Обитаем ли Титан? Спутник Сатурна. Спутники Сатурна: Титан, Рея, Япет, Диона, Тефия Спутник с собственной плотной атмосферой

Второй по величине в Солнечной системе после Ганимеда (Юпитер). По своему строению данное тело очень похоже на Землю. Атмосфера его также имеет сходство с нашей, а в 2008 году на Титане был обнаружен крупный подземный океан. По этой причине многие ученые предполагают, что именно этот спутник Сатурна станет в будущем обителью человечества.

Титан - спутник, который имеет массу, равную приблизительно 95 процентам массы всех Сатурн. Сила тяжести составляет примерно седьмую часть от на Земле. Это единственный спутник в нашей системе, который обладает плотной атмосферой. Исследование поверхности Титана затруднено из-за густого облачного слоя. Температура составляет минус 170-180 градусов, а давление у поверхности в 1,5 раза выше, чем у Земли.

Есть на Титане озера, реки и моря из этана и метана, а также высокие горы, которые состоят в основном изо льда. По предположениям некоторых ученых, вокруг каменного ядра, которое в диаметре достигает 3400 километра, есть несколько ледяных слоев с различными типами кристаллизации, а также, возможно, один слой из жидкости.

В ходе исследований на Титане был обнаружен огромный углеводородный бассейн - море Кракена. Его площадь составляет 400 050 квадратных километров. Согласно компьютерным расчетам и снимкам, сделанным с космического аппарата, состав жидкости во всех озерах приблизительно такой: этан (около 79 %), пропан (7-8 %), метан (5-10 %), водорода цианид (2-3 %), ацетилен, бутан, бутен (около 1 %). Согласно другим теориям, основными веществами являются метан и этан.

Титан - спутник, атмосфера которого в толщину достигает примерно 400 километров. Она содержит слои углеводородного “смога”. По этой причине поверхность данного небесного тела невозможно наблюдать при помощи телескопа.

Планета Титан получает очень мало энергии Солнца для обеспечения динамики процессов в атмосфере. Ученые высказали мнение, что энергию для перемещения атмосферных масс обеспечивает сильное приливное воздействие планеты Сатурн.

Вращение и орбита

Радиус орбиты Титана составляет 1221870 километров. За ее пределами нахдятся такие спутники Сатурна, как Гиперион и Япет, а внутри - Мимас, Тефия, Диона, Энцелад. Орбита Титана проходит вне

Полный оборот вокруг своей планеты Титан-спутник делает за пятнадцать дней, двадцать два часа и сорок одну минуту. Скорость движения по орбите равна 5,57 километрам в секунду.

Как и многие другие, спутник Титан относительно Сатурна вращается синхронно. Это означает, что время вращения его вокруг планеты и вокруг своей оси совпадают, в результате чего Титан всегда повернут одной стороной к Сатурну, поэтому на поверхности спутника есть точка, в которой Сатурн всегда представляется висящим в зените.

Наклон оси вращения Сатурна обеспечивает на самой планете и ее спутниках. Например, последнее лето на Титане закончилось в 2009 году. При этом длительность каждого сезона составляет примерно семь с половиной лет, так как полный оборот вокруг звезды Солнце планета Сатурн делает за тридцать лет.

Три взгляда на Титан спутник Сатурна космического аппарата Кассини. Слева: в натуральных цветах, создано из изображений, сделанных с помощью трех фильтров, чувствительных к красному, зеленому и фиолетовому свету. Примерно так Титан будет выглядеть для человеческого глаза. Центр: снимок в ближнем инфракрасном спектре, показывающий поверхность. Справа: композиция с ложным цветом из одного видимого изображения и двух инфракрасных. Зеленые области проявляются там, где Кассини мог видеть поверхность; красный цвет представляет собой области, расположенные в стратосфере Титана. Получено 16 апреля 2005 года на расстояниях от 168 200 до 173 000 км. Источник: NASA / JPL.

Фото Титана от Вояджера 2, сделанное 23 августа 1981 года, с расстояния 2,3 миллиона км. Южное полушарие кажется светлее, на экваторе видна четко полоса, а на северном полюсе — темный воротник. Все эти полосы связаны с циркуляцией облаков в атмосфере Титана. Источник: NASA / JPL.

Сравнение размеров Земли и Титана

.

Это вторая по величине луна в Солнечной системе после . Титан больше, чем планета Меркурий по размерам, но наполовину меньше по массе. Это единственная луна в Солнечной системе, которая имеет плотную атмосферу. Она в 10 раз мощнее Земной, с поверхностным давлением на 60% больше. До прибытия на орбиту вокруг Сатурна космического корабля Кассини в 2004 году мало что было известно о поверхности Титана из-за наличия оранжевой дымки в его атмосфере.

Открытие Титана и присвоение имени

Титан был обнаружен голландским ученым Кристианом Гюйгенсом 25 марта 1655 года и был первой луной, найденной с помощью телескопа после четырех галилеевых спутников . Гюйгенс называл его просто Луной Сатурна . Однако, в соответствии с обычаем того времени, он не объявил о своем открытии. Вместо этого он замаскировал новость в виде анаграммы. При этом используя стих поэта Овидия «Admovere Oculis Distantia Sidera Nostris». Он вытравил их вокруг края объектива телескопа, который использовал Гюйгенс. Декодированная и переведенная, анаграмма гласит: «Луна вращается вокруг Сатурна каждые 16 дней и 4 часа». Это значение очень близко к современной оценке орбитального периода Титана.

