Титан - спутник Сатурна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Титан - является самым большим из спутников Сатурна. Вес Титана в 20 раз превышает общий вес всех остальных спутников Сатурна. Диаметр спутника составляет 5150 километров с радиусом орбиты - 1,222 миллионов километров и плотностью - 1880 кг/м3. Первым кто смог увидеть спутник, был Х. Гюйгенс, именно он первым сообщил об открытии нового спутника в 1655 году.

Исследования, которые направлены на поиск различных форм жизни на других планетах Солнечной системы, особых результатов пока не принесли. Но в последние годы ученых заинтересовал один из спутников планеты Сатурн под громким названием - Титан. Данные, которые получили американские астрономы, позволяют сделать предположение, что на этом космическом объекте могут существовать примитивные формы жизни. Об этом свидетельствует наличие в атмосфере спутника перистых облаков, по предположению ученных на Титане происходят процессы схожие с процессами, которые происходили на Земле и которые послужили зарождению жизни на планете.

О наличии примитивных форм жизни, ученные, не могут дать утвердительного ответа, но не исключают, что в замерзлой воде на большой глубине в несколько сотен метров жизнь все же может присутствовать. О существовании примитивных форм жизни на поверхности спутника существуют только теоретические данные, не подтвержденные результатами исследований. Так сотрудники двух разных исследовательских центров предоставили теоретические доказательства, что наличие метана в атмосфере Титана свидетельствует о наличии живых микроорганизмов, которые и есть поставщики метана в атмосферу. Согласно расчетам ученых, микробы на Титане дышат водородом и питаются ацетиленом и этаном которые в достатке содержатся непосредственно в верхних слоях окружающей спутник атмосферы. В результате этого происходит процесс обмена веществ и выделяется метан. Концентрация такого газа как водород вблизи поверхности спутника гораздо выше, чем в верхних слоях атмосферы, а содержание ацетилена значительно ниже, что указывает на наличие жизнедеятельности микроорганизмов и бактерий.

1. Зонд «Гюйгенс». Реальные данные о спутнике Сатурна - Титан

спутник титан планета зонд

Большая часть существующих в распоряжении ученых сведений о Титане была получена благодаря данным, полученным непосредственно с поверхности спутника. В 1997 году к одной из самых больших планет Солнечной системы была направлена автоматическая станция «Кассини» построенная Европейским космическим агентством. Летом 2004 года станция достигла космической орбиты Сатурна, а в начале 2005 года на поверхность спутника Титан приземлился зонд «Гюйгенс» укомплектованный оборудованием для проведения различных видов анализа. Зонд помог собрать достаточно точные данные о химическом составе атмосферы и поверхности спутника. Данные, полученные с зонда, развеяли большую часть предположений сделанных ранее о характеристиках Титана. Так долгие годы ученые считали, что на спутнике могут существовать так называемые болота, в основе которых лежит жидкий азот, данные с зонда полностью опровергли данное утверждение, но было открыто новое явление - дожди, состоящие из жидкого метана.

Последние открытия, полученные с помощью зонда «Гюйгенс» подтверждают, что окружающая Титан атмосфера имеет некоторое подобие с атмосферой ранней Земли и это позволяет предположить о возможном зарождении примитивных форм жизни, но только теоретически.

Зонд «Гюмйгенс» (англ. Huygens probe) создан Европейским космическим агентством и назван в честь голландского астронома XVII века Христиана Гюйгенса. Зонд был запущен 15 октября 1997 года в связке с космическим аппаратом «Кассини». 25 декабря 2004 года зонд отделился от своего носителя и начал самостоятельное движение к Титану. 14 января 2005 года зонд «Гюйгенс» успешно вошёл в атмосферу Титана и совершил посадку на его поверхность в области, получившей имя Ксанаду. Это была первая в истории мягкая посадка, совершенная во Внешней Солнечной системе. Зонд сел на твёрдую поверхность, хотя посадка в океане была также предусмотрена его конструкцией.

1.1 Основные результаты. Поверхность Титана в месте посадки зонда «Гюйгенс»

Во время спуска «Гюйгенс» отбирал пробы атмосферы. Скорость ветра при этом (на высоте от 9 до 16 км) составила приблизительно 26 км/ч. Бортовые приборы обнаружили плотную метановую дымку (ярусы облаков) на высоте 18-19 км, где атмосферное давление составляло приблизительно 50 килопаскалей (5,1·103 кгс/мІ) или 380 миллиметров ртутного столба. Внешняя температура в начале спуска составляла ?202°C, в то время как на поверхности Титана оказалась немного выше: ?179°C. Согласно интерпретации данных с зонда «Гюйгенс», верхняя часть облаков состоит из метанового льда, а нижняя - из жидких метана и азота. Снимки, сделанные в ходе спуска, показали сложный рельеф со следами действия жидкости (руслами рек и резким контрастом между светлыми и темными участками - «береговой линией»). Однако темный участок, на который спустился «Гюйгенс», оказался твердым. На снимках, полученных с поверхности, видны камни округлой формы размером до 15 см, несущие следы воздействия жидкости (галька). После посадки (скорость зонда в этот момент составляла примерно 4,5 метра в секунду) приборы зонда провели анализ механических свойств грунта. «Гюйгенс» опустился на поверхность, напоминающую влажный песок, или, точнее, ледяную «кашицу» с тонким ледяным «настом».

