16.2.1. Титан - Божественный Космос




16.2.1. Титан

Титан – единственный спутник в Солнечной системе с облаками и плотной атмосферой и один из самых холодных миров. Но, как это ни парадоксально, он обладает большим количеством органических веществ в атмосфере и на поверхности. Титан больше Меркурия, является самым крупным спутником в системе Сатурна и вторым в Солнечной системе после Ганимеда. Он примерно на 50 % больше Луны и на 80 % превосходит ее по массе. В системе Сатурна Титан в 20 раз превышает по массе все остальные спутники Сатурна, вместе взятые.

[more]

До «Кассини» значительные исследования Титана были выполнены аппаратом «Вояджер 1». 12 ноября 1980 года зонд прошел в 5600 км от него, однако полученные снимки не позволили различить какие-либо детали поверхности из-за дымки в атмосфере. «Вояджер-1» смог изучить только состав атмосферы и определить основные данные, такие как размер и масса, им также был уточнен орбитальный период. Посмотрите на рис. 16.24.

1– снимок, выполненный «Вояджером». В то время показалось странным, что атмосфера Титана имеет оранжевый цвет и для оптики практически непрозрачна. Кроме того, она окружена синеватой слоистой дымкой. Детальные исследования были выполнены «Кассини».

2 – замечательное изображение Титана, составленное из 4-х снимков, сделанных «Кассини» в октябре 2004 года в ультрафиолете и инфракрасных лучах с расстояния всего 1200 км. И на данном снимке нет четкой картины поверхности Титана – та же синяя наружная дымка и туманная атмосфера, только цвета условные.

3 – фотография, выполненная «Кассини», на которой очень четко видно слоистое строение внешней синей дымки.

 

Рис. 16.24. Титан. Снимки «Вояджера 1» и «Кассини»,

1, 3 – Википедия,

2 http://kuasar.ru/old-news/2004-11/02-11-2004.htm

Основной зонд принес с собой потрясающий аппарат для исследования спутника – спускаемый модуль «Гюйгенс». Главная и совершенно невероятная информация передана именно им. Но обо все по порядку.

Титан находится вне колец Сатурна. Радиус его орбиты составляет 1221870 км, что соответствует примерно 20 радиусам Сатурна. Орбиты Титана и следующего за ним Гипериона образуют орбитальный резонанс 3:4 – Титан делает четыре оборота вокруг Сатурна, в то время как Гиперион только три.

Период обращения Титана вокруг планеты составляет 15 дней, 22 часа и 41 минуту. Плоскость орбиты отклонена от экватора Сатурна и плоскости колец незначительно – на 0,348°.

Титан имеет синхронное вращение относительно планеты, ставшее результатом действия приливных сил. Это означает, что периоды вращения вокруг своей оси и обращения вокруг Сатурна совпадают, и спутник повернут к планете всегда одной и той же стороной.

Наклон оси вращения Сатурна составляет 26,73°, что обеспечивает смену времен года на планете и ее спутниках. Каждый сезон длится около 7,5 земных лет, поскольку Сатурн делает полный оборот вокруг Солнца примерно за 30 лет. Ось вращения Титана перпендикулярна плоскости его орбиты.

Средняя плотность Титана составляет 1,88 г/см³ и является самой высокой плотностью среди спутников Сатурна. Температура поверхности – минус 179° С. Давление на поверхности немного выше, чем на Земле и соответствует 1,6 бар. Считается, что Титан, будучи достаточно крупным небесным телом, имеет возможность для поддержания высокой температуры внутреннего ядра, и это делает его геологически активным.

Внутреннее строение Титана – опять-таки предмет моделирования и предположений (рис. 16.25).

 

Рис. 16.25. Внутреннее строение Титана,

http://lifeglobe.net/media/entry/537/titancore_3.gif

Была выдвинута гипотеза о существовании глобального подповерхностного океана. Мощное приливное действие Сатурна может привести к разогреву ядра и поддержанию достаточно высокой температуры для существования жидкой воды. Сравнение снимков «Кассини» за 2005 и 2007 годы показало, что детали ландшафта сместились примерно на 30 км. Поскольку Титан всегда повернут к Сатурну одной стороной, такой сдвиг может объясняться тем, что ледяная кора отделена от основной массы спутника и скользит по глобальной жидкой прослойке.

Предполагается, что в воде содержится значительное количество аммиака (около 10 %), который понижает температуру ее замерзания и в сочетании с высоким давлением, оказываемым корой спутника, может являться дополнительным условием существования подповерхностного океана. Было высказано предположение, что жидкость в океане спутника Сатурна отличается повышенной плотностью и экстремальной соленостью. Скорее всего, она представляет собой рассол, в состав которого входят соли, содержащие натрий, калий и серу. Кроме того, в разных районах спутника глубина океана варьирует.