Ученый Джон Гершель предложил дать луне имя «Титан» в своей публикации 1847 года «Результаты астрономических наблюдений, сделанных на мысе Доброй Надежды». В греческой мифологии титаны были братьями и сестрами Кроноса, греческим эквивалентом римского бога Сатурна. В той же публикации Гершель назвал шесть других спутников Сатурна.

Атмосфера Титана

О возможности существования атмосферы вокруг Титана впервые заговорили в 1903 году. Тогда испанский астроном Хосе Комас Сола заметил, что диск Титана кажется более ярким в своем центре, чем у его краев. Существование атмосферы было подтверждено в 1944 году Джерардом Койпером в Чикагском университете. Он определил присутствие метана в спектре Титана.

Дальнейшие наблюдения, сделанные в частности, с помощью зондов Вояджер, которые пролетали в тех краях в 1980 и 1981 годах, а в последующем и зонда Кассини-Гюйгенс, показали, что атмосфера Титана состоит на 98,4% из азота и на 1,6% из метана, с небольшим количеством других газов, включая различные углеводороды (такие как этан, диацетилен, метилацетилен, цианоацетилен, ацетилен и пропан), аргон, диоксид углерода, монооксид углерода, цианоген , цианид водород и гелий. Кроме , Титан единственный в Солнечной системе обладает плотной атмосферой, богатой азотом.

Считается, что углеводороды образуются в верхней атмосфере Титана из-за реакций, связанных с распадом метана под воздействием ультрафиолетового света и космических лучей. Эта органическая фотохимия создает оранжевую дымку, наиболее плотную на высоте около 300 километров (200 миль), которая закрывает от наблюдения поверхность на видимых длинах волн, а также отражает значительное количество инфракрасного излучения в космос, что приводит к «анти-парниковому эффекту».

Холодный мир

Титан — одно из двух известных космических тел (другое — Плутон), температура поверхности которого ниже (примерно на 10K), чем была бы при отсутствии атмосферы. Атмосфера Титана имеет много разнообразных органических материалов. Это является одной из причин, по которым Титаном интересуются астробиологи.

Человек, находящийся на поверхности Титана в течение дня, испытал бы только одну тысячную яркость дневного света, имеющегося на поверхности Земли. Это сравнение учитывает не только толщину атмосферы, но и большее расстояние Титана от Солнца. Тем не менее уровень света на поверхности Титана в 350 раз выше, чем яркость света на Земле под полной Луной.

Количество метана в атмосфере Титана должно постоянно истощаться. Поэтому на поверхности должен быть некоторый механизм, который его пополняет. Одно из объяснений заключается в том, что Титан имеет действующие вулканы, которые выделяют метан.

Поверхность Титана

До прибытия зонда Кассини-Гюйгенса в июне 2004 года инфракрасные наблюдения космического телескопа Хаббл предоставили карту ярких и темных областей на Титане, но характер этих особенностей оставался неопределенным. Предполагалось, что океаны или озера жидкого этана могут покрывать большую часть поверхности спутника, и что жидкий метан может выпадать здесь в виде дождя. Согласно другой модели, яркие районы, которые были замечены Хабблом, могут быть водными льдами. Они лежат в низинах и затемнены твердыми и жидкими органическими молекулами.

Более подробная и точная картина Титана начала появляться благодаря изображениям и другим данным, отправленными АМС Кассини-Гюйгенс. Во время своего первого облета Титана Кассини показал метановые облака и гигантский ударный кратер. Наиболее заметной особенностью была яркая область в виде кучевого облака около южного полюса. Она имеет размер около 450 километров в поперечнике и около 15 километров в высоту. Измерения, полученные от космического аппарата дали возможность предположить, что облака, вероятно, состоят из углеводородов и могут быть связаны с поверхностными особенностями. Кассини показал, что некоторые изменения в яркости поверхности были круговыми, а другие — линейными. На южном полюсе также было обнаружено несколько концентрических объектов.

Миссия Кассини-Гюйгенс

Мозаика из девяти картин, сделанных когда Кассини пролетал мимо Титана 26 октября 2004 года, дала астрономам один из самых подробных видов полного диска спутников. Особенности поверхности Титана наиболее ярки в центре диска, где зонд имел под собой наименьшую атмосферу. Не было обнаружено видимых кратеров, из чего следует, что спутник, вероятно, имеет молодую поверхность, которая постоянно обновляется. Астрономы до сих пор не уверены, вызваны ли узоры на поверхности Титана извержениями вулканов. Или они происходят от смещения скал ветром, пылью или даже реками жидких углеводородов.

14 января 2005 года зонд Гюйгенс успешно спустился на парашюте и опустился на поверхность Титана, передав великолепные снимки как во время спуска, так и с поверхности.

Титан – самый большой спутник Сатурна и второй по величине Солнечной системы: фото, размер, масса, атмосфера, название, метановые озера, исследование Кассини.

Титаны повелевали Землей и стали прародителями олимпийских богов. Именно поэтому крупнейший спутник Сатурна назвали Титаном. Занимает 2-е место по величине в системе и превышает по объему Меркурий.

Титан – единственный спутник Сатурна, наделенный плотным атмосферным слоем, что долгое время мешало изучить поверхностные особенности. Сейчас располагаем доказательствами наличия жидкости на поверхности.