Участки более светлой «суши» изрезаны напоминающими разветвленную речную дельту каналами - по всей видимости, метановыми или этановыми реками. От относительно более темного «моря» «сушу» отделяет характерная береговая линия. На поверхности видны подвергшиеся эрозии камни - возможно, из льда. 

Анализ химического состава атмосферы показал, что она представляет собой довольно однородную смесь азота и метана, концентрация метана по мере спуска увеличивается. На высоте около 20 км зарегистрированы облака из метана, у самой поверхности - метановый или этановый «туман». Скорость ветров и циркуляцию атмосферы удастся определить после окончательного восстановления траектории спуска зонда - такие данные удалось получить с помощью анализа радиосигналов, передаваемых зондом, наземными радиотелескопами. 

Свет на планете (но не цвет ее поверхности!) - красно-оранжевый. Серия снимков, полученных после посадки, позволила создать фильм из 98 кадров объемом 1,6 МБ, на котором видны неопределенные «артефакты», периодически появляющиеся в поле зрения. С некоторой долей вероятности можно предполагать, что это падающие «снежинки». Один из исследователей NASA увидел на поверхности Титана ледяные камни и метановые реки. На Титане идут метановые дожди. Атмосфера спутника Сатурна состоит из метана и азота. Метан на Титане может существовать в жидком состоянии, в которое он переходит при температуре 179 градусов Цельсия ниже нуля. Испаряясь с поверхности, метан формирует плотную облачность, из которой регулярно выпадают осадки в виде дождя. Они питают многочисленные ручьи, озера и источники, текущие между ледяными возвышенностями. Ученые получают все больше доказательств, чтобы говорить о существовании на Титане атмосферных процессов, аналогичных земным - таких как выпадение осадков, явления эрозии и абразии (разрушение поверхности под воздействием текущей жидкости и ударов волн). Кроме того, полученные спускаемым аппаратом снимки подтверждают наличие в нескольких сантиметрах ниже поверхности жидкого метана. В целом, район посадки зонда «Гюйгенс» напоминает пустынные регионы Земли, в которых водоемы наполняются только после дождя, а затем постепенно высыхают, в то время как жидкий метан просачивается под поверхность. Ученые предполагают, что запасы метана на поверхности Титана должны постоянно возобновляться из какого-то неизвестного источника внутри спутника Сатурна. Что касается дождей, то характер их выпадения, скорее всего, сезонный.

Атмосфера Титана по химическому составу напоминает земную в далеком прошлом. Результаты химического анализа, переданные зондом «Гюйгенс» и аппаратом «Кассини», показывают, что, наряду с метаном, в ней присутствуют аммиак и вода. На Титане значительно холоднее, чем на Земле, и если при «естественной» температуре жидкий и газообразный метан могут сосуществовать, то вода и аммиак попадают в атмосферу только в качестве вулканических выбросов. Водно-аммиачный раствор, содержащий взвесь обоих твердых компонентов, является, основной составляющей «лавы» холодных вулканов Титана.

Неожиданности

Одной из первых неожиданностей стало существование на Титане второго, нижнего, слоя ионосферы, лежащего между 40 и 140 км (максимум электропроводности на высоте 60 км).

Жёлтая метановая дымка, которая так мешает наблюдать поверхность Титана, присутствует в атмосфере на всех высотах, хотя первоначально ожидалось, что ниже 60 км атмосфера будет практически прозрачной.

Полной неожиданностью для учёных оказалось то, что на высоте около 80 км в атмосфере Титана царит практически мёртвый штиль - сюда не проникают ни ветры, дующие ниже 60 км, ни турбулентные движения, наблюдаемые вдвое выше. Причины такого странного замирания движений пока не удаётся объяснить. Основу атмосферы Титана, как и на Земле, составляет азот. Второй по значимости газ - метан (CH4) - занимает место, в чём-то подобное водяному пару в земной атмосфере. А в нижних слоях атмосферы могут даже образовываться метановые облака.

