Титан

Открытие Титана

Спутник Титан

Титан является самым большим спутником Сатурна. Открыл Титан галандский физик, математик и астроном - Христиан Гюйгенс в 1655 году. Гюйгенс вместе с братом Константином, по примеру Галилея, создал телескоп, и наблюдал в него за планетами солнечной системы.

 

Однажды около планеты Сатурн он обнаружил объект яркого цвета, совершавший полный оборот вокруг планеты за 16 дней. В июне 1655 года, когда кольца Сатурна, благодаря низкому наклону по отношению к Земле, не мешали наблюдениям, Христиан Гюйгенс удостоверился в существовании спутника. Так был открыт Титан. Это был второй случай обнаружения спутника, после открытия Галилеем спутников Юпитера 45 лет назад до этого.

 

В течении более 200 лет спутник Титан оставался без имени. Первооткрыватель называл этот объект Saturni moon, что переводится как луна Сатурна. Некоторые ученые называли это небесное тело «Гюйгенсовым» спутником или «Huyghenian».

 

После открытия Джованни Кассини ещё спутников этой планеты, Титан назвали «Сатурн IV». Настоящие имя Титан получил в 1847 году, благодаря Джону Гершелю, который внёс предложение называть семь известных на тот момент спутников Сатурна именами братьев и сестрами Кроноса.

Характеристика Титана

Титан и Тезис

По характеристикам Титан довольно интересен, и является один из крупнейших спутников в солнечной системе, уступает лишь Ганимеде, спутнику Юпитера. Он имеет звёздную величину 7,9 m. Спутник Титан, это единственное тело, кроме Земли в солнечной системе, на котором имеется жидкость, и плотная атмосфера, которая состоит в основном из азота, с небольшим содержанием метана и этана, при помощи которых образуются облака. В результате чего и появляется жидкость, и даже твёрдые осадки. На поверхности спутника обнаружены метаноэтановые озёра и реки.

 

Титан биологически активен, ведь температура внутреннего ядра высокая, благодаря огромным размерам спутника. Поверхность спутника ровная, с небольшим количеством кратеров, криовулканов, и горных образований. Состоит из водяного льда, и осадочных органических веществ. Титан огромен, его диаметр равен 5152 км, а это наполовину больше луны. Долгое время астрономы считали, что диаметр спутника равен 5550 км, но благодаря аппарату «Вояджер-1» удалось уточнить размеры. Масса превосходит луну почти в два раза. По своим размерам Титан превышает планету Меркурий, хотя его масса меньше. Один Титан равен массе всех остальных спутников Сатурна.

Титан и Сатурн

Орбита Титана и Гипериона находятся в орбитальном резонансе в отношении 3:4. Эксцентриситет орбиты равен 0,0288. Полный оборот вокруг Сатурна со скоростью равной 5,57 км/с, спутник делает за 15 дней, 22 часа и 41 минуту. Из-за приливных сил Титан с Сатурном вращаются синхронно, поэтому спутник и планета всё время повёрнуты друг к другу одной стороной. В результате этого спутник Титан имеет точку на поверхности, в которой Сатурн находится в зените, и от меридиана, который проходит через эту точку начинается отсчёт координат.

 

Ось вращения Сатурна наклонена на 26,73о, и обеспечивает планету и её спутники сменой времен года в северных и южных полушариях. Полный оборот вокруг солнца Сатурн производит за 30 лет, поэтому каждое время года длится около восьми лет. Последнее лето на южном полушарии спутника окончилось в августе 2009 года. Титан практически не влияет на движение Сатурна, потому что центр масс планеты и спутника удален от центра Сатурна лишь на 290 км. Плотность Титана является самой высокой среди спутников Сатурна, и равна 1,88 г/см3. Ученые астрономы до сих пор спорят о происхождении Титана. По одной версии он произошёл из облака пыли, а подругой – сформировался самостоятельно, но затем был захвачен гравитационным полем Сатурна.

Атмосфера Титана

Важным открытием, которое совершил Джерард Койпер в 1944 году, стало открытие на Титане атмосферы. Толщина атмосферы равна 400 км. Граница её находится выше в 10 раз, чем на Земле. Спутник Титан и Земля являются единственными телами в солнечной системе, атмосфера которых почти на 100% состоит из азота.

