Титан

© Володимир Каланов,
сайт"Знання-сила".

Навколо Сатурна обертаються десятки супутників. В даний час відомо 53 супутники, що мають назви, близько десятка небесних тіл "очікують" підтвердження своїх траєкторій польоту щодо причетності до супутникової системи Сатурна. Серед них виділяється найбільший супутник - Титан, відкритий, як відомо, вже в 1655 Християном Гюйгенсом. За своїми розмірами Титан посідає друге місце серед усіх супутників Сонячної системи, поступаючись лише Ганімеду – супутнику Юпітера. Діаметр Титану становить 5150 км., тобто. за розмірами цей супутник більший за планету Меркурій, діаметр якого дорівнює 4878 км. Період звернення Титану навколо Сатурна становить майже 16 діб (15 діб, 22 години та 41 хвилину). Титан повернуть до Сатурна однією стороною, як Місяць до Землі. Титан рухається своєю орбітою з відривом 1221900 км від Сатурна.

Внутрішня структура Титану

Титан викликає величезний інтерес не тільки у астрономів, а й у біологів, геологів та палеокліматологів. Але всіх їх цікавить не тільки і не стільки розміри Титану та параметри його орбіти, як атмосфера та поверхня цього супутника.

Титан – єдиний у Сонячній системі супутник, що має атмосферу. Щільність атмосфери Титану значно вища за щільність земної атмосфери, тому тиск на рівні поверхні Титану в півтора рази (1,5 бар) перевищує земний. Температура на поверхні супутника знаходиться в межах від 90 до 100 К. Атмосфера складається переважно з азоту (90-97%), присутні також метан (2-5%) та аргон (близько 0-6%), є сліди етану, водню ( 0,2%) та двоокису вуглецю. Наявність метану визначено вже 1944 року за допомогою інфрачервоної спектрометрії.

Поверхня Титану затягнута хмарами. На знімках, переданих у 1980 р. "Вояджером-1", хмари мають переважно помаранчевий колір. Це означає присутність у них органічних молекул, що цілком зрозуміло за наявності метано в атмосфері. Метан є парниковим газом, а хмари, що містять метан, щільно закривають поверхню Титану. Візуальні спостереження за Титаном дуже утруднені. Деякі дослідники висловлювали припущення про те, що холод панує тільки у зовнішніх шарах атмосфери, а на поверхні можуть бути інші умови, у тому числі й такі, за яких можливе білкове життя.

Виникало припущення про схожість титанічної атмосфери з атмосферою, що раніше існувала Землі. Таке припущення мало певну основу, т.к. у сучасній атмосфері Землі, як і атмосфері Титану, основним компонентом є молекулярний азот.

Загадка поверхні Титану

Панорамний огляд поверхні Титану з КА "Гюйгенс"

Загадка поверхні Титану не давала спокою вченим. Астрономам і, особливо, біологам і палеокліматологам хотілося більше дізнатися про небесне тіло, на якому (а раптом!) може бути виявлено білкове життя. Що там, під шаром хмар: океан чи тверда поверхня? Якщо океан, то чим він наповнений водою? етаном? Чекати на відповіді на ці питання залишалося недовго. У 1997 році НАСА спільно з Європейським космічним агентством закінчує розробку проекту Кассіні-Гюйгенс і міжпланетний апарат Кассіні з атмосферним зондом Гюйгенс стартує до Титану. У липні 2004 р. зонд «Гюйгенс» відокремлюється від апарату «Кассіні», входить у хмарну атмосферу Титану та здійснює посадку на його поверхню. Інформація, яку зонд "Гюйгенс" передав на Землю, не залишила жодних шансів для дослідників, які мріяли знайти на Титані хоча б сліди біологічної діяльності. Вкотре ми переконуємося у тому, що у Сонячній системі, а можливо, і в усій нашій Галактиці і навіть у тисячах таких галактик, ніде, крім нашої прекрасної невеликої планети Земля, не існує життя. Поверхня Титану, як і його атмосфера, виявилася виключно холодною, середня температура на мінус 178°C. На його поверхні багато озер, але наповнені вони, звичайно, не водою, можливо, це сполуки метану або етану з іншими речовинами.