Под жидким океаном находится слой высокосжатых льдов, а под ними – твердое ядро диаметром 3400 км, состоящее из скальных пород.

Атмосфера. Если внутреннее строение Титана – гипотетическая модель, то данные по атмосфере и поверхности, кроме полученных зондом «Кассини», непосредственно зафиксированы с помощью модуля «Гюйгенс». В процессе спуска на парашюте он выполнял исследование атмосферы и фотографировал Титан с различной высоты, а, опустившись на грунт, изучал его поверхность.

Атмосфера спутника, состоящая в основном из азота (95%) и метана (5%), простирается примерно на 600 км, а это значительно больше земной (по недавним экспериментам принято уточненное значение границы атмосферы Земли, соответствующее высоте 118 километров ). В атмосфере Титана также присутствуют органические молекулы, содержащие углерод, водород, кислород и некоторые другие элементы, необходимые для биологической жизни. Наличие значительного количества метана в атмосфере, обычно разлагающегося под действием Солнца, заставляет предположить, что на Титане работает какой-то механизм, пополняющий запасы атмосферного метана. Предположительно, таким источником может являться вулканическая деятельность.

В атмосфере Титана отмечено несколько слоев неплотных облаков, в том числе на очень больших высотах. Слоистость тумана наблюдается на высотах от 200 до 500 км. В деталях атмосферу от 140 км и ниже вплоть до поверхности можно увидеть на схеме, представленной на рис. 16.26.

Рис. 16 26. Схема атмосферы от 140 км и ниже,

http://nashavselenaya.blogspot.ru/2012/02/blog-post.html

Следует особо отметить характер изменения температуры. Самая высокая температура (до 180 К) наблюдается в верхних слоях атмосферы на уровне 500-600 км, самая низкая – на высоте 40-50 км, на уровне поверхности – 80-90 К. Наличие в атмосфере большого количества метана не приводит к парниковому эффекту вследствие того, что оранжевый туман, состоящий из органических молекул, распространенный повсеместно в нижних слоях атмосферы, хорошо поглощает солнечное излучение и пропускает инфракрасное от поверхности. Возникает антипарниковый эффект.

На основе данных о скорости ветров на разных высотах, собранных при спуске аппарата «Гюйгенс», была создана модель движения атмосферных масс на Титане. По полученным результатам атмосфера Титана представляет собой одну гигантскую ячейку Хэдли. Теплые массы воздуха поднимаются в Южном полушарии в летний период и переносятся к Северному полюсу, где остывают и уже на более низких высотах возвращаются обратно. Примерно каждые 14,5 лет происходит смена направления циркуляции. Титан получает очень мало солнечной энергии для того, чтоб за счет нее организовать такую динамику атмосферных процессов. Вероятно, энергию для перемещения атмосферных масс обеспечивают мощные приливные воздействия Сатурна, в 400 раз превышающие по силе приливы на Земле, обусловленные Луной. В пользу предположения о приливном характере ветров говорит широтное расположение гряд дюн, широко распространенных на Титане. 

Метан конденсируется в облака на высоте в несколько десятков километров. В сентябре и декабре 2006 года «Кассини» зафиксировал над Северным полюсом Титана огромное облако диаметром 2400 км, состоящее из этана (С2Н6), метана (СН4) и неизвестного органического соединения. В то время в Северном полушарии был зимний период. Предположительно, на полюсе спутника шел этано-метановый дождь или снег; нисходящие потоки в северных широтах достаточно сильны, чтобы вызвать выпадение осадков. Над Южным полюсом тоже зафиксированы облака. Но состав был в основном метановый. Похоже, что полярная облачность – явление постоянное. А вот размеры облаков зависят от сезона. Когда на полюсе лето, облачность меньше, т.к. в условиях лета этан не способен образовывать устойчивый постоянный облачный покров. Но облачность ли имеет место в данном случае? К этому вопросу мы вернемся немного позже.

Поверхность. Когда спускаемый аппарат «Гюйгенс» прошел верхние слои атмосферы, в оптике постепенно стали вырисовываться детали поверхности Титана. До этого «Кассини» для исследования поверхности спутника использовал в основном радарную съемку и съемку в инфракрасных и ультрафиолетовых лучах.