2. Автоматическая станция «Кассини», пополнение новыми данными о наблюдаемом спутнике Титан

Космический аппарат «Кассини» в своем запрограммированном стремлении шпионства за Титаном обнаружил через темный оранжевый туман большие резервуары - озера жидкости на Северном полюсе. Два таких «озера» сравнимы по размерам с некоторыми морями на Земле. Для лучшего понимания естественно-цветовое представление было смешано с инфракрасным изображением и радарным обзором данного участка поверхности луны Сатурна, и в результате ученым удалось увидеть контуры одного из озер Титана. Самое большое выделенное образование по размерам сравнимо с Каспийским морем. Ученые и ранее предполагали наличие морей из находящихся в жидком состоянии углеводородных соединений на Титане, однако, в объективы камер «Кассини» попадали лишь скопления небольших озер из метана и этана. Теперь же ученые говорят о наличии по меньшей мере двух морей у Северного полюса Титана. Одно из них достигает в длину более тысячи километров и напоминает очертаниями Каспийское море. Исследователи теперь пытаются понять, почему озера и моря из углеводородов концентрируются у полюсов спутника. Вместе с тем, теперь можно с большей уверенностью утверждать, что обнаруженное два года назад у Южного полюса Титана наполнено жидкостью, а не является высохшим дном какого-то бассейна, содержавшего жидкость.

2.1 Титан в разрезе

«Кассини» помог ученым «заглянуть» в недра крупнейшего спутника Сатурна. Отслеживая движение аппарата в гравитационном поле Титана при четырех близких пролетах, удалось построить профиль плотности вещества под поверхностью спутника.

Определив среднюю плотность Титана во время пролетов ученые установили, что Титан состоит примерно поровну из силикатных пород и льда, однако судить о распределении этих компонентов по глубине можно было только после гравитационного зондирования. Построить гравитационный профиль Титана удалось, отслеживая по допплеровскому смещению радиосигнала малейшие изменения скорости аппарата в направлении «Кассини» - Земля. Верхний слой, до глубины 500 км, - это практически чистый лед без вкраплений камней, а вот внутренности Титана представляют собой «творог с изюмом», - иначе говоря, силикатные породы, перемешанные со льдом в разных пропорциях. Судя по всему, эти области никогда не подвергались достаточному нагреву для того, чтобы каменная фракция осела к центру и сформировала тяжелое ядро. Гравитационное зондирование Титана пока не дало ответа на вопрос, есть ли под его ледяной поверхностью жидкий океан, но это и представляется весьма вероятным. Поэтому новая цель ученых - обнаружение приливов в теле Титана, вызванных Сатурном. 

2.2 «Драгоценные» камни Титана

Судя по радиолокационным данным, переданным «Кассини», внезапный паводок проложил новые речные русла в регионе Ксанаду на Титане. Интересно, что на радарных снимках русел ученые обнаружили странные отполированные камни размером от нескольких сантиметров до двух метров, похожие на земную гальку или валуны. Исследователи полагают, что часть отполированных камней состоит из воды с примесями аммиака. Проще говоря - они ледяные! При температуре на поверхности Титана -180°С лед становится весьма прочным. 

Камни Титана ученые впервые увидели в январе 2005 г., когда их сфотографировал совершивший посадку на спутнике европейский зонд «Гюйгенс». Однако тогда не удалось точно установить размер образований и их природу. Благодаря новым данным «Кассини», удалось выяснить, что галька и валуны образовалась так же, как и на Земле - камни были обкатаны. Но не водой, а жидкостью, которая наполняет реки и озера Титана.

Прежде ученые предполагали, что по спутнику Сатурна течет смесь только двух углеводородов - метана и этана. (На Земле эти вещества входят в состав природного газа.) Но недавно удалось установить, что «гидросфера» Титана на 75% состоит из этана, порядка 5-10% приходится на метан и пропан, 2-3% - на синильную кислоту, остальное - бутан, бутилен и ацетилен.

2.3 Загадка дюн разгадана

После обработки данных, переданных посадочным аппаратом «Гюйгенс», ученые построили модель циркуляции ветров на Титане. 

Исходя из известных принципов климатологии, ветры на поверхности спутника должны дуть с востока на запад. Но в 2005 г. «Кассини» прислал первые снимки дюн Титана - и, судя по их форме, ветра на главном спутнике Сатурна дули ровно в противоположном направлении - с запада на восток. 

В июле 2010 г. группа под руководством Тецуя Токано попыталась объяснить этот парадокс - ученые предположили, что перемена направления ветров связана с сезонными изменениями на Титане. Есть периоды продолжительностью примерно в два земных года, когда мощные порывы западного ветра пересиливают постоянные ветры с востока. 

Дюны на Титане зафиксированы в полосе вблизи экватора - не далее 30° широты. Они достигают ширины около километра, длина их составляет сотни километров, а высота доходит до ста метров. Отметим, что «песок» на поверхности Титана имеет иную природу, нежели земные силикаты - это органические вещества, углеводороды.