Обнаружение и имя спутника Титан

В 1655 году Христиан Гюйгенс заметил спутник. На это открытие его вдохновили находки Галилея возле Юпитера. Поэтому в 1650-х гг. он занялся разработкой своего телескопа. Сначала его называли просто Спутник Сатурна. Но позже Джованни Кассини найдет еще 4, поэтому его именовали по позиции – Сатурн IV.

Современное наименование досталось от Джона Гершеля в 1847 году. В 1907 году Хосел Комас Сола отслеживал потемнение Титана. Это эффект, когда центральная часть планеты или звезды кажется намного ярче края. Это стало первым сигналом к обнаружению атмосферы на спутнике. В 1944 году Джерард Койпер применил спектроскопический прибор и нашел метановую атмосферу.

Размер, масса и орбита спутника Титан

Радиус – 2576 км (0.404 земного), а масса спутника Титана – 1.345 х 10 23 кг (0.0255 от земной). Средняя удаленность составляет 1 221 870 км. Но эксцентриситет в 0.0288 и наклон орбитальной плоскости в 0.378 градуса привели к тому, что спутник приближается на 1 186 680 км и отдаляется на 1 257 060 км. Выше представлено фото, где сравниваются размер Титана, Земли и Луны.

Таким образом вы узнали, спутником какой планеты является Титан.

На орбитальный пролет Титан тратит 15 дней и 22 часов. Орбитальный и осевой периоды синхроничны, поэтому пребывает в гравитационном блоке (повернут к планете одной стороной).

Состав и поверхность спутника Титан

Титан отличается большей плотностью из-за гравитационного сжатия. Его показатель в 1.88 г/см 3 намекает на равное соотношение водяного льда и каменистого материала. Внутри делится на слои со скалистым ядром, охватывающим 3400 км. Исследование Кассини в 2005 году намекнуло на возможное присутствие подземного океана.

Полагают, что жидкость Титана состоит из воды и аммиака, что позволяет фиксировать жидкое состояние даже при температурной отметке в -97°С.

Поверхностный слой считается относительно молодым (от 100 млн до 1 млрд. лет) и выглядит гладким с ударными кратерами. Высота меняется на 150 м, но может достигать и 1 км. Считается, что на это повлияли геологические процессы. К примеру, на южной стороне сформировался горный хребет с протяжностью в 150 км, шириной – 30 км и высотой – 1.5 км. Заполнен ледяным материалом и слоем метанового снега.

Патера Сотра – горная цепь, вытягивающаяся в высоту на 1000-1500 м. Некоторые вершины наделены кратерами и кажется, что у основания скопились замороженные лавовые потоки. Если на Титане есть активные вулканы, то они спровоцированы поступающей от радиоактивного распада энергии.

Некоторые считают, что перед нами геологически мертвое место, а поверхность создалась из-за кратерных ударов, потоками жидкости и ветровой эрозии. Тогда метан поступает не из вулканов, а выделяется из холодного лунного интерьера.

Среди кратеров спутника Титана выделяется 440-километровый двухзонный ударный бассейн Минерва. Его легко найти по темному узору. Также есть Синлап (60 км) и Кса (30 км). Радарный обзор сумел отыскать кратерные формы. Среди них 90-километровое кольцо Гуабонито.

Ученые теоретизировали о наличии криовулканов, но пока на это намекают лишь поверхностные структуры с протяжностью в 200 м, которые смахивают на лавовые потоки.

Каналы могут намекать на тектоническую активность, а значит перед нами молодые формирования. Или же это старая местность. Можно отыскать темные участки, являющиеся пятнами водяного льда и органических соединений, показывающихся в УФ-обзор.

Метановые озера спутника Титан

Спутник Сатурна Титан привлекает внимание своими углеводородными морями, метановыми озерами и прочими углеводородными соединениями. Многие из них отмечены возле полярных участков. Одно по площади охватывает 15000 км 2 , а глубина – 7 м.

Но крупнейшее – Кракен на северном полюсе. Площадь – 400000 км 2 , а глубина – 160 м. Удалось даже отметить небольшие капиллярные волны с высотой в 1.5 см и скоростью – 0.7 м/с.

Есть также море Лигеи, расположенное ближе к северному полюсу. По площади охватывает 126000 км 2 . Именно здесь в 2013 году НАСА впервые заметили загадочный объект – Волшебный остров. Позже он исчезнет, а в 2014-м снова появится уже в другой форме. Полагают, что это сезонная особенность, создаваемая поднимающимися пузырьками.

В основном озера концентрируются возле полюсов, но на экваториальной линии также найдены подобные формирования. В целом анализ показывает, что озера охватывают лишь несколько процентов поверхности, из-за чего Титан намного засушливее нашей планеты Земля.

Атмосфера спутника Титан

Титан пока единственный спутник в Солнечной системе, обладающий плотным слоем атмосферы с примечательным объемом азота. Более того, он даже превосходит земную плотность с давлением в 1.469 кПа.

Представлена непрозрачной дымкой, блокирующей поступающий солнечный свет (напоминает Венеру). Лунная гравитация низкая, поэтому атмосфера намного больше земной. Стратосфера заполнена азотом (98.4%), метаном (1.6%) и водородом (0.1%-0.2%).

