Титан

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Вокруг Сатурна вращаются десятки спутников. В настоящее время известно 53 спутника, имеющие названия, около десятка небесных тел "ожидают" подтверждения своих траекторий полёта на предмет причастности к спутниковой системе Сатурна. Среди них выделяется самый большой спутник - Титан, открытый, как известно, уже в 1655 году Христианом Гю́йгенсом. По своим размерам Титан занимает второе место среди всех спутников Солнечной системы, уступая лишь Ганимеду - спутнику Юпитера. Диаметр Титана составляет 5150 км, т.е. по размерам этот спутник больше планеты Меркурий, диаметр которого равен 4878 км. Период обращения Титана вокруг Сатурна составляет почти 16 суток (15 суток, 22 часа и 41 минуту). Титан повёрнут к Сатурну одной стороной, как Луна к Земле. Титан движется по своей орбите на расстоянии 1221900 км от Сатурна.

Внутренняя структура Титана

Титан вызывает огромный интерес не только у астрономов, но и у биологов, геологов и палеоклимато́логов. Но всех их интересует не только и не столько размеры Титана и параметры его орбиты, как атмосфера и поверхность этого спутника.

Титан - единственный в Солнечной системе спутник, имеющий атмосферу. Плотность атмосферы Титана значительно выше плотности земной атмосферы, поэтому давление на уровне поверхности Титана в полтора раза (1,5 бар) превышает земное. Температура на поверхности спутника находится в пределах от 90 до 100 К. Атмосфера состоит преимущественно из азота (90-97%), присутствуют также метан (2-5%) и аргон (около 0-6%), имеются следы этана, водорода (0,2%) и двуокиси углерода. Наличие метана определено уже в 1944 году с помощью инфракрасной спектрометрии.

Поверхность Титана затянута облаками. На снимках, переданных в 1980 г. «Вояджером-1», облака́ имеют преимущественно оранжевый цвет. Это означает присутствие в них органических молекул, что вполне понятно при наличии в атмосфере метана. Метан является парниковым газом, а облака́, содержащие метан, плотно закрывают поверхность Титана. Визуальные наблюдения за Титаном сильно затруднены́. Некоторые исследователи высказывали предположения о том, что холод царит только во внешних слоях атмосферы, а на поверхности могут быть другие условия, в том числе и такие, при которых возможна белковая жизнь.

Возникало предположение о сходстве титанической атмосферы с атмосферой, ранее существовавшей на Земле. Такое предположение имело определённое основание, т.к. в современной атмосфере Земли, как и в атмосфере Титана, основным компонентом является молекулярный азот.

Загадка поверхности Титана

Панорамный обзор поверхности Титана с КА «Гюйгенс»

Загадка поверхности Титана не давала покоя учёным. Астрономам и, особенно, биологам и палеоклимато́логам хотелось побольше узнать о небесном теле, на котором (а вдруг!) может быть обнаружена белковая жизнь. Что там, под слоем облаков: океан или твёрдая поверхность? Если океан, то чем он наполнен - водой? этаном? Ждать ответы на эти вопросы оставалось недолго. В 1997 году НАСА совместно с Европейским космическим агентством заканчивает разработку проекта «Кассини-Гю́йгенс» и межпланетный аппарат «Кассини» с атмосферным зондом «Гю́йгенс» стартует к Титану. В июле 2004 г. зонд «Гю́йгенс» отделяется от аппарата «Кассини», входит в облачную атмосферу Титана и совершает посадку на его поверхность. Информация, которую зонд «Гю́йгенс» передал на Землю, не оставила никаких шансов для исследователей, которые мечтали найти на Титане хотя бы следы биологической деятельности. В который уже раз мы убеждаемся в том, что в Солнечной системе, а возможно, и во всей нашей Галактике и даже в тысячах таких галактик, нигде, кроме нашей прекрасной небольшой планеты Земля, не существует жизнь. Поверхность Титана, как и его атмосфера, оказалась исключительно холодной, средняя температура на поверхности минус 178°C. На его поверхности много озёр, но наполнены они, естественно, не водой, возможно, это соединения метана или этана с другими веществами.