Вивчення Титану продовжується. На сьогодні понад 60% поверхні Титану картографовано. Озера займають близько 14% усієї вивченої площі. Щільність речовини Титану (суміш каменю та льоду) становить близько 1,88 г/см3, що є найвищою щільністю серед супутників Сатурна. Перед Титану припадає понад 95 % маси всіх супутників Сатурна. Маса Титану 1,345×10 23 кг. Прискорення вільного падіння становить 1,352 (м/с²), тобто. сила тяжіння приблизно сім разів менше, ніж Землі.

© Володимир Каланов,
"Знання-сила"

Шановні відвідувачі!

У вас відключено роботу JavaScript. Будь ласка, увімкніть скрипти в браузері, і вам відкриється повний функціонал сайту!

Іноді нашу блакитну Землю називають планетою-океаном. Але цій назві відповідає більшою мірою досить цікавий супутник Сатурна Титан. На ньому виявлено воду, що покриває його поверхню безмежним океаном. Можливо, саме там зараз під помаранчевою атмосферою та під потужною крижаною корою, у глибинах холодних вод зароджується життя?

Титан – другий за величиною супутник у Сонячній системі, його діаметр становить 5152 кілометри. Тільки супутник Юпітера Ганімед (діаметр 5268 кілометрів) перевершує його за величиною. Титан звертається по трохи еліптичній орбіті навколо Сатурна, і сама його орбіта проходить за знаменитими кільцями планети-гіганта. Виявив цей цікавий супутник Сатурна голландський астроном Християн Гюйгенс у 1655 році, а назва "Титан" стала загальновідомою і прийнятою лише з 1847 року, коли була опублікована стаття Джона Гершеля, який запропонував це ім'я найбільшому супутнику Сатурна.

Подібно до нашого Місяця, Титан демонструє феномен синхронного обертання щодо Сатурна, тобто завжди звернений до планети однією стороною. Він обходить гіганта за 15 днів, 22 години та 41 хвилину, здійснюючи точно один оберт навколо своєї осі обертання. Цей тимчасовий баланс виникає завдяки припливним явищам, що виникають на супутнику через тяжіння.

Космічний апарат "Вояджер" вперше дослідив Титан, побачив його щільну та непрозору атмосферу та точно виміряв діаметр. У результаті він виявився геологічно активним небесним тілом – ядро ​​Титану зігріває супутник зсередини, а зовнішній шар крижаної "кори", розташований під 400-кілометровою атмосферою, охолоджений до -180 °C! У самій атмосфері левову частку становить азот, кисень повністю відсутня, і є домішки аргону і метану.

Місія "Кассіні" шестиразово пролітала повз Титан і детально його досліджувала з 2006 року по 2011 рік. Форма поверхні супутника при його проходженні по орбіті змінювалася - оскільки орбіта еліптична, в моменти мінімального наближення до Сатурна Титан ставав трохи "витягнутим" через приливні горби, а на максимальному віддаленні - практично сферичним. При цьому приливні горби, змінюючи діаметр супутника, збільшували майже на 10 метрів! Це означає, що під твердою корою легко рухливий шар.

Найімовірніше, це вода, причому цілий "титанічний" океан! Він може мати величезну глибину і простягатися до 200 кілометрів углиб від "кори" завтовшки 50 кілометрів. Прояви вулканізму можуть бути джерелами метану, виявленого у великій кількості у верхній атмосфері супутника.

Це повинно призводити до виникнення парникового ефекту та підвищення температури в атмосфері супутника. Але в нижніх шарах стоїть густий помаранчевий туман, що складається з органічних молекул, і добре поглинає сонячне випромінювання і випускає назовні інфрачервоне випромінювання від поверхні. Цей антипарниковий ефект охолоджує поверхню Титану приблизно на 10 градусів.

Клімат Титану – справжній ребус для вчених-кліматологів. Яка роль метану, супутника нафтових родовищ Землі у формуванні " титанічної " погоди? Припускають, що моря з цього зрідженого газу можуть коливатися на його крижаній "корі", випаровуватись і конденсуватись у хмари, проливатися метановими дощами на поверхню.