 

Масса атмосферы Титана из-за слабого гравитационного поля стала в тридцать раз меньше, чем была изначально. Атмосфера спутника сильно подвержена воздействию космического излучения, а так же солнечному облучения и солнечному ветру из-за слабого магнитного поля. В следствие вулканической активности, запасы метана в атмосфере постоянно пополняются. Поэтому поверхность Титана, в том числе и атмосфера, окрашена в оранжевый цвет.

Атмосфера Титана

В атмосфере Титана практически не содержится вода, ведь разница в температуре всего в три градуса между экватором и полюсами. В результате низких температур и высокого давления лёд не тает. Хотя большое содержание метана в высоких слоях атмосферы должно приводить к парниковому эффекту, и повышать температуру на Титане, из-за оранжевого тумана в нижних слоях атмосферы, который пропускает инфракрасное излучение и поглощает солнечное, приводит к антипарниковому эффекту, и наоборот понижает температуру.

 

В атмосфере Титана на высоте больше 10 км всегда дуют очень сильные ветра, в тот момент как у поверхности скорость ветра равна всего 0,3 м/с. Направление ветра совпадает с направлением вращения Сатурна, а скорость возрастает с высотой. Например, на высоте 60 км скорость достигает 30 м/с, а на высоте больше 120 км ветер имеет настолько большую скорость, что возникает турбулентность. Так же благодаря исследованиям, удалось выяснить до сих пор не объяснимый факт, на высоте 80 км наблюдался полнейший штиль, на который не влияла ни турбулентность выше него, ни ветер, дующий ниже.

 

При помощи аппарата «Гюйгенс», удалось намного больше узнать о характеристиках Титана. Ученым удалось выяснить, что атмосфера Титана является одной большой ячейкой Хадли. Тёплый воздух в летнее время поднимается в южном полушарии, и переносится к северному, а там охлаждается и опускается. Затем вновь возвращается на южный полюс. Раз в 14,5 лет направление меняется. Метан, который содержится в атмосфере, на высоте преобразовывается в облака.

 

На высоте всего 8 км относительная влажность составляет 100%, а на высоте 8-16 км содержится разряженный слой облаков, который состоит из азота и жидкого метана. Однако в 2006 году с помощью аппарата «Кассини» зафиксировали метановое облако на северном полюсе. Оно находилось на высоте 40 км от поверхности, а на такой высоте только этан конденсируется.

 

Чуть позже удалось обнаружить ещё одно огромное облако, его диаметр был равен 2400 км, и состояло оно из этана, метана и ещё одного органического вещества. Астрономы выдвинули предположение, что в тот момент шёл этанометановый дождь или снег. Так же небольшие облака, всего 1-8% от поверхности, зафиксировали на южном полюсе. От нагрева атмосферы возникает конвекция, и этан не образует постоянный облачный слой. Таким образом, за полный оборот вокруг солнца, а это 30 лет, на каждом из полюсов в течение 25 лет, облака формируются, а потом за 5 лет постепенно исчезают.

Поверхность Титана

О поверхности Титана практически ничего не было известно, но в 1990-х годах с помощью телескопа «Хаббл» были получены снимки. На ведущем полушарии обнаружили огромную возвышенность. Ей дали название «Ксанаду».

 

Ландшафт Титана разнообразен. В 2006 году удалось обнаружить долины, русла рек, и горные хребты, высота которых достигала 1 км, а так же тёмные места, предположительно высохшие или заполненные озёра, а так же пещеры, как следствие потоков жидкого метана во время сезона дождей. Недалеко от «Ксанаду» обнаружили яркую дугу. Её происхождение до сих пор остаётся под вопросом. Возможно это отложение вещества, а может это горячий вулканический район.

Кратер на Титане

Так же были обнаружены на поверхности Титана цепи гор, высоких и протяженных. Предполагают, что в южном полушарии находится горный хребет, который в высоту достигает 1,6 км, а его протяженность примерно 150 км. На вершинах этого хребта есть отложения светлого цвета. Всё это говорит о том, что Титан формируется при помощи тектонических процессов. В общем, рельеф спутника довольно ровный, но иногда встречаются крутые склоны. Это результат ветра и жидкости.