Изучение Титана продолжается. К настоящему времени более 60% поверхности Титана картографировано. Озёра занимают около 14% всей изученной площади. Плотность вещества Титана (смесь камня и льда) составляет около 1,88 г/см³ , что является самой высокой плотностью среди спутников Сатурна. На долю Титана приходится более 95 % массы всех спутников Сатурна. Масса Титана 1,345 ×10 23 кг. Ускорение свободного падения составляет 1,352 (м/с²) , т.е. сила тяжести примерно в семь раз меньше, чем на Земле.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

Иногда нашу голубую Землю называют планета-океан. Но этому названию соответствует в большей мере достаточно интересный спутник Сатурна Титан. На нем обнаружена вода, покрывающая его поверхность бескрайним океаном. Возможно, именно там сейчас под оранжевой атмосферой и под мощной ледяной корой, в глубинах холодных вод зарождается жизнь?

Титан - второй по величине спутник в Солнечной системе, его диаметр составляет 5152 километров. Только спутник Юпитера Ганимед (диаметр 5268 километров) превосходит его по величине. Титан обращается по слегка эллиптической орбите вокруг Сатурна, и сама его орбита проходит за знаменитыми кольцами планеты-гиганта. Обнаружил этот интересный спутник Сатурна голландский астроном Христиан Гюйгенс в 1655 году, а название "Титан" стало общеизвестным и принятым только с 1847 года, когда была опубликована статья Джона Гершеля, предложившего это имя крупнейшему спутнику Сатурна.

Подобно нашей Луне, Титан демонстрирует феномен синхронного вращения относительно Сатурна, то есть всегда обращен к планете одной стороной. Он обходит гиганта за 15 дней, 22 часа и 41 минуту, совершая точно один оборот вокруг своей оси вращения. Этот временной баланс возникает благодаря приливным явлениям, возникающим на спутнике из-за сил притяжения.

Космический аппарат "Вояджер" впервые исследовал Титан, увидел его плотную и непрозрачную атмосферу и точно измерил диаметр. В итоге он оказался геологически активным небесным телом - ядро Титана согревает спутник изнутри, а наружный слой ледяной "коры", расположенный под 400-километровой атмосферой охлажден до -180 °C! В самой же атмосфере львиную долю составляет азот, кислород полностью отсутствует, и еще есть примеси аргона и метана.

Миссия "Кассини" шестикратно пролетала мимо Титана и подробно его исследовала с 2006 года по 2011 год. Форма поверхности спутника при его прохождении по орбите изменялась - поскольку орбита эллиптическая, в моменты минимального приближения к Сатурну Титан становился слегка "вытянутым" из-за приливных горбов, а на максимальном отдалении - практически сферическим. При этом приливные горбы, изменяя диаметр спутника, увеличивали его почти на 10 метров! Это значит, что под твердой корой есть легко подвижный слой.

Скорее всего, это вода, причем целый "титанический" океан! Он может иметь огромную глубину и простираться до 200 километров в глубь от "коры" толщиной в 50 километров. Проявления вулканизма могут быть источниками метана, обнаруженного в большом количестве в верхней атмосфере спутника.

Это должно приводить к возникновению парникового эффекта и повышению температуры в атмосфере спутника. Но в нижних слоях стоит густой оранжевый туман, состоящий из органических молекул, и он хорошо поглощает солнечное излучение и выпускает наружу инфракрасное излучение от поверхности. Этот "антипарниковый" эффект охлаждает поверхность Титана примерно на 10 градусов.

Климат Титана - настоящий ребус для ученых-климатологов. Какова роль метана, спутника нефтяных месторождений на Земле в формировании "титанической" погоды? Предполагают, что моря из этого сжиженного газа могут колыхаться на его ледяной "коре", испаряться и конденсироваться в облака, проливаться метановыми дождями на поверхность.