В составе атмосферы Титана присутствуют следы углеводородов, вроде этана, ацетилена, диацетилена, пропана и метилацетилена. Полагают, что они формируются в верхних слоях из-за распада метана УФ-лучами, что создает густой смог оранжевого окраса.

Поверхностная температура достигает -179.2°С, потому что, по сравнению с нами, луна получает всего 1% солнечного тепла. При этом лед наделен низким давлением. Если бы не парниковый эффект от метана, то на Титане было бы гораздо прохладнее.

Против парникового эффекта срабатывает туман, отражающий солнечный свет. Симуляции показали, что на спутнике могут появиться сложные органические молекулы.

Горячие планетные короны

Астроном Валерий Шематович об изучении газовых оболочек планет, горячих частицах в атмосфере и открытиях на Титане:

Обитаемость спутника Титан

Титан воспринимается в качестве пробиатической среды, обладающей сложной органической химией и возможным подповерхностным океаном в жидком состоянии. Модели показывают, что добавление УФ-лучей в такой обстановке может привести к формированию сложных молекул и веществ, вроде толинов. А добавление энергии вызывает даже 5 нуклеотидных оснований.

Многие считают, что на спутнике присутствует достаточное количество органического материала, чтобы активировать процесс химической эволюции аналогичной земной. Это требует наличия воды, но жизнь могла бы сохраняться в подповерхностном океане. То есть, на спутнике Сатурна Титане способна появиться жизнь.

Такие формы должны уметь выживать в экстремальных условиях. Все зависит от теплообмена между внутренним и верхним слоями. Не исключают присутствие жизни и в метановых озерах.

Чтобы проверить гипотезу, создали несколько моделей. Атмосферная показывает, что в верхнем слое находится большой объем молекулярного водорода, который исчезает ближе к поверхности. Низкие уровни ацителена также указывают на потребляющие углеводород организмы.

В 2015 году исследователи даже создали клеточную мембрану, способную функционировать в жидком метане при указанных лунных условиях. Но в НАСА эти эксперименты считают гипотезами и полагаются скорее на уровни ацителена и водорода.

К тому же эксперименты все-таки касались земных представлений о жизни, а Титан отличается. Спутник проживает намного дальше от Солнца, а атмосфера лишена окиси углерода, что не позволяет удержать необходимое количество тепла.

Исследование спутника Титан

Кольца Сатурна часто перекрывает луну, поэтому без специальных инструментов Титан сложно отыскать. Но дальше следует преграда из плотного атмосферного слоя, мешающего рассмотреть поверхность.

Впервые к Титану приблизился Пионер-11 в 1979 году, предъявивший снимки. Он отметил, что луна слишком холодная для поддержания жизненных форм. Далее последовали Вояджеры 1 (1980) и 2 (1981), предоставившие сведения о плотности, составе, температурных показателях и массе.

Главный информационный массив достался от исследования миссии Кассини-Гюйгенс, прибывшей к системе в 2004 году. Зонд отснял детали поверхности и цветовые пятна, которые ранее были недоступными для человеческого зрения. Он же заметил моря и озера.

В 2005 году на поверхность спустился зонд Гюйзенс, запечатлевший поверхностные формирования вблизи.

Также он раздобыл изображения темной равнины, что намекало на эрозию. Поверхность оказалась намного темнее, чем ожидали ученые.

В последние годы все чаще поднимают вопросы о возвращении к Титану. В 2009 году пытались продвинуть проект TSSM, но его обошел EJSM (НАСА/ЕКА), чьи зонды отправятся к Ганимеду и Европе.

Планировали также заняться TiME, но в НАСА решили, что целесообразней и дешевле запустить к Марсу InSight в 2016 году.

В 2010 году рассматривали возможность запуска JET – астробиологический орбитальный аппарат. А в 2015 году пришли в разработке подводной лодки, которая сможет погрузиться в море Кракена. Но пока это все на стадии обсуждения.

Колонизация спутника Титан

Среди всех спутников Титан кажется наиболее выгодной целью для создания колонии.

Титан обладает огромным количеством элементов, которые нужны для поддержания жизни: метан, азот, вода и аммиак. Их можно трансформировать в кислород и даже создать атмосферу. Давление в 1.5 раз превышает земное, а плотная атмосфера намного лучше защищает от космических лучей. Конечно, она наполнена воспламеняющимися веществами, но для взрыва необходимо огромное количество кислорода.

Но есть и проблема. Гравитация уступает показателям земной Луны, а значит человеческому организму придется сражаться против мышечного атрофирования и разрушения костей.

Нелегко справиться и с морозом в -179°С. Но спутник представляет собою лакомый кусочек для исследователей. Велика вероятность натолкнуться на жизненные формы, способные выживать в экстремальных условиях. Возможно, мы придем и к колонизации, потому что спутник станет отправной точкой к изучению более удаленных объектов и даже выхода из системы. Ниже представлена карта Титана и качественные фото в высоком разрешении из космоса.

Карта поверхности спутника Титан

Нажмите на изображение, чтобы его увеличить

Фотографии спутника Титан

Аппарат Кассини приблизился на удаленность 2 млн. км 29 мая 2017 года, чтобы запечатлеть ночную сторону Титана на фото. В этом обзоре удалось подчеркнуть расширенную атмосферную туманность луны. За все время наблюдения аппарат сумел зафиксировать спутник с различных углов и получить полноценный обзор атмосферы. Высотный туманный слой отображен синим, а главная дымка – оранжевая. Отличие в окрасе может базироваться на размерах частиц. Голубая, скорее всего, представлена мелкими элементами. Для съемки использовали узкоугольную камеру с красным, зеленым и синим фильтрами. Масштабность – 9 км на пиксель. Программа Кассини выступает общей разработкой ЕКА, НАСА и Итальянского космического агентства. Команда располагается в ЛРД. Две камеры на борту также созданы ими. Добытые фотографии обрабатывают в Боулдере (Колорадо).