Тим не менш, цей кругообіг метану в атмосфері супутника повинен поповнюватися з глибинних джерел (подібно кругообігу води на Землі). Слід зазначити, що метан - це летка і нестійка хімічна сполука, тому в атмосфері були виявлені численні варіанти органічних молекул. Апарат "Гюйгенс", що спускається, дозволив створити модель циркуляції атмосфери Титану. Однак ще далеко не всі загадки таємничого Супутника Сатурна розгадані - багато з них, як і раніше, чекають на тих, хто зможе дати на них вичерпні відповіді.

Область, схожу за своєю геологічною структурою поверхню Землі, на Титані вперше виявили 1994 року з допомогою орбітального телескопа «Хаббл». Але детально розглянути її тоді було неможливо. І до Сатурна, супутником якого є Титан, 15 жовтня 1997 року стартувала американська міжпланетна станція «Кассіні».

14 січня 2005 року, відокремившись від станції «Кассіні», в щільну атмосферу Титану увійшов апарат «Гюйгенс», що спускається. А сама станція, як у 2005, так і у 2007 роках, передавала до центру управління знімки поверхні супутника Сатурна.
Отримані зі станції фотографії справили на вчених велике враження. Знімки місцевості, що зветься Фенсал, дуже нагадували земну пустелю Калахарі. А ділянка з назвою Белет – пустелю Руб-ель-Халі в Омані. Дюни мають висоту близько 100 метрів, ширину від одного до двох кілометрів і довжину в сотні кілометрів. Неподалік північного полюса Титана чітко проглядалися з'єднані каналами великі озера. Вдалість навіть розглянути, як каналами щось тече. Місцевість напрочуд була схожа з Канадою, Фінляндією чи Карелією. Виявлено і велику річку, схожу на єгипетський Ніл. Вона має довжину близько 400 кілометрів і впадає у море. Це перша відкрита у Сонячній системі позаземна річка. А Титан – перший позаземний світ, на поверхні якого знаходиться якась рідина. Подібність Титану із Землею доповнює і те, що він має щільну атмосферу, в якій плавають хмари, утворюється туман та йдуть дощі. Саме завдяки наявності атмосфери супутник Юпітера завжди викликав інтерес астрономів. Наявність атмосфери відкрив 1944 року американський астроном Джерард Койпер. І на 95 відсотків вона складається із азоту. Кисню в ній практично немає. І розмір Титана вражає, він поступається лише супутнику Сатурна Ганімеду. І на Титані існують, як і на Землі, пори року. Незважаючи на схожість фотографій поверхні Титану із земним ландшафтом, між Титаном та Землею є суттєва різниця. Температура загадкового супутника Сатурна відрізняється від земної на 100, а деяких областях і на 200 градусів. Зі знаком мінус. Саме тому в його озерах та каналах тече не вода. Це рідкі вуглеводи, що складаються із суміші метану та етану. А точніше, з 80 відсотків етану, 10 відсотків метану і приблизно 8 відсотків пропану. 2 відсотки, що залишилися, припадають на бутен, бутан і ацетилен. Простіше кажучи, Титан є природним складом зрідженого газу. І, схоже, найбільший у Сонячній системі. Просто блакитна мрія всіх газовидобувних компаній. Загальні запаси вуглеводневого палива на Титані у кілька разів перевищують запаси нашої планети. Передав знімки на Землю і апарат «Гюйгенс», що спускається. У кадр потрапили галька та велике каміння. Деякі з них досягають діаметра близько двох метрів. І поверхня їх наче відполірована. Вчені висунули припущення, що каміння може складатися зі звичайної води з домішкою аміаку. При температурі близько мінус 180 градусів, вода набуває незвичайної міцності. Знайшлося пояснення і «піску», що наповнює місцеві пустелі. Він може являти собою змерзлі вуглеводні, що випадають з атмосфери. За земними поняттями, це швидше не «пісок», а «сніг». Незважаючи на зовнішню схожість з нашою планетою, навряд чи на Титані можливе розумне життя. Майже двохсотградусні морози сильно ускладнюють утворення та розвиток високоорганізованих форм життя. Але найпростіше життя на ньому може існувати. 2010 року група фахівців NASA заявила, що вони виявили явні ознаки найпростіших форм життя на Титані. Тільки не звичною нам киснево-водневою, а метаново-водневою. Згодом ця заява підтверджень не знайшла, але повністю виключати таку можливість не можна. Біологи не можуть дати однозначної відповіді на питання про існування життя при температурі близько мінус 180 градусів. Тому й ухильно відповідають, що нашій науці подібні істоти поки не відомі. Правда, один дослідник з NASA Кріс Маккей допускає існування на Титані життя, яке цілком може використовувати замість кисню, що знаходиться в атмосфері Титану водень. Тільки, якщо вдасться знайти життя на супутнику Сатурна, то вона навряд чи буде схожа на щось відоме нам. Висувається і гіпотеза, що під стокілометровою товщею льоду може розташовуватися океан із суміші води з аміаком. У якому можливе існування нових, невідомих форм життя. Передбачуваний термін роботи станції "Кассіні" становив чотири роки. Далі його продовжили до 2010 року. Потім – до 2017 року. Схоже, що Сатурн, і Титан продовжують представляти для дослідників певний інтерес.