Тем не менее, этот круговорот метана в атмосфере спутника должен пополняться из глубинных источников (подобно круговороту воды на Земле). Следует заметить, что метан - это летучее и неустойчивое химическое соединение, поэтому-то в атмосфере и были обнаружены многочисленные варианты органических молекул. Спускаемый аппарат "Гюйгенс" позволил создать модель циркуляции атмосферы Титана. Однако еще далеко не все загадки таинственного Спутника Сатурна разгаданы - многие из них по-прежнему ждут тех, кто сможет дать на них исчерпывающие ответы.

Область, похожую по своей геологической структуре на поверхность Земли, на Титане впервые обнаружили в 1994 году с помощью орбитального телескопа «Хаббл». Но детально рассмотреть тогда ее было невозможно. И к Сатурну, спутником которого является Титан, 15 октября 1997 года стартовала американская межпланетная станция «Кассини».

14 января 2005 года, отделившись от станции «Кассини», в плотную атмосферу Титана вошел спускаемый аппарат «Гюйгенс». А сама станция, как в 2005, так и в 2007 годах, передавала в центр управления снимки поверхности спутника Сатурна.
Полученные со станции фотографии произвели на ученых большое впечатление. Снимки местности, носящей название Фенсал, очень напоминали земную пустыню Калахари. А участок с названием Белет - пустыню Руб-эль-Хали в Омане. Дюны имеют высоту около 100 метров, ширину от одного до двух километров, и протяженность в сотни километров. Недалеко от северного полюса Титана отчетливо просматривались соединенные каналами крупные озера. Удалость даже рассмотреть, как по каналам что-то течет. Местность поразительно была схожа с Канадой, Финляндией или Карелией. Обнаружена и крупная река, похожая на египетский Нил. Она имеет протяженность около 400 километров и впадает в море. Это первая открытая в Солнечной системе внеземная река. А Титан - первый внеземной мир, на поверхности которого находится какая-то жидкость. Сходство Титана с Землей дополняет и то, что он имеет плотную атмосферу, в которой плавают облака, образуется туман и идут дожди. Именно благодаря наличию атмосферы, спутник Юпитера всегда вызывал интерес астрономов. Наличие атмосферы открыл в 1944 году американский астроном Джерард Койпер. И на 95 процентов она состоит из азота. Кислорода в ней практически нет. И размер Титана впечатляет, он уступает только спутнику Сатурна Ганимеду. И на Титане существуют, как и на Земле, времена года. Несмотря на схожесть фотографий поверхности Титана с земным ландшафтом, между Титаном и Землей есть существенная разница. Температура загадочного спутника Сатурна отличается от земной на 100, а в некоторых областях и на 200 градусов. Со знаком минус. Именно поэтому в его озерах и каналах течет не вода. Это жидкие углеводы, состоящие из смеси метана и этана. А точнее, из 80 процентов этана, 10 процентов метана и, приблизительно, 8 процентов пропана. Оставшиеся 2 процента приходятся на бутен, бутан и ацетилен. Проще говоря, Титан представляет собой естественный склад сжиженного газа. И, похоже, крупнейший в Солнечной системе. Просто голубая мечта всех газодобывающих компаний. Общие запасы углеводородного горючего на Титане в несколько раз превышают запасы нашей планеты. Передал снимки на Землю и спускаемый аппарат «Гюйгенс». В кадр попали галька и крупные камни. Некоторые из них достигают диметра около двух метров. И поверхность их словно отполирована. Ученые выдвинули предположение, что камни могут состоять из обычной воды с примесью аммиака. При температуре около минус 180 градусов, вода приобретает необыкновенную прочность. Нашлось объяснение и наполняющему местные пустыни «песку». Он может представлять собой выпадающие из атмосферы замерзшие углеводороды. По земным понятиям, это, скорее, не «песок», а «снег». Несмотря на внешнее сходство с нашей планетой, вряд ли на Титане возможна разумная жизнь. Почти двухсотградусные морозы сильно затрудняют образование и развитие высокоорганизованных форм жизни. Но простейшая жизнь на нем может существовать. В 2010 году группа специалистов NASA заявила, что они обнаружили явные признаки простейших форм жизни на Титане. Только не привычной нам кислородно-водородной, а метаново-водородной. Впоследствии это заявление подтверждений не нашло, но полностью исключать такую возможность нельзя. Биологи не могут дать однозначного ответа на вопрос о возможности существовании жизни при температуре около минус 180 градусов. Поэтому и отвечают уклончиво, что нашей науке подобные существа пока не известны. Правда, один исследователь из NASA Крис Маккей допускает существование на Титане жизни, которая вполне может использовать вместо кислорода находящийся в атмосфере Титана водород. Только, если удастся найти жизнь на спутнике Сатурна, то она вряд ли будет похожа на что-либо нам известное. Выдвигается и гипотеза, что под стокилометровой толщей льда может располагаться океан из смеси воды с аммиаком. В котором возможно существование новых, неизвестных нам форм жизни. Предполагаемый срок работы станции «Кассини» составлял четыре года. Потом его продлили до 2010 года. Затем до 2017 года. Похоже, что и Сатурн, и Титан продолжают представлять для исследователей определенный интерес.