Поверхность Титана удалось наблюдать детально на фото при посадке зонда Гюйгенс. Но все же большую часть площади отобразил аппарат Кассини. Титан все еще остается интересной загадкой. В этом обзоре показана новая территория, которая не отмечалась в предыдущих наблюдениях. Это составное изображение из 4 практически одинаковых широкоугольных снимков.

Долгое время считалось, что наша голубая планета — единственное место в Солнечной системе, где имеются условия для существования форм жизни. В действительности оказывается, что ближний космос является не таким уже и безжизненным. Сегодня можно смело утверждать – в пределах досягаемости землян есть миры во многом схожие с нашей родной планетой. Об этом свидетельствуют интересные факты, полученные в результате исследований окрестностей газовых гигантов Юпитера и Сатурна. Безусловно, там нет рек и озер с прозрачной и чистой водой, а на бескрайних равнинах не зеленеет трава, но при определенных условиях человечество могло бы заняться их освоением. Одним из таких объектов в Солнечной системе является Титан — самый крупный спутник Сатурна.

Представление крупнейшего спутника Сатурна

Титан сегодня беспокоит и занимает умы астрономического сообщества, хотя совсем недавно на это небесное тело, как и на другие подобные объекты Солнечной системы , мы взирали без особого энтузиазма. Только благодаря полетам межпланетных космических зондов обнаружилось, что на данном небесном теле существует жидкая материя. Оказывается, недалеко от нас существует мир с морями и океанами, с твердой поверхностью, окутанной плотной атмосферой, очень напоминающей по строению земную воздушную оболочку. Размеры спутника Сатурна тоже впечатляют. Его диаметр составляет 5152 км, на 273 км. больше чем у Меркурия – первой планеты Солнечной системы.

Ранее считалось, что диаметр Титана составляет 5550 км. Более точные данные о размерах спутника были получены уже в наше время, благодаря полетам космического аппарата «Вояджер-1» и миссии зонда «Кассини-Гюйгенс». Первый аппарат сумел обнаружить на спутнике плотную атмосферу, а экспедиция АМС «Кассини» позволила измерить толщину воздушно-газовой оболочки, которая составляет более 400 км.

Масса Титана — 1,3452·10²³ кг. По этому показателю он уступает Меркурию , как и по плотности. Далекое небесное тело имеет низкую плотность — всего 1,8798 г/см³. Эти данные говорят в пользу того, что строение спутника Сатурна существенно отличается от строения планет земной группы, которые на порядок массивнее и тяжелее. В системе Сатурна – это самое крупное небесное тело, масса которого составляет 95% массы остальных 61 известных лун газового гиганта.

Удачно и расположение крупнейшей Титана. Он бежит по орбите радиусом 1 221 870 км со скоростью 5,57 км/с и пребывает вне колец Сатурна. Орбита у этого небесного тела имеет практически круговую форму и находится в одной плоскости с экватором Сатурна. Период обращения Титана вокруг материнской планеты составляет почти 16 суток. Причем в этом аспекте Титан идентичен с нашей Луной, совершающей вращение вокруг собственной оси синхронно со своим хозяином. Спутник всегда повернут к материнской планете одной стороной. Орбитальные характеристики крупнейшей луны Сатурна обеспечивают на ней смену времен года, однако ввиду значительной удаленности этой системы от Солнца, времена года на Титане достаточно продолжительны. Последний летний сезон на Титане закончился в 2009 году.

Своими размерами и массой он похожа на два других крупнейших спутника Солнечной системы — Ганимед и Каллисто. Такие крупные размеры свидетельствуют о планетарной теории происхождения этих небесных тел. Подтверждает это и поверхность спутника, на которой присутствуют следы активной вулканической деятельности, что является характерной особенностью планет земной группы.

Впервые фото поверхности спутника Сатурна удалось получить с помощью зонда «Гюйгенс», благополучно опустившегося на поверхность этого небесного объекта 14 января 2005 года. Уже беглый взгляд на снимки давал все основания считать, что перед землянами открывается новый загадочный мир, живущий своей космической жизнью. Это не Луна , безжизненная и пустынная. Это мир вулканов и метановых озер. Допускается, что под поверхностью находится обширный океан, возможно состоящий из жидкого аммиака или из воды.

Посадка «Гюйгенса»

История открытия Титана

Впервые о существовании спутников Сатурна догадывался еще Галилей. Не имея технической возможности наблюдать столь удаленные объекты, Галилей предсказывал их существование. Только Гюйгенс, у которого уже был мощный телескоп, способный в 50 раз увеличивать объекты, приступил к исследованию Сатурна. Именно ему удалось обнаружить столь крупное небесное тело, вращающееся вокруг окольцованного газового гиганта. Произошло это событие в 1655 году.

Однако с названием нового небесного тела пришлось подождать. Первоначально ученые сходились во мнении дать открытому небесному телу название в честь его открывателя. После того, как итальянец Кассини открыл еще и другие спутники газового гиганта, сошлись во мнении нумеровать новые небесные тела системы Сатурна.