Как оказалось, поверхность Титана в низких широтах разделена на несколько светлых и темных областей с четкими границами. В районе экватора на ведущем полушарии расположен светлый регион размером с Австралию, видимый также на инфракрасных снимках телескопа «Хаббл».

На радарных снимках, сделанных в апреле 2006 года, видны горные хребты высотой более 1 км, долины, русла рек, стекающих с возвышенностей, а также темные пятна заполненных или высохших озер. Заметна сильная эрозия горных вершин (потоки жидкого метана во время сезонных ливней могли образовать пещеры в горных склонах). Есть загадочная яркая дуга, которая, возможно, является «горячим» вулканическим районом.

В экваториальном светлом регионе обнаружены протяженные цепи гор (или холмов) высотой до нескольких сотен метров. Предположительно, в Южном полушарии может существовать массивный горный хребет протяженностью около 150 км и высотой до 1,6 км. Обнаружен высокий пик (3337 м). На вершинах гор есть светлые отложения ‒ возможно, представляющие собой залежи метана и других органических материалов. Все это свидетельствует о тектонических процессах, формирующих поверхность Титана.

В целом рельеф Титана относительно ровный ‒ вариация по высоте не более 2 км, однако локальные перепады высот могут быть весьма значительными; крутые склоны на Титане не редкость. Это является результатом интенсивной эрозии при участии ветра и жидкости. Ударных кратеров на Титане немного. Поверхность спутника в умеренных широтах менее контрастна. Для некоторых деталей предполагается криовулканическое происхождение. Типичные участки поверхности представлены на рис. 16.27.

Рис. 16.27. Детали поверхности Титана,

1 http://astro-world.narod.ru/solarsystem/piclit/missions/cassini/images/HuygensRocks01_H.jpg

2 http://smartnews.ru/storage/c/2014/01/14/1389686504_689806_2.jpg

3 http://galspace.spb.ru/index50-1.file/big/10.jpg

4 http://dic.academic.ru/pictures/wiki/files/49/180px-huygens_surface_color.jpg

На рис. 16.27 демонстрируются:

1 – Место посадки «Гюйгенса» в представлении художника.

2 – Горный хребет.

3 Темная извилистая линия с ответвлениями около верхнего края изображения – русло метановой реки, серая гладкая область около нижнего края – дно озера.

4 – Пейзаж места посадки «Гюйгенса», 3 и 4 – снимки «Гюйгенса».

 Вблизи полюсов радар «Кассини» показал наличие очень ровной и/или хорошо поглощающей поверхности, которая представляет собой жидкие метановые (либо метан-этановые) резервуары. В частности, в июне 2005 года снимки «Кассини» выявили в южной полярной области темное образование с очень четкими границами, которое было идентифицировано как жидкое озеро (рис. 16.28). Четкие радарные снимки озер в северной полярной области Титана получены в июле 2006 года.

 

Рис. 16.28. Метановые озера в северной полярной зоне Титана,

http://www.the-submarine.ru/cat/t4395/

Радарное покрытие области в высоких широтах Южного полушария показало наличие развитой речной системы, береговой линии с характерными следами эрозии, а также поверхности, покрытой жидкостью в настоящее время либо в недавнем прошлом.

 В районе Северного полюса «Кассини» обнаружил несколько гигантских озер, крупнейшее из которых достигает в длину 1000 км и по площади сравнимо с Каспийским морем, кроме того, имеется озеро площадью 100000 км², превосходящее любое из земных пресноводных озер. Запасы углеводородов в озерах Титана в несколько раз превышают общие запасы нефти и газа на Земле.

 «Гюйгенс», по-видимому, сел в темную область с твердой поверхностью. Состав грунта на месте посадки напоминает мокрый песок (возможно, состоящий из ледяных песчинок, перемешанных с углеводородами). На снимках поверхности видны камни (вероятно, ледяные) округлой формы. Такая форма могла образоваться в результате длительного воздействия на них жидкости.

На Титане имеются отчетливые признаки вулканической активности. Однако при общей схожести вулканов Титана по форме и свойствам с другими вулканами, здесь происходят извержения не расплавленных силикатов, как, например, на Земле, Марсе и Венере, а водно-аммиачной смеси с примесью углеводородов. Такой тип вулканов называется криовулканами. «Кассини» зарегистрировал мощный источник метана, который предположительно является криовулканом. Магма на Земле состоит из расплавленных пород, которые имеют меньшую плотность, чем породы коры, через которые они извергаются. На Титане же водно-аммиачная смесь имеет гораздо большую плотность, чем водяной лед, через который она извергается на поверхность. Следовательно, для поддержания вулканизма требуется большее количество энергии. Одним из источников такой энергии является мощное приливное воздействие Сатурна на свой спутник.