Загальні дані

Розміри Титану в діаметрі становлять 5152 км, внаслідок чого він більший за Місяць і за діаметром, приблизно на 50%. Християн Гюйгенс, відомий голландським фізиком, механіком, математиком і астрономом, виявив Титан як перший супутник Сатурна в 1655 році.

Астрономи протягом тривалого часу вважали, що його діаметр становить 5550 км, і він посідав перше місце. Справжні розміри вдалося дізнатись пізніше завдяки апарату Вояджер-1.

Поверхня цього величезного місяця

До 2004 року вчені не знали, як виглядає поверхня цього незвіданого небесного тіла, т.к. Титан супутник Сатурна повністю огортала неймовірно щільна оболонка атмосфери, що ускладнює вивчення. Але після десантування на його поверхню апарату Кассіні-Гюйгенс усі питання було вирішено.

На даний момент відомо, що його поверхня ще досить молода за геологічними мірками, і її покривають осадові органічні речовини та водяний лід. Вона майже вся рівна, якщо не брати до уваги кілька гір і кратерів. Температура поверхні становить 170-180°С нижче нуля. Атмосферу в основному утворюють азот, трохи етану та метану.

Вуглеводневе море Лігеї - друге за величиною, радіолокаційна зйомка Кассіні

Значні ділянки поверхні покривають етано-метанові річки та озера. На даному небесному тілі вченими було виявлено рідину і доведено наявність атмосфери, у результаті було представлено гіпотеза у тому, що у Титані може бути примітивна форма життя.

Фізичні характеристики

Частка розміром 95% у загальній масі всіх супутників, що оточують Сатурн, належить Титану. Суперечки про те, звідки взявся такий величезний супутник, призвели до кількох теорій, але остаточної відповіді вчені поки так і не прийшли. Одна з теорій звучить наступним чином: дане небесне тіло могло бути утворене з хмари пилу, яке згодом захопила гравітація планети. При цьому ця теорія так само пояснює таку велику відмінність у масі супутників.

Орбіта руху

Орбіта другого за величиною супутника в Сонячній системі становить 1221 870 км, що дорівнює 20,3 радіусу Сатурна, в результаті він знаходиться за межами кілець Сатурна. Одне повне коло навколо планети він робить майже за 16 днів. При цьому його швидкість становить 5,57 кілометрів на секунду.

Титан, так само як і Місяць, здійснює синхронне обертання навколо своєї планети. Саме через те, що оберти навколо Сатурна і навколо своєї осі у Титана збігаються, він дивиться на планету завжди однією і тією ж стороною. Траєкторія обертання Сатурна нахилена по відношенню до екліптики на 26,73′ саме цей момент забезпечує зміну пір року на самій планеті та її супутниках.

Кожен із сезонів має тривалість приблизно 7,5 земних років, сам Сатурн робить один оберт навколо Сонця, приблизно за 30 років. Виходячи з цього можна припустити, що останнє літо на Титані закінчилося в 2009 році.

І насамкінець, деякі, найвидовищніші фотографії Титану

Особливий інтерес для дослідників Сонячної системи є найбільшим супутником Сатурна Титан. Він належить до найбільших супутників планет. За даними "Вояджерів", діаметр Титану дорівнює 5150 км. За своїми розмірами та масою він трохи поступається тільки супутнику Юпітера Ганімеду і приблизно в 2 рази перевершує наш Місяць.