Эта идея не получила продолжения, так как впоследствии были открыты и другие объекты в окрестностях Сатурна.

Обозначение, которое мы используем сегодня, было предложено англичанином Джоном Гершелем. Сошлись во мнении, что наиболее крупные спутники должны носить мифологические названия. Благодаря своим размерам Титан оказался первым в этом списке. Остальные семь крупных спутников Сатурна получили названия, созвучные именам титанов.

Атмосфера Титана и ее особенности

Среди небесных тел Солнечной системы Титан обладает едва ли не самой любопытной воздушной оболочкой. Атмосфера спутника оказалась на деле плотным слоем облаков, которые долгое время мешали получить визуальный доступ к самой поверхности небесного тела. Плотность воздушно-газового слоя настолько велика, что у поверхности Титана атмосферное давление в 1,6 раз выше земных параметров. По сравнению с земной воздушной оболочкой, атмосфера на Титане имеет значительную толщину.

Основным компонентом титановой атмосферы является азот, доля которого составляет 98,4%. Примерно 1,6% приходятся на аргон и метан, которые в основном находятся в верхних слоях воздушной оболочки. С помощью космических зондов в составе атмосферы были обнаружены и другие газообразные соединения:

• ацетилен;
• метилацетилен;
• диацетилен;
• этан;
• пропан;
• углекислый газ.

В малых количествах присутствует циан, гелий и угарный газ. Кислорода в свободном виде в атмосфере Титана не выявлено.

Несмотря на столь высокую плотность воздушно-газовой оболочки спутника, отсутствие сильного магнитного поля отражается на состоянии поверхностных слоев атмосферы. Верхние слои атмосферы подвержены воздействию солнечного ветра и космической радиации. Азот (N) под воздействием этих факторов вступает в реакцию, образуя целый ряд любопытных азотосодержащих соединений. Большая часть некоторых соединений оседает на поверхность спутника, придавая ей слегка оранжевый оттенок. Интересна и история с метаном. Его состав в атмосфере Титана стабилен, хотя из-за внешнего воздействия этот легкий газ мог бы уже давно улетучиться.

Рассматривая атмосферу спутника по слоям, можно заметить любопытную деталь. Воздушная оболочка на Титане растянута в высоту и четко разделена на два слоя — приповерхностный и высотный. Тропосфера начинается на высоте 35 км. и заканчивается тропопаузой на высотах в 50 км. Здесь присутствуют стабильно низкие температуры -170⁰ С. Далее, с высотой температура снижается до отметки -120 градусов Цельсия. Ионосфера у Титана начинается на высоте 1000-1200 км.

Предполагается, что такой состав атмосферы Титана обусловлен его активным вулканическим прошлым. Насыщенные парами аммиака воздушные слои под воздействием космического ультрафиолета разложились на азот и водород, а другие компоненты являются следствием физико-химических реакций. Как более тяжелый, азот опустился и стал основным компонентом титановой атмосферы. Водород же из-за слабых сил гравитации спутника улетучился в космическое пространство.

Слои атмосферы Титана, взаимодействие ее химического состав с магнитным полем небесного тела способствуют тому, что на спутнике присутствует собственный климат. Сезоны на Титане меняются подобно земным временам года. В то время когда одна сторона спутника обращена к Солнцу, Титан погружается в лето. В его атмосфере бушуют штормы и ураганы. Нагреваемые солнечным светом воздушные слои находятся в постоянной конвекции, порождая сильные ветры и значительные перемещения облачных масс. На высотах 30 км скорость ветров достигает 30 м/с. Чем выше, тем турбулентность воздушных масс интенсивнее и мощнее. В отличие от Земли, облачные массы на Титане сконцентрированы в полярных областях.

Концентрация метана в верхних слоях атмосферы объясняет повышение температуры на поверхности спутника вследствие парникового эффекта. Однако наличие в составе воздушных масс органических молекул позволяет ультрафиолету свободно проникать в обе стороны, охлаждая поверхностный слой титановой коры. Температура поверхности составляет -180⁰С. Разница между температурами на полюсах и на экваторе незначительна — всего 3 градуса.

Высокое давление и низкие температуры способствуют тому, что молекулы воды в атмосфере спутника полностью испаряются (вымерзают).

Строение спутника: от внешней оболочки к ядру

Предположение и догадки о строении столь крупного небесного тела в основном строились на данных земных оптических наблюдений. Плотная атмосфера Титана склоняла ученых в сторону гипотезы о газовом составе спутника, сродни составу материнской планеты. Однако после полетов космических зондов «Пионер-11» и «Вояджер-2» стало понятно, мы имеем дело с небесным телом, структура которого тверда и устойчива.

Сегодня считается, что Титан имеет кору, подобную земной. Диаметр ядра — ориентировочно 3400 км, что составляет более половины диаметра небесного тела. Между ядром и корой существует ледяная прослойка, которая отличается по своему составу. Вероятно, на определенных глубинах лед трансформируется в жидкую структуру. Сравнение снимков, сделанных с борта АМС «Кассини» с разницей в два года, указали на наличие смещения поверхностного слоя спутника. Эта информация дала учеными повод считать, что поверхность спутника покоится на жидкой прослойке, которая состоит из воды и растворенного аммиака. Смещение коры вызвано взаимодействием гравитационных сил и циркуляцией атмосферы.