Склоны дюн поднимаются по направлению с запада на восток, почти перпендикулярно линии экватора. Современная модель атмосферных ветров на Титане предполагает, что ближе к полярным областям они дуют стабильно с запада на восток, а в районе экватора - наоборот, с востока. 

К этой модели Токано и его команда добавили новые данные о топографии, форме и гравитации спутника, полученные зондом «Кассини». Кроме того, они внимательнее отнеслись к изменениям в направлении ветров в течение года - и периоды местного равноденствия оказались крайне интересными! 

Цикл времен года на Титане продолжается 29 земных лет, и в течение этого периода бывает два равноденствия. В это время Солнце стоит почти точно над экватором спутника, сильнее разогревая его атмосферу. Это и создает в ней временные турбулентные завихрения, которые приводят к появлению ветров нестандартного направления. Сходное явление наблюдается и на Земле, над Индийским океаном, где ветра в период муссонов также меняют направление на противоположное. 

«Обратные» ветры Титана развивают скорость 1.0-1.8 м/с; подобной скорости обычные ветры никогда не достигают. Естественно, именно они становятся определяющими при образовании формы местных дюн. И снова есть аналог на Земле - в пустыне африканской Намибии именно краткие, но сильные порывы ветра, а не более стабильные и слабые потоки, определяют форму барханов…

спутник титан планета зонд

2.4 Весенние облака Титана

В северное полушарие Титана пришла весна. Небо на полюсах очистилось следом за равноденствием, которое произошло здесь в августе 2009 г. Поверхность Титана очень холодна - всего 94 К - и на ней нет воды в жидком виде, но эта луна может считаться «сестрой» Земли, потому что покрыта органическим материалом, а ее атмосфера напоминает раннюю Землю. У Титана, как и у Земли, есть гидрологический цикл, хотя вместо воды в нем метан и этан. 

Как известно, сезон на Сатурне и Титане длится 7 земных лет. Учёные наблюдали серьезные атмосферные изменения между июлем 2004 г. (начало лета в южном полушарии) и апрелем 2010 г. (самое начало весны в северном полушарии). Снимки показали, что до 2008 г. оба полюса были закрыты плотной облачностью, но после этого облачная активность у обоих полюсов Титана снизилась. За шесть лет наблюдений ученые выявили три области концентрации облачности на Титане: большие облака собирались на северном полюсе, рассеянные - около южного, и существовал еще узкий пояс облаков на 40°ю.ш. «Сейчас мы видим доказательство сезонной циркуляции облаков на Титане - облака на южном полюсе совершенно исчезли непосредственно перед равноденствием, а на северном они становятся все тоньше, - говорит Родригес. - Это согласуется с предсказаниями теоретических моделей. Мы ожидаем увидеть обратную картину облачной активности в течение следующего десятилетия по мере приближения зимы в южном полушарии».

2.5 Низкотемпературные вулканы

Совершенно неожиданно в атмосфере Титана был найден изотоп Аргон-40. Это свидетельство вулканической деятельности на спутнике. Причём извергается здесь не горячая лава, как на Земле, а холодный водяной лёд и аммиак. Таким образом, Титан активен, но активность эта похожа на земную лишь общими принципами, но не химией. Вместо воды там жидкий метан, вместо скал и даже горных хребтов - водяной лёд, вместо грязи - «органическая сажа», вместо вулканической лавы - аммиак и вода. Криовулканы - это вулканы, существующие в условиях крайне низких температур. Во время извержения они выбрасывают не расплавленные горные породы, а воду, аммиак и соединения метана - как в жидком, так и в газообразном состоянии. Впрочем, некоторые криовулканы менее похожи на «обычные» земные вулканы. Например, «тигровые полосы» на поверхности Энцелада - это длинные щели в твердом покрове, из которых фонтанирует вода с частицами льда.

Наличие криовулканов на Титане является предметом бурных дискуссий - часть ученых считает, что найденные структуры могут быть отложениями местных рек. Однако для района Сотра криовулканизм является наилучшим объяснением - ведь там обнаружены два пика высотой более 1000 м с глубокими - около 1500 м - вулканическими кратерами и пальцевидными потоками. 

Учёные проанализировали снимки, сделанные радаром зонда «Кассини», и на их основе создали трехмерную карту района факела Сотра. В свою очередь, данные оптического и инфракрасного спектрометра VIMS показали, что вещество потоков отличается по составу от окружающей поверхности. В данный момент у ученых нет информации о текущей вулканической активности в районе Сотра, но они собираются внимательно наблюдать за этой областью.

Заключение

В завершении можно отметить, что как много научному миру предстоит узнать нового для получения истинной полноценной картины происходящего, специалисты отмечают, что данных, собранных на Титане за несколько часов работы зонда, хватит на годы анализа.

Размещено на Allbest.ru