кольца.
Один из постоянно поднимаемых вопросов заключается в том, почему Титан является единственным крупным спутником, вращающимся вокруг Сатурна, в то время как у Юпитера все еще есть четыре больших спутника (Каллисто, Европа, Ганимед и Ио) на орбите. Жизнь на спутниках Юпитера пока не найдена. Учёные предположили, что в процессе аккреции, возможно, образовалось несколько спутников размером с Титан, которые были потеряны в результате миграции. Титан был бы единственным уцелевшим крупным спутником Сатурна, в то время как Юпитер смог сохранить четыре больших спутника. У Титана также не идеальная круговая орбита, скорее слегка эллиптическая, фактически расстояние между Титаном и Сатурном варьируется на 71 000 км, или на шесть процентов. Из-за этой эллиптической орбиты Титан иногда находится в пределах магнитосферы Сатурна, а иногда находится вне солнечного ветра.
Период обращения Титана вокруг Сатурна составляет один раз в 15 дней и 22 часа. Как и в случае со многими другими спутниками газового гиганта, орбитальный период Титана идентичен периоду его вращения, что фактически приводит к синхронному вращению вокруг своей планеты-хозяина. Таким образом, Титан разделяет наклон оси Сатурна на 27 градусов, что дает Луне четыре сезона, каждый из которых длится около семи лет.
Внутренний состав
Внутренний состав Титана в значительной степени определялся разнообразием материалов, которые образовались в плотном газообразном диске вокруг. Учёные отмечают, что некоторые из этих материалов представляют собой “водяной лед и силикаты, а также другие летучие льды и жидкости, такие как аммиак, возможно, изолированные в водяном льду в форме соединений, известных как клатраты. Основываясь на теоретических моделях формирования планет, можно предположить, что Титан содержал различные газовые соединения. Это диоксид углерода, аммиак, метан, метанол, соединения серы и следы благородных газов.
Энергия спутника
На ранних этапах истории Титана четыре источника энергии, возможно, способствовали внутреннему тепловому нагреву.
Это ударный нагрев от врезающихся комет и астероидов, радиогенный нагрев короткоживущими радиоактивными изотопами, приливный нагрев и интенсивный нагрев при разделении льда и горных пород.
Современная внутренняя структура: конвективное силикатное ядро от 0 км до 1500 км, проводящая силикатная оболочка от 1500 км до 1750 км, водные льды высокого давления от 1750 км до 2200 км, океан с аммиачной водой от 2200 км до 2505 км и, наконец, тонкий слой воды (лёд) с 2505 км до 2575 км.
При средней плотности 1,88 г/см3 и радиусе 2575 км Титан является вторым по величине спутником в нашей Солнечной системе и находится на полпути между двумя крупнейшими спутниками Юпитера: Ганимедом (немного больше Титана) и Каллисто (меньше Титана).
Атмосфера Титана
Атмосфера Титана массивна. Фактически, это единственный спутник в Солнечной системе, имеющий плотную атмосферу. Он настолько толстый, что скрывает поверхность Титана от посторонних глаз, за исключением нескольких определенных длин волн света, как мы видели, когда «Вояджер-1» попытался сфотографировать. Двумя самыми распространенными соединениями в атмосфере являются молекулярный азот (около 90 процентов) и метан (от двух до пяти процентов). Основными составляющими атмосферы Титана (помимо молекулярного азота и метана) являются молекулярный водород, за которым следуют 16 микроэлементов, таких как углеводороды и нитрилы, среди прочего. Обнаружены даже три соединения кислорода: монооксид углерода, двуокись углерода и вода в виде каменного льда.
Важно отметить, что атмосфера Титана в чем-то похожа на атмосферу Земли. 90-процентный молекулярный азот Титана не сильно отличается от 77-процентного азота Земли. Другое сходство заключается в том, что оранжевый цвет Титана является результатом химических веществ в его атмосфере, действующих во многом подобно тем, которые создают смог над городами на Земле.
Атмосферное давление на Титане составляет 1,5 бар, что ненамного отличается от одного бара, который мы испытываем здесь, на Земле.
Вполне вероятно, что формирование атмосферы Титана произошло на раннем этапе истории. Причина этого заключается в том, что на поверхности практически нет ударных кратеров, что намекает на возможность круговорота метана (во многом похожего на круговорот воды на Земле) и эрозии, геологически стирающей свидетельства наличия кратеров на поверхности.