По своему составу Титан — это соединение льда и силикатных пород в равных пропорциях, что очень похоже на внутреннее строение Ганимеда и Тритона. Однако в силу наличия плотной воздушной оболочки, строение спутника имеет свои отличия и специфику.

Главные особенности далекого спутника

Уже только одно наличие у Титана атмосферы делает его уникальным и интересным для последующего изучения. Другое дело, что главной изюминкой далекого спутника Сатурна является наличие на нем больших объемов жидкости. Для этой несостоявшейся планеты характерны озера и моря, в которых вместо воды плещутся волны метана и этана. Спутник имеет на поверхности скопления космического льда, который обязан своим происхождением воде и аммиаку.

Доказательством существования на поверхности Титана жидкой материи стали снимки огромного бассейна, по площади превышающего размеры Каспийского моря. Огромное море жидких углеводородов получило название море Кракена. По своему составу это огромный естественный резервуар сжиженных газов: этана, пропана и метана. Другое крупное скопление жидкости на Титане – море Лигеи. Большинство озер сосредоточено в северном полушарии Титана, что увеличивает в разы отражающую способность далекого небесного тела. После миссии «Кассини» стало ясно, что поверхность на 30-40% покрыта жидкой материей, собравшейся в естественных морях и озерах.

Такое огромное количество метана и этана, пребывающих в замороженном состоянии, способствует развитию определенных форм жизни. Нет, это не будут привычные земные организмы, однако в таких условиях живые организмы на Титане могут иметь место. На спутнике достаточно компонентов и химических веществ для образования организмов и их последующего существования.

Хронология современных исследований Титана

Начиналось все со скромной миссии американского зонда «Пионер-11», который сумел в 1979 году дать учеными первые снимки далекого спутника. Долгое время информация, полученная с борта «Пионера», мало интересовала астрофизиков. Прогресс в изучении окрестностей Сатурна наступил после визитов в эту область Солнечной системы «Вояджеров», которые дали более подробные снимки спутника, сделанные с расстояния в 5000 км. Ученые получили более точные данные о размерах этого гиганта, нашла свое подтверждения версия о существовании плотной атмосферы спутника.

Полет «Пионера»

Инфракрасные снимки, сделанные с борта космического телескопа «Хаблл», предоставили ученым информацию о составе атмосферы спутника. Впервые были выявлены на планетарном диске светлые и темные области, природа которых оставалась неизвестной. Впервые родилась теория о том, что поверхность Титана покрыта в некоторых местах льдом, который увеличивает отражающую способность небесного тела.

Успех в области исследований пришел вместе с информацией, полученной с борта автоматической межпланетной станции «Кассини». Начатая в 1997 году миссия «Кассини» выступает общей разработкой ЕКА в НАСА. Основным направлением исследований стал Сатурн, однако не остались без внимания и его спутники. Так для изучения Титана в программу полета был включен этап посадки на поверхность спутника Сатурна зонда «Гюйгенс». Этот аппарат, созданный усилиями специалистов НАСА и итальянского космического агентства, команда которого решила отметить, таким образом, юбилей своего славного соотечественника Джованни Кассини, должен был опуститься на поверхность Титана.

«Кассини» на орбите Сатурна

В течение 4 лет продолжалась работа «Кассини» в окрестностях Сатурна. За это время АМС пролетела двадцать раз вблизи Титана, постоянно получая новые данные о спутнике и о его поведении. Уже одна посадка зонда «Гюйгенс» на Титан, свершившаяся 14 марта 2007 года, считается грандиозным успехом всей миссии. Несмотря на это, учитывая технические возможности станции «Кассини» и ее большой потенциал, было принято решение продолжить исследования Сатурна и его спутников до 2017 года.

Полет «Кассини» и посадка аппарата «Гюйгенс» предоставили ученым исчерпывающую информацию о том, каким на самом деле является Титан. Фотоснимки и видеосъемка поверхности спутника Сатурна показали, что верхние слои коры — смесь грязи и газового льда. Основными фрагментами грунта являются камни и галька. Ландшафт Титана представляет собой чередование твердых возвышенных участков с низменностями. Во время приземления делались снимки ландшафта, на которых четко отмечались русла рек и береговая линия.

Фото Титана с борта «Гюйгенса»

Титан сегодня и завтра

Чем закончится дальнейшее изучение самого крупного спутника, неизвестно. Предполагается, что созданные в земных лабораториях условия, подобные тем, которые существуют на Титане, прольют свет на версию о возможности существования форм жизни. Полеты космических зондов в эту область космоса пока не планируются. Полученная информация является достаточной для того, чтобы смоделировать Титан в земных условиях. Насколько эти исследования будут полезны, покажет время. Остается только ждать и надеяться на то, что Титан раскроет в дальнейшем свои тайны, давая надежду на свое освоение.

Титан - крупнейший спутник Сатурна и второй, после Ганимеда, в Солнечной системе. Впрочем, если измерять Титан вместе с его атмосферой, то он оказывается больше Ганимеда. По всем своим параметрам Титан наиболее близок к нормальным планетам: размером он превосходит Меркурий, его плотная атмосфера толще, чем у Земли, а поверхность - в географическом смысле - почти такая же живая, как у нашей планеты.