 

Так же на спутнике есть несколько кратеров, которые заполнены углеводородами, по предположению ученных, или заполнены осадками. Имеются области тёмного цвета. Они тянутся вдоль экватора Титана. Ранее предполагали, что это метановые моря, но исследования показали, что это всего лишь скопление частиц углеводородной пыли. Она выпадает из атмосферы в верхних слоях, затем смывается с возвышенностей метановыми дождями, и ветром приносится к этой области вдоль экватора. Существование метановых рек и озёр подтвердилось в 1995 году. Ведь данные аппарата «Вояджер-1» и «Вояджер-2» показали, что для поддержания метана в жидком виде на спутнике есть все условия: плотная атмосфера, соответствующего состава, и нужные температуры.

 

В 2009 году существование озёр на поверхности Титана было научно доказано, в инфракрасном диапазоне зафиксировали блик от гладкой поверхности, то есть от жидкого озера. В южном полушарии, в районе «Мезорамиа» обнаружили развитую речную систему, и береговую линию со следами эрозии.

 

В северном полушарии были найдены гигантские озёра, длина некоторых равна тысячи км, а площадь достигает размеров каспийского моря. Одно из этих озёр равно 100 тысяч км2, и не сравнимо по площади не с одним пресноводным озером на Земле. Большинство озёр находится в северном полушарии, а в южном их вообще почти нет, так как за время сезона, а это 7 лет, метан пересыхает на одном полюсе, и переносится с помощью ветра на другой.

 

Грунт твёрдый, и похож на мокрый песок, так же присутствуют камни обтекаемой формы, размерами до 15 см, возможно, они ледяные. Гладкость камней - это результат долгого действия на них жидкости.

 

На Титане есть активные вулканы, но они не силикатные как на Земле. Поэтому их называют криовулканами. Они извергаются смесью из воды и аммиака, с углеводородной примесью. Сначала о существовании вулканизма только предполагали, но при помощи «Кассини» выяснили, что у метана есть источник, и это по предположениям и есть криовулкан. Помимо того в 2008 году учеными было зарегистрировано два образования светлого цвета в атмосфере, которые находились там достаточно долгое время. Поэтому версию о том, что это явления погоды отклонили сразу.

 

Астрономы считают, что это следствие извержения криовулкана. Извержение криовулканов на поверхности Титана, так же как и вулканов на земле происходит из-за распадов радиоактивных элементов в мантии. Но водно-аммиачная смесь, которой извергаются криовулканы спутника, по плотности намного выше плотности водяного льда, через который она выходит наружу, поэтому для поддержания вулканизма на Титане требуется очень много энергии, и её источником является приливное воздействие Сатурна на спутник.

Строение Титана

Строение Титана необычное для спутников. Спутник Титан имеет твёрдое ядро. Оно состоит из скальных пород, и окружает его и окружено слоями водяного льда. Диаметр ядра составляет 3400 км. Мантия Титана состоит из двух слоёв. Внешний слой состоит из гидрата метана и водяного льда, и внутренний, состоящий из плотного спрессованного льда.

 

Между слоями предположительно может быть слой жидкой воды. На вулканическую активность влияет действие приливных сил. Ведь именно они участвуют в тектонических процессах, и разогревают ядро. Высокий эксцентриситет орбиты спутника дестабилизирует тектонические процессы. Ученые выдвинули предположение о существовании океана под поверхностью. Ведь приливные силы Сатурна большие, и разогрев ядро, могут поддерживать высокую температуру для существования воды.

 

В течение двух лет, с 2005-2007гг, с помощью снимков аппарата «Кассини», удалось выяснить, что детали ландшафта сдвинули почти на 30 км, а это говорит о том, что ледяная кора отделена от основной массы жидкого слоя. Ведь спутник всегда повёрнут к Сатурну одной стороной. Ученные выдвинули гипотезу, что в воде присутствует 10% аммиака, и он действует как антифриз, а вместе с высоким давлением это дополнительное условие существования океана под поверхностью.