Существует несколько теорий, благодаря которым Титан мог получить свою атмосферу. Титан мог захватить ее из солнечной туманности или из протосатурнской туманности во время формирования. Другим правдоподобным объяснением могло бы быть выделение газов из сросшегося материала. Также можно использовать аргумент о летучих примесях от сталкивающихся комет. В то время как все три теории могут быть верны при определении начала формирования атмосферы Титана, у другой теории есть самый веский аргумент. Вероятно, атмосфера Титана была результатом разложения льдов и горных пород, которые срослись, образовав спутник.
Температура
Температура на Титане составляет -180 градусов по Цельсию. Хотя могло бы быть намного холоднее. Метан и этан, как парниковые газы, вызывают парниковый эффект, который делает Титан намного теплее, хотя он все еще остается очень холодным.
Жидкие озера метана
Открытие жидких озер метана и этана на Титане изменило правила игры для планетологии. Впервые обнаруженный радаром «Кассини», когда он находился над полярными областями, Титан является единственным внеземным телом в Солнечной системе, о котором известно, что на его поверхности есть стоячие жидкие тела. В то время как большинство озер расположены высоко в северных широтах, наоборот, большинство грозовых облаков, наблюдаемых учеными, по-видимому, находятся на юге. В южном полушарии был летний сезон, и жара привела к повышению температуры воздуха, что привело к увеличению количества облаков и дождей в южном полушарии. Однако в связи с этим возникает интересный вопрос: если в южном полушарии образуется больше облаков и дождей, то почему в северном полушарии значительно больше озер? Учёные уточняют, что южные штормы просто недостаточно сильны, чтобы образовать много озер, в то время как летом на севере ситуация может быть иной, поскольку эллиптическая орбита Сатурна приближается к Солнцу. Могли бы возникнуть гораздо более сильные штормы с достаточным количеством осадков, чтобы заполнить озера в северном полушарии.
Особенности озер Титана делятся на три класса: темные озера, зернистые озера и светлые озера.
- Темные озера видны выше 65 градусов северной широты и составляют 394 из 655 нанесенных на карту озерных объектов.
- Зернистые озера имеют относительное увеличение обратного рассеяния по сравнению с темными озерами.
- Светлые озера похожи на темные и зернистые, но имеют внутреннюю часть с равным или более высоким обратным рассеянием, чем их непосредственное окружение.
После открытия более крупных озер был добавлен новый класс, названный морями.
Содержание жидкости
Озера Титана показали, что наличие жидкости на планете или луне (будь то вода или жидкие формы метана и этана) вероятно.
Если два тела в нашей Солнечной системе содержат жидкость, как это происходит с Землей и Титаном, то велика вероятность того, что планеты и спутники вокруг других звезд могут содержать жидкость, а когда есть жидкость, есть и жизнь.
Верно?
Очевидно, мы знаем, что вода поддерживает жизнь, как и мы, и каждое живое существо на Земле является ее продуктом, но как насчет жизни на основе аммиака в озерах из этана и метана?
В конце концов, Титан обладает самым большим доступным запасом органического материала в Солнечной системе, помимо Земли. Хотя технически это возможно, многие биологи считают маловероятным, что микроорганизмы на основе аммиака обитают в морях и озерах Титана. На Титане также может быть жидкая вода или смесь аммиака и воды под землей, которая могла бы позволить существовать жизни на водной основе, хотя это также маловероятно. На данный момент было бы лучше надеяться на существование жизни в другом месте, либо на Марсе, либо на спутнике Юпитера Европа.
Титан спутник Сатурна — удивительный объект, от сотен метановых и этановых озер до оранжевой непрозрачной дымки, скрывающей сложные молекулярные структуры в атмосфере. Луна действительно является белой вороной среди спутников Юпитера. Однако Титан не является белой вороной в Солнечной системе, поскольку наша мать-Земля имеет множество общих черт, таких как озера и моря, а также богатая азотом атмосфера.
Есть мнение, что Титан спутник Сатурна в будущем станет важным объектом для людей, поскольку он поможет нам узнать о его озерах, что может привести к открытию инопланетной жизни на основе аммиака.