Полярные зоны. У Титана, как и у планет с атмосферами, которые уже рассматривались в данной книге, полярные зоны существенно отличаются от средних и экваториальных широт. Данных по Титану не так много, но все-таки они выстраиваются в определенные закономерности.

1.  В полярных зонах в атмосфере сконцентрированы так называемые «облака», весьма значительные по площади и объему. Они состоят из метана, этана или их смеси. Дальше будет объяснено, почему слово «облака» я поставила в кавычках. На рис. 16.29 представлена карта распределения «облачности» над поверхностью Титана в период зимы в Северном полушарии.

Рис. 16.29. Карта распределения облачности на Титане,

http://starmission.ru/secondary_planets/saturn_moons/titan/226.html

Представленная выше карта говорит очень о многом. Во-первых, о том, что, как и у планет, имеющих атмосферы, полярные зоны – это зоны особые, отличающиеся от всех остальных регионов: на Титане основная масса «облаков» сосредоточена вокруг полюсов, все остальные регионы практически безоблачные. Во-вторых, о том, что «облачность», несмотря на различную плотность на севере и на юге, имеет нечто общее: а именно – ослабление и даже разрывы в областях, приходящихся примерно на одни и те же значения по долготе: от 50 до 135 и от –90 до –45° . В-третьих, о том, что так называемая в публикациях НАСА «облачность» облачностью вполне может и не быть. В аналогичных зонах Сатурна и других планет подобные проявления назывались полярными вихрями. Я в этом уверена и сейчас. Исходя даже из той скудной информации, которая у нас есть, попробую аргументировать свою точку зрения по этому поводу. Посмотрите на рис. 16.30. К сожалению, качество фотографий оставляет желать лучшего, но, как говорится, «за неимением гербовой – пишем на простой».

Рис. 16.30. Полярные вихри Титана,

Север - http://www.the-submarine.ru/cat/t4395/

Юг - https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Titan#/media/File:Titan-SaturnMoon-Maps-TraceGases-20141022.jpg

Но есть еще одна фотография, выполненная, что называется, анфас! Посмотрите внимательно на полюсы. Это равноденствие, и здесь оба они видны одновременно (рис.16.31).

 

Рис. 16.31. Фотография Титана в период равноденствия,

http://www.americaspace.com/wp-content/uploads/2014/07/pia02146-640.jpg

На Северном полюсе на этой фотографии мы видим красное пятно, на Южном – бело-розовое. И облачность наблюдается в обоих полушариях до 40-30-х широт. Цвета, естественно, искусственные, как и на рис. 16.24 (2). Кадр один, а цвет полярных вихрей разный. Значит, вихри разные.

Не напоминает полюсы Сатурна? Мне – очень. Но в отличие от Сатурна, полярные проявления вихрей на Титане зависят еще и от климатического сезона. Картина распределения «облачности» на рис. 14.29 относится к зимнему периоду на Северном полюсе. В это время там «облачность» максимальна. А на юге ее гораздо меньше. На Титане, поскольку атмосферная ячейка Хэдли всего одна, со сменой сезонов вследствие изменения направления ветров и температуры изменяется и приполярное содержание газов (главным образом – метана и этана) и их состояние. «Облачность» усиливается там, где наступает зимний период.

В Северном полушарии Титана в августе 2009 года началась весна. Вместе с Сатурном, делающим оборот вокруг Солнца чуть меньше, чем за 30 лет, сезоны на Титане длятся около 7 земных лет. Поэтому представилась возможность изучить значительные атмосферные изменения, начиная с июля 2004 года, когда в Южном полушарии было раннее лето, вплоть до апреля 2010 года, когда в Северное полушарие пришла весна. Снимки показали, что с приближающимся солнцестоянием «облачная» активность на обоих полюсах немного снизилась, но оба эти региона были покрыты мощными «облачными» образованиями вплоть до 2008 года. Северные полярные «облака» состоят в основном из этана, который попадает в тропосферу в зимний период из стратосферы, собираясь на высоте от 30 до 50 км. В то же время в Южном полушарии на средних и высоких широтах «облака» формируются в результате подъема атмосферных масс богатых метаном.

И это еще не все. Посмотрите на рис. 16.32. В процессе исследования атмосферы были обнаружены яркие газовые пятна, светящиеся в сумерках и на рассвете возле Северного и Южного полюсов Титана.