Общие данные

Размеры Титана в диаметре составляют 5152 км, в результате чего он больше Луны и по диаметру, приблизительно на 50%. Христиан Гюйгенс, будучи известным голландским физиком, механиком, математиком и астрономом, обнаружил Титан как первый спутник Сатурна в 1655 году.

Астрономы на протяжении длительного времени считали, что его диаметр составляет 5550 км, и он занимал первое место. Истинные размеры удалось узнать позже благодаря аппарату Вояджер-1.

Поверхность этой огромной луны

До 2004 года учёные не знали, как выглядит поверхность этого неизведанного небесного тела, т.к. Титан спутник Сатурнаполностью окутывала невероятно плотная оболочка атмосферы, затрудняющая изучение. Но после десантирования на его поверхность аппарата Кассини-Гюйгенс все вопросы были разрешены.

На данный момент известно, что его поверхность еще довольно молода по геологическим меркам, и ее покрывают осадочные органические вещества и водяной лед. Она почти вся ровная, если не считать несколько гор и кратеров. Температура поверхности составляет 170-180°С ниже нуля. Атмосферу в основном образуют азот, немного этана и метана.

Углеводородное море Лигеи — второе по величине, радиолокационная съемка Кассини

Значительные участки поверхности покрывают этано-метановые реки и озера. На данном небесном теле ученными была обнаружена жидкость и доказано наличие атмосферы, в результате чего была представлена гипотеза о том, что на Титане может существовать примитивная форма жизни.

Физические характеристики

Доля размером 95% в общей массе всех спутников, окружающих Сатурн принадлежит Титану. Споры о том, откуда взялся такой огромный спутник, привели к нескольким теориям, но к окончательному ответу ученные пока так и не пришли. Одна из теорий звучит следующим образом: данное небесное тело, могло быть образовано из пылевого облака, которое впоследствии захватила гравитация планеты. При этом данная теория так же объясняет такое большое различие в массе спутников.

Орбита движения

Орбита второго по величине спутника в Солнечной системе составляет 1221 870 км, что равняется 20,3 радиуса Сатурна, в результате он располагается за пределами колец Сатурна. Один полный круг вокруг планеты он делает почти за 16 дней. При этом его скорость составляет 5,57 километров в секунду.

Титан, так же как и Луна осуществляет синхронное вращение вокруг своей планеты. Именно из-за того, что обороты вокруг Сатурна и вокруг своей собственной оси у Титана совпадают, он смотрит на планету всегда одной и той же стороной. Траектория вращения Сатурна наклонена по отношению к эклиптике на 26,73′ именно этот момент обеспечивает смену времен года на самой планете и ее спутниках.

Каждый из сезонов имеет продолжительность приблизительно 7,5 земных лет при этом, сам Сатурн делает один оборот вокруг Солнца, примерно за 30 лет. Исходя из этого, можно предположить, что последнее лето на Титане закончилось в 2009 году.

И напоследок, некоторые, самые зрелищные фотографии Титана

Особый интерес для исследователей Солнечной системы представляет самый большой спутник Сатурна Титан. Он принадлежит к числу крупнейших спутников планет. По данным "Вояджеров", диаметр Титана равен 5150 км. По своим размерам и массе он немного уступает только спутнику Юпитера Ганимеду и примерно в 2 раза превосходит нашу Луну.