Титан - єдиний із супутників, що має щільну атмосферу. Ще з наземних спостережень було відомо, що у його атмосфері присутній метан. Спектральні спостереження, виконані "Вояджером-1", підтвердили наявність метану, але одночасно показали, що його вміст в атмосфері невеликий - близько 1%, тоді як на 85% атмосфера складається з азоту (в основному молекулярного) і на 12% - з інертного аргону. У невеликих кількостях виявлено ціаністий водень (НСМ) - синильна кислота (дуже сильна отрута), а також молекулярний водень.

Атмосферний тиск біля поверхні Титану приблизно в 1,5 рази перевищує атмосферний тиск на поверхні Землі; температура становить близько -180 °С. Це близько до так званої потрійної точки метану, тобто температури, при якій він може знаходитися одночасно в твердому, рідкому та газоподібному стані.

Ймовірно, атмосфера Титану має подібність до первинних газових оболонок, які мали Венера, Земля і Марс на зорі свого існування. Але на відміну від цих планет на Титані температури настільки низькі, що атмосфера могла зберегтися у своєму первозданному вигляді. Отже, вивчення могло б пролити світло на проблему розвитку планетних атмосфер. Не виключено, що в тих фізичних умовах, що склалися на Титані, метан відіграє там ту саму роль, як і вода на Землі. А це означає, що під азотним небом Титана з метанових льодовиків можуть текти метанові річки, та якщо з хмар випадатимуть метанові дощі. Світ цього супутника Сатурна, мабуть, винятково своєрідний.

Всі супутники, крім великого Титану, що перевищує за розмірами Меркурій і має атмосферу, складені в основному з льоду (з деякою домішкою скельних порід у Мімаса, Діони та Реї). Унікальним за яскравістю є Енцелад - він відбиває світло, майже як свіжий сніг. Найтемніше поверхня Феби, яка тому майже не видно. Незвичайна поверхня Япета: його передня (по ходу руху) напівсфера сильно відрізняється відбивальною здатністю від задньої. З усіх великих супутників Сатурна тільки Гіперіон має неправильну форму, можливо, через зіткнення, що відбулося колись, з масивним тілом, наприклад, з гігантським крижаним метеоритом. Поверхня гіперіону сильно забруднена. Поверхні багатьох супутників значною мірою кратеровані. Так, на поверхні Діони виявлено найбільший десятикілометровий кратер; на поверхні Мімаса лежить кратер, вал якого такий високий, що це виразно помітно навіть на фотографіях. Крім кратерів, на поверхнях ряду супутників існують розломи, борозни, западини. Найбільша тектонічна та вулканічна діяльність виявлена ​​у Енцеладу.

Тепер кожна людина знає, що витік нафти, чи то в ґрунт, чи річку, чи океан, загрожує всьому живому. І варто тільки цьому статися, як у район екологічного лиха терміново вирушають спеціальні команди для ліквідації забруднення. Але те, з чим ми боремося на Землі, на іншій планеті може становити звичайне природне середовище, а можливо, і місце існування. Адже в неосяжному Всесвіті планетні світи можуть бути зовсім не схожі один на одного. Різноманітні можуть бути форми життя ними. І з чим тільки не зустрінуться там майбутні космічні мандрівники! Але таке важко уявити навіть запеклим фантазерам: нафтові моря на планеті! Виявляється, можуть бути такі планети, материки яких омиваються нафтовими морями. І не десь у глибинах Галактики, а в нашій Сонячній системі. Таким екзотичним небесним тілом може бути супутник Сатурна Титан.

На жаль, поверхню Титану не змогли побачити навіть "Вояджери" через густий серпанок. А наземна радіолокація поверхні Титану вказувала нібито на те, що там хлюпається вуглеводневий (нафтовий!) океан.

У 2005 році зонд КА "Кассіні", що спускається, вперше здійснив посадку на Титан. Наукове передбачення вчених багато в чому виправдалося. Титан – це справді дивовижний світ вуглеводнів – світ метану, де метан можна зустріти буквально на кожному кроці. І хоча глобального нафтового океану на Титані не виявилося, наявність природних вуглеводневих басейнів не виключено.