Эксперты обсуждают ряд вероятных причин образования такого явления. Это могут быть, по мнению исследователей, тепловые эффекты, неизвестные ранее особенности атмосферной циркуляции на Титане, а также влияние Сатурна и его мощного магнитного поля.

 

Рис. 16.32. Распределение органических газов у полюсов в зависимости от освещения (и, соответственно, температуры),

https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Titan#/media/File:Titan-SaturnMoon-Maps-TraceGases-20141022.jpg

Обратите внимание на то, как меняется в полярных областях содержание двух органических газов (.HNC – изоцианид водорода и .HC3.N – цианоацетилен) в зависимости от времени суток. Причем, оба газа скапливаются у полюсов. Думаю, если бы их распределение можно было бы зафиксировать в середине ночи и в середине дня, т.е. в момент экстремальных температур, картина относительно полюсов была бы более симметричной.

Атмосфера Титана для ученых уже давно представляет интерес, поскольку сам спутник функционирует как химический завод, используя для производства широкого спектра органических молекул и энергию от Солнца, и магнитное поле Сатурна.

Температура. Ученым удалось отследить инфракрасное излучение Титана, идущее от его поверхности в период с 2004 по 2016 год и сделать удивительную анимацию, позволяющую оценить характер изменения температуры полюсов за двенадцатилетний период. Анимация представлена в публикации http://earth-chronicles.ru/news/2016-02-26-89462. На ней четко видно изменение температуры по годам. Для книги мне удалось зафиксировать отдельные наиболее характерные кадры из этой анимации (рис. 16.33). За указанный период хорошо заметна общая тенденция понижения температуры в Южном полушарии Титана. В начале эксперимента на Южном полюсе было лето, а в Северном – зима; в 2009-2010 годах – полярные зоны окрашены практически одинаково; затем началось потепление в Северном полушарии и похолодание в Южном. Несмотря на то, что разница сезонных температур на полюсах укладывается всего в 5 К, этого оказывается достаточно для тех сезонных полярных изменений, которые описаны выше в разделе «Полярные зоны».

 

Рис. 16.33. Сезонное изменение температуры поверхности на Титане

Магнитосфера . Вообще-то данных по магнитным характеристикам и об ионосфере Титана почти никаких нет. Считается, что собственного, родного, поля у Титана нет. Однако когда он находится во власти солнечного ветра, то ведет себя во многом как Венера, Марс или комета. Орбита Титана проходит так, что на протяжении 95% орбиты он находится внутри магнитосферы Сатурна и только на 5% – за ее пределами.

Периоды обращения вокруг оси Сатурна и Титана не совпадают (10,7 часа (. ) и почти 26 дней, соответственно). Поэтому любая заряженная частица в магнитном поле Сатурна обладает большой скоростью и при столкновении с атмосферой Титана может выбивать из нее атомы или ионы. Таким образом, наряду с защитой от солнечного ветра, магнитосфера Сатурна может быть причиной дополнительных потерь атмосферы своего самого большого спутника.

Очень интересное наблюдение было сделано в период мощной вспышки на Солнце 1 декабря 2013 года. В тот момент Титан оказался точно перед Сатурном. Ситуация отражена на схеме, приведенной на рис. 16.34.

 

Рис. 16.34. Магнитное поле Сатурна и Титан в момент солнечной вспышки,

http://www.infuture.ru/article/12632

Под давлением солнечного ветра головная ударная волна магнитосферы Сатурна заметно сдвинулась вглубь, и Титан оказался без магнитной защиты планетарного поля. «Кассини» в тот момент получил очень интересную информацию. Оказалось, по словам С. Бертукси из Института Астрономии и Космической Физики в Буэнос-Айресе, что «Титан взаимодействует с солнечным ветром в точности как Марс, если его переместить на расстояние Сатурна. Мы думали, что Титан будет вести себя совсем по-другому, и, конечно, были удивлены».

Если бы Титан не был спутником Сатурна, а как планеты, вращался вокруг Солнца, он вполне мог соответствовать планетарным критериям.

Есть много причин для удивления в мире планет и спутников. До сих пор мы рассматривали самые крупные спутники Юпитера и Сатурна. Но, как оказывается, и совсем небольшие спутники обладают способностью приводить ученых в недоумение. Дальше кратко будут приведены необычные и в какой-то степени неожиданные научные данные просто как информация к размышлению. Выводы пока делать рано.

К оглавлению



Эзотерические консультации он-лайн

Комментарии: (0)   Оценка:
Пока комментариев нет


Все права защищены (с) divinecosmos.e-puzzle.ru

Сайт Дэвида Уилкока

Яндекс.Метрика



Powered by Seditio