Титан - единственный из спутников, обладающий плотной атмосферой. Еще из наземных наблюдений было известно, что в его атмосфере присутствует метан. Спектральные наблюдения, выполненные "Вояджером-1", подтвердили наличие метана, но одновременно показали, что его содержание в атмосфере невелико - около 1%, тогда как на 85 % атмосфера состоит из азота (в основном молекулярного) и на 12% - из инертного аргона. В небольших количествах обнаружен цианистый водород (НСМ) - синильная кислота (очень сильный яд), а также молекулярный водород.

Атмосферное давление у поверхности Титана примерно в 1,5 раза превышает атмосферное давление на поверхности Земли; температура составляет около -180 °С. Это близко к так называемой тройной точке метана, то есть температуре, при которой он может находиться одновременно в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Вероятно, атмосфера Титана имеет сходство с первичными газовыми оболочками, какие имели Венера, Земля и Марс на заре своего существования. Но в отличие от этих планет на Титане температуры настолько низкие, что атмосфера могла сохраниться в своем первозданном виде. Следовательно, ее изучение могло бы пролить свет на проблему развития планетных атмосфер. Не исключено, что в тех физических условиях, которые сложились на Титане, метан играет там ту же роль, что и вода на Земле. А это значит, что под азотным небом Титана с метановых ледников могут течь метановые реки, а из облаков выпадать метановые дожди. Мир этого спутника Сатурна, видимо, исключительно своеобразный.

Все спутники, кроме огромного Титана, превосходящего по размерам Меркурий и имеющего атмосферу, сложены в основном изо льда (с некоторой примесью скальных пород у Мимаса, Дионы и Реи). Уникальным по яркости является Энцелад - он отражает свет, почти как свежевыпавший снег. Темнее всего поверхность Фебы, которая поэтому почти не видна. Необычна поверхность Япета: его передняя (по ходу движения) полусфера сильно отличается по отражательной способности от задней. Из всех больших спутников Сатурна только Гиперион имеет неправильную форму, возможно, из-за произошедшего некогда столкновения с массивным телом, например, с гигантским ледяным метеоритом. Поверхность Гипериона сильно загрязнена. Поверхности многих спутников в значительной степени кратерированы. Так, на поверхности Дионы обнаружен крупнейший десятикилометровый кратер; на поверхности Мимаса лежит кратер, вал которого так высок, что это явственно заметно даже на фотографиях. Кроме кратеров, на поверхностях ряда спутников существуют разломы, борозды, впадины. Наибольшая тектоническая и вулканическая деятельность обнаружена у Энцелада.

Теперь каждый человек знает, что утечка нефти, будь то в почву, реку или океан, угрожает всему живому. И стоит только этому случиться, как в район экологического бедствия срочно отправляются специальные команды для ликвидации очага загрязнения. Но то, с чем мы боремся на Земле, на другой планете может составлять обычную природную среду, а возможно, и среду обитания. Ведь в необъятной Вселенной планетные миры могут быть совсем не похожи один на другой. Многообразны могут быть и формы жизни на них. И с чем только не повстречаются там будущие космические путешественники! Но такое трудно вообразить даже отчаянным фантазерам: нефтяные моря на планете! Оказывается, могут быть и такие планеты, материки которых омываются нефтяными морями. И не где-то в глубинах Галактики, а в нашей же Солнечной системе. Таким экзотическим небесным телом может быть спутник Сатурна Титан.

К сожалению, поверхность Титана не смогли увидеть даже "Вояджеры" из-за густой дымки. А наземная радиолокация поверхности Титана указывала якобы на то, что там плещется углеводородный (нефтяной!) океан...

В 2005 году спускаемый зонд КА "Кассини" впервые совершил посадку на Титан. Научное предвидение ученых во многом оправдалось. Титан - это действительно удивительный мир углеводородов - мир метана, где метан можно встретить буквально на каждом шагу. И хотя глобального нефтяного океана на Титане не оказалось, наличие естественных углеводородных бассейнов не исключено.