Реферат: Исследования Титана
Извилистые каналы восточной части Ксанаду заканчиваются на тёмной равнине, где дюны (встречающиеся в изобилии в других местах), как кажется, отсутствуют.
Имеются и темные области схожих размеров, опоясывающие спутник по экватору, которые поначалу идентифицировались как метановые моря. Радарные исследования, однако, показали, что темные экваториальные регионы повсеместно покрыты длинными параллельными рядами дюн, вытянутых в направлении преобладающих ветров (с запада на восток) - т.н. "кошачьи царапины". Лишь в некоторых местах зафиксированы участки ровной (возможно жидкой) поверхности, по площади соответствующие скорее озерам, чем морям. Темный цвет низменностей объясняется скоплением частиц углеводородной "пыли", выпадающей из верхних слоев атмосферы и смываемой метановыми ливнями с возвышенностей.
Таким образом, сегодня в результате исследований ученые не отрицают даже возможности наличия на Титане хотя бы каких-то органических процессов, схожих с происходившими миллиарды лет назад на Земле, еще до этапа зарождения на ней жизни. Звучит как фантастика, но нередко бывает, что реальность оказывается удивительнее любых вымыслов. Удалось уточнить и состав верхнего слоя атмосферы Титана: в ней обнаружены сложные органические молекулы бензола, диацетилена и пропана. Определены были и необходимые для успешного десанта данные по скорости ветра в атмосфере Титана. Она составляет от 15 до 35 метров в секунду, а это, учитывая плотность (в 1,6 раза больше земной) газовой оболочки гигантского спутника Сатурна, считается достаточно крепким ветром.
В июне 2005 "Кассини" обнаружил гораздо более тёмное образование с очень чёткими границами, которое находится в регионе с очень мощными (возможно "ливневыми") облаками и которое может быть идентифицировано как действительно жидкое озеро. По размеру и форме оно схоже с озером Онтарио, поэтому и было названо Lacus Ontario. Пока не ясно - жидкость там, или тёмное высохшее дно, покрытое осадочным слоем. По некоторым признакам, активная "работа" углеводородных жидкостей на поверхности Титана (дожди или бьющие из-под поверхности ключи, ручьи и реки) носит сезонный характер. Дальнейшее изучение озера должно раскрыть его загадку.
Уже в июле 2006 года "Кассини" обнаружил дюжину озёр размером до 110 километров. Некоторые из них объединены между собой каналами, тогда как другие, отдельные, пополняются реками. Несколько из них оказались сухими (как и полагали учёные раньше), но некоторые - наполнены жидкостью, по-видимому, смесью метана и этана.
Некоторые озёра, вероятно, не всегда остаются сухими, а периодически наполняются во время углеводородных дождей. Однако новые данные пока так и не смогли уверенно ответить на вопрос - каков источник этих веществ.
Гигантское облако, размером в половину США, было заснято аппаратом "Кассини" в декабре 2006 г. Облако может состоять из того же материала, что и озера, обнаруженные ранее.
Закрытое зимней тенью, только сейчас облако стало видно для фотокамер. Тем самым мы можем видеть, как на Титане зима сменяется весной. Облако простирается до 60 гр. с.ш., и составляет примерно 2400 километров в диаметре, почти поглотившее весь северный полюс спутника.
Новое изображение было получено 29 декабря 2006 года, при помощи VIMS (visual and infrared mapping spectrometer). Научные модели предсказывали такое облако, но впервые оно было заснято с таким высоким разрешением.
Представление о Титане после полета аппарата "Кассини-Гюйгенс"
Титан выглядит как странное и не похожее на Землю место. Но что удивительно, имеет такие знакомые геологам понятия, как горы, озера и свой собственный климатический цикл. Из всех объектов Солнечной системы только на Земля есть все это. Поэтому три группы ученых-геологов заинтересованы в изучении Титана: планетологи, океанографы и климатологи.
Если вместо Луны поместить Титан (размышления) то ночь сменится на день. У Титана в 2 раза больше отражающая способность и диаметр больше на половину. Таким образом спутник Сатурна способен пролить в 5 раз больше света, чем наша собственная Луна. Но мы бы не увидели привычный ландшафт, Титан выглядел бы почти пустым, как Венера, из-за плотной собственной атмосферы.