Исследования Титана

По совместному проекту НАСА, ЕКА и АСИ 15 октября 1997 года был запущен аппарат «Кассини» для изучения системы Сатурна, ставший первым искусственным спутником Сатурна. «Кассини» находится на орбите Сатурна с 1 июля 2004 года, и был рассчитан на 4 года. Первый пролёт аппарат совершил 26 октября 2004 года, за 1200 км от Титана. На радиолокационных снимках, было видно, что строение Титана имеет сложную структуру.

Поверхность Титана

Затем был совершён ещё 21 пролёт с 22 июня 2006 года, по 28 мая 2008 года. Минимальное расстояние составляло всего 950 км. Благодаря этим снимкам было доказано существование метаноёмов.


Исследования Титана продвигались хорошо, и проект решили продлить до 2010 года, и выполнить ещё 21 пролёт, а потом было решено завершить проект в 2017 году, совершив ещё 56 пролётов. И 14 января 2005 года для исследования Титана на его поверхность опустился зонд «Гюйгенс» - первый аппарат, который находился на спутнике, за исключением аппаратов, которые были на луне. Зонд «Гюйгенс» прошёл через на парашют атмосферу за 2 часа 27 минут 50 секунд. Столкновение происходило со скоростью 16 км/ч, испытывая небольшие перегрузки, которые были выше ускорения свободного падения на земле в 15 раз. Место, где приземлился аппарат 14 марта 2007 года, назвали в честь Юбера Кюрьена – одного из основателей Европейского космического агентства.

 

По совместно программе НАСА и ЕКА было решено отправить аппарат «Titan Saturn System Mission». Он включал в себя два зонда, и орбитальную станцию, которые были направлены для исследование Титана. Первый зонд будет плавать среди облаков в атмосфере. Он должен облететь спутник хотя бы раз на высоте 10 км по 20о С.Ш., а другой зонд планируют опустить в полярное углеводородное море, на 29о С.Ш.

 

Этот аппарат станет первым плавучим средство вне Земли, и пробудет там приблизительно от 3 до 6 месяцев. Запуск аппарата планируется на 2020г. Ученые и астрономы надеются, что это станет прорывом в исследованиях Титана.

Жизнь на Титане

Сила тяжести на Титане приближена к Земной, и ровна 1/7, что составляет 9,81 м/см2. Давление в полтора раза выше, чем на Земле. И хотя температура на поверхности спутника всего -170 – 180оC, ученые предполагают существование простейших форм жизни, особенно в подземных водоёмах, где гораздо лучше условия. К такому предположению пришёл и Стивен Беннер, он сказал, что жизнь на Титане могла бы зародиться в углеводородных жидких озёрах.

 

Метан или Этан может служить растворителем биологических процессов, а химическая агрессивность намного ниже воды, поэтому белки и нуклеиновые кислоты станут стабильнее. 5 июня 2010 года ученые заявили о существовании простейших форм жизни на Титане , основываясь на результатах зонда «Кассини», который изучал на поверхности Титана необычное поведение водорода.

 

Астробиологи Джон Зарнески и Крис Маккей предположили, что на Титане живые организмы дышат метаном и водородом. Согласно этим предположениям, биологические организмы должны питаться ацетиленом, и поглощать водород. В результате количество ацетилена и водорода на Титане должно уменьшаться. И хотя под действием солнечного излучения в атмосфере Титана должен образовываться ацетилен, не каких следов этого вещества при измерении в инфракрасном диапазоне обнаружено не было. «Конечно же это не доказывает существование живых организмов, но очень интересно», -заявил Крис Маккей.

 

Так же ученые предполагают, что в очень далеком будущем на спутнике координально изменятся условия, ведь через 6 млрд лет солнце станет красными гигантом, оно станет колоссально большим, поэтому температура Титана соответственно повысится, и будет ровна -70оC. И тогда характеристики Титана будет соответствовать условиям для поддержания в жидком состоянии океанов из воды и аммиака. А за несколько сотен миллионов лет, в течение которых будут существовать такие условия, могут развиться и некоторые сложные формы жизни на Титане. Такую возможную эволюцию сравнивают с планетой Земля на ранних стадиях.