Атмосфера состоит в основном из азота с большой примесью метана. Хотя сила тяжести и меньше, чем на Луна, давление на поверхности в 1.5 раза больше земного. По всей видимости Титан получает все эти газы из своих недр.
Строение Титана: каменистое ядро , покрытое толстым слоем льда, типично для холодных тел Солнечной системы. Лед, как предполагают, метановый (СН4), также с примесями аммиака (NH 3). Ультрафиолет разрушает молекулу аммиака, высвобождая водород, который испаряется в открытый космос, а в атмосфере остается азот в газообразном состоянии(N2), основная часть нашего воздуха.
Но молекулы метана способны соединяться и образовывать такие сложные соединения как этан, этилен, ацетилен и другие тяжелые углеводороды. Ранее предполагалось, что доминирующей составляющей Титана является этан и другие его соединения. До полета "Кассини" учеными была построена климатическая модель этого загадочного спутника. Образования этана медленно выпадают в виде дождя и, вероятно, формируют темное "смолянистое" побережье из углеводородного ила на Титанической суше. Этан остается жидким при очень низкой температуре, -180 по Цельсию. Мы можем вообразить картину этанового дождя, выпадающего на поверхность Титана, в результате которого формируется множество потоков, а далее озера и моря. А вот твердые химические соединения, ацетилен и его полимеры, могли бы плавать в этане как лед в воде. Некоторые смелые ученые выдвигали идею этанового океана на поверхности Титана. Это крайнее предположение было отброшено при первых радарных снимках, которые показали, что поверхность неоднородна.
Но до приземления "Гюйгенса" и анализа данных громографического газового масс-спектрометра (GCMS) казалось вероятным присутствие жидкого этана, как главного компонента Титана. Теперь эта гипотеза кажется маловероятной, обработанные данные показали, что это не этан, а метан. И действительно при приземлении "Гюйгенса" был зарегистрирован скачок обилия метана, который означал выброс этого газа предположительно в результате испарения жидкого метана с поверхности или предповерхностных слоев при нагреве вблизи горячего впускного отверстия прибора GCMS. Это приблизительно 30-% увеличение метана наблюдалось около часа, а затем несколько уменьшилось к концу сеанса. Содержание азота при этом осталось тем же.
К сожалению, при приземлении "Гюйгенса" не было обнаружено никаких доказательств существования жидкости на Титане. Но на изображениях, полученных в камеры лэндера, были замечены формирования похожие на русла рек, каналы и овраги. Ученые предполагают, что "Гюйгенс" застал сухой период Титана. Вероятно, каналы были прорезаны ранее жидким метаном.
Так же на поверхности были зарегистрированы следы присутствия HCN, C2H2 и прочих углеводородных соединений, из которых самым сложным оказался бензол, - все они были обнаружены в стратосфере Титана, где они образуются в результате фотохимических реакций. Пока не обнаружены более сложные соединения, но это не означает, что их нет. Анализ данных продолжается.
Чувствительные датчики показали, что поверхность Титана по плотности похожа на земной морской песок. Вернее даже сказать, "грязь" или "ил". Эта "грязь" должна состоять из уплотненных органических аэрозолей, выпадающих в виде осадков из атмосферы, на которых естественным образом конденсируются молекулы метана. Это модель согласуется с впрыском метана, обнаруженным GCMS. Она также объясняет присутствие бензола и других химических соединений вблизи поверхности Титана, которые, видимо, испарились из почвы при контакте с нагретым при посадке впускным клапаном спектрометра.
Радиоэхо сигнала от поверхности Титана по казало, что существуют темные области, в которых возможно и содержится жидкий метан. Уже при первом же облете Кассини обнаружил очень небольшие темные области недалеко от экватора, которые могли быть озерами. На Ксанаду, куда приземлился Гюйгенс, были видны темные области между горными хребтами, возможно образованные жидким метаном. Но ученые утверждают, что образование у северного полюса "по своей форме и свойствам сильно отличаются, от найденных ранее, и наталкивают на мысль, что они заполнены жидкостью. Возможно, это первые свидетельства жидких метановых озер на Титане".
Гигантское облако, размером в половину США, было замечено аппаратом "Кассини" при очередном облете Титана. Облако может состоять из того же материала (предположительно метана), что и озера, обнаруженные "Кассини" ранее. Наземные наблюдения показывают, что облака на Титане появляются сезонно. Один сезон на Титане длится около семи лет на Земле. Основываясь на модели глобальной циркуляции, похоже, что активность таких облаков может длиться около 25 земных лет и почти исчезает за четыре - пять лет, и так далее. На самом деле метан на Титане, скорее всего, играет туже роль, что и вода на Земле, и проходит круговорот: осадки, сбор на поверхности, испарение, конденсация, осадки.
Удивительным оказалось отсутствие тяжелых благородных газов: аргона, криптона, ксенона. Эти газы есть в атмосфере в атмосфере Венеры, Земли, Марса, Юпитера и были обнаружены на метеоритах. Как показывают эксперименты, они могут захватываться при образовании льда либо путем абсорбции при температурах ниже 100К, либо в виде клатратов (т.е. вкраплений) гидратов, если лед образуется в кристаллическое состояние при более высоких температурах, а затем остывает до температур при которых клатраты устойчивы. Титан имеет азотную атмосферу, которая в расчете на 1г вещества планеты в 0 раз массивнее земной. Отсутствие первичных инертных газов говорит о том, что азот образовался из таких молекул как NH3, а не из N2. Причина в том, что захват молекул N2 твердыми частицами, из которых состоит лед Титана, сопровождался захватом тяжелых инертных газов. Напротив, соединения типа NH3 должны были испарится и в результате их фотодиссоциации образоваться N2. Существующие верхние пределы Xe\N намного ниже земных, которые в свою очередь ниже значения на Солнце. В чем же тут дело? Объяснение состоит в том, что платезимали Титана формировались при температуре > 75 K, и в этом случае благородные газы не захватывались бы в форме клатратов. Точно также не захватывались бы молекулы CH4 и CO, а молекулы CO2 и NH3 сконденсировались бы вместе с H2O. В таком случае молекулы CH4 могли бы образовываться внутри твердых частиц, поскольку свободный водород может выделяться из пород в результате серпентизации воды, а углерод может взаимодействовать с водородом путем реакции Фишера- Тропша и в результате редукции карбонов. Метан также частично мог бы образоваться при нагреве макромолекулярного углерода, оставшегося на Титане от платезималей, из которых он сформировался. CO мог бы образовываться при взаимодействии молекул OH и CH4. К тому же был зарегистрирован изотоп Ar40, что согласовывается с наземными наблюдениями (радиоактивный распад K40).предположительно, изотоп Ar40 высвобождается из-под толщи калиевых скал Титана). Возобновление источника метана и присутствие изотопа Ar40 означает, что на Титане сохраняется геологическая активность.
На Земле метан образуется в результате биологических или геологических процессов. Изучая показания приборов зонда "Гюйгенс. Если бы озера Титана были единственным источником метана, этот газ исчез бы из атмосферы путем распада в верхних слоях атмосферы спутника Сатурна в течение 100 млн. лет, что, учитывая возраст Титана, 4,5 млрд. лет, - совсем небольшой срок.
Доктор Хассо Нейманн (Hasso Niemann) из центра космических полетов имени Годдарда, вместе с коллегами изучил показания газового хроматографа и масс-спектрометра (GCMS), установленного на зонде "Гюйгенс", чтобы проверить биологическую версию происхождения метана. Углерод в молекулах метана присутствует в виде изотопов 12С и 13С. В молекулах живых организмов наблюдается главным образом изотоп 12С - следовательно, его присутствие в молекулах метана могло бы свидетельствовать о существовании жизни на Титане. Но изотоп 12С не был обнаружен в метане, содержащемся в атмосфере спутника Сатурна.
К тому же, в 2005 году аппарат "Кассини" обнаружил на Титане первый крио-вулкан. На снимках, сделанных в инфракрасных лучах сквозь плотный слой облаков, разглядели темное куполообразное образование диаметром около 30 километров, поверхность которого покрыта замерзшим метаном. Еще одно доказательство, что Титан геологически жив, и что метан поступает из недр спутника.
Моря на Титане
Во время очередного пролета над спутником Сатурна Титаном зонд "Кассини" получил радарные изображение образований, скорее всего являющихся метановыми водоемами. Крупнейший из этих "водоемов", заполненные не водой, а жидкими этаном и метаном, располагается в околополярной области. Этот "водоем" больше любого из земных пресноводных озер и имеет площадь около 100 000 квадратных километров. К примеру, самое крупное пресноводное озеро Земли, озеро Верхнее, имеет площадь в 82 400 квадратных километров.