Наземные наблюдения еще до начала космической эры показали, что Титан имеет плотную атмосферу; по сути, это единственная планета-спутник с полноценной атмосферой. Пролетая в 1981 г. через систему Сатурна, «Вояджер-2» обнаружил, что основной компонент атмосферы Титана - азот (N 2); в ней присутствуют также метан (CH 4) и другие углеводороды. Данные космического телескопа «Хаббл» и наземных телескопов позволили в 1995 г. заподозрить существование на поверхности Титана значительных площадей, покрытых жидким метаном. Но подтвердилось существование этих углеводородных озер лишь после того, как к интенсивным исследованиям приступил первый искусственный спутник Сатурна - «Кассини», с борта которого 14 января 2005 г. на поверхность Титана опустился зонд «Гюйгенс». Экспедиция «Кассини - Гюйгенс», организованная NASA, ESA (Европейским космическим агентством) и ASI (Итальянским космическим агентством), началась 15 октября 1997 г., но лишь в середине 2004 г. аппарат прибыл в систему Сатурна и приступил к работе (см. с. 16 цветной вкладки).

Титан без малого вдвое массивнее Луны и наполовину больше нее. Поэтому на его поверхности сила тяжести почти лунная: она в 7 раз меньше земной (на Луне - в 6 раз). Вторая космическая скорость на поверхности Титана - 2,6 км/с, на Луне - 2,4 км/с, однако взлетать с Титана будет намного сложнее, чем с Луны: помешает плотная атмосфера. Состав атмосферы Титана известен теперь детально: у поверхности 95% азота и около 5% метана, а в стратосфере 98,4% азота и 1,4% метана. Давление у поверхности в 1,45 раза выше нормального атмосферного давления на Земле. Но если вспомнить, что сила тяжести там в 7 раз меньше, чем у нас, то ясно, что масса газового столба над единицей поверхности Титана в 10 раз больше, чем на Земле. Поскольку размер Титана в 2,5 раза меньше земного, площадь его поверхности меньше земной примерно в 6 раз, а значит, полная масса атмосферы Титана в 1,5 раза больше массы земной атмосферы! Вероятно, поэтому на поверхности Титана очень мало метеоритных кратеров: мелкие метеориты тормозятся и разрушаются в атмосфере, а следы падения крупных быстро уничтожаются дождями и ветром.

Мощная и чрезвычайно протяженная атмосфера Титана облегчила посадку на него космического аппарата. Отделившись от «Кассини», зонд «Гюйгенс» три недели двигался в сторону Титана в дремлющем состоянии, а затем стал готовиться к спуску. Посадка «Гюйгенса» на Титан - уникальная операция; вот ее основные этапы (часы:минуты по среднеевропейскому времени):

06:51 - включается электропитание приборов.

11:13 - начало входа в атмосферу на высоте 1270 км со скоростью 6 км/с. Торможение осуществляется лобовым теплозащитным экраном.

11:17 - высота 180 км, скорость 400 м/с, раскрыт вытяжной парашют диаметром 3 м. Через 2,5 секунды он вытягивает основной парашют диаметром 8,3 м.

11:18 - высота 160 км. Сброшен лобовой экран. Начали исследовать атмосферу газовый хроматограф и масс-спектрометр. Производится сбор и испарение аэрозолей. Камера передает панораму облаков.

11:32 - высота 125 км. Сброшен основной парашют и раскрыт тормозной диаметром 3 м, чтобы ускорить падение и успеть приземлиться до полной разрядки батарей (заряд 1,8 кВт ч). Расстояние до «Кассини» 60 тыс. км.

11:49 - высота 60 км. Включен радар-альтиметр; до этого работой управлял таймер. Камера начинает снимать панораму поверхности. Измеряется скорость ветра (по доплер-эффекту передатчика), температура и давление воздуха, электрическое поле (проверяется наличие молний). На высоте нескольких сотен метров от поверхности включена белая лампа для спектрального анализа поверхности. Сонар и радар измеряют неровности грунта. Спуск «Гюйгенса» в атмосфере Титана занял около 2,5 часа.

13:34 - касание грунта со скоростью 4,5 м/с. Работают камера, микрофон, акселерометры и сонар для измерения глубины жидкости, если бы посадка произошла в море. Но грунт под аппаратом оказался на дежным, по механическим свойствам похожим на мокрый песок или глину. Аппарат при ударе углубился в грунт примерно на 15 см. В течение 2 часов он передал данные с поверхности со скоростью 8 кбит/с.

15:44 - «Кассини» уходит за горизонт Конец передачи данных. «Кассини» разворачивается антенной к Земле и начинает трансляцию записанных с «Гюйгенса» данных.

Зонд опустился немного южнее экватора, на краю ледяных холмов в середине огромного песчаного моря. На фото окружающего ландшафта вдали видна пара длинных дюн, но само место посадки больше похоже на русло потока, заваленное булыжниками поверх песка. Температура у поверхности Титана очень низкая: -180°C. Эта температура близка к тройной точке метана, подобно тому, как температура земной поверхности близка к тройной точке воды. При такой температуре сосуществуют газовое, жидкое и твердое состояния вещества. Подобно тому, как в природе Земли происходит круговорот воды, на Титане должен происходить круговорот метана. Фактически метан (в смеси с этаном и другими углеводородами) там играет ту же роль, что вода на Земле: он испаряется из озер, образует облака, выпадает в виде осадков, прокладывает русла по долинам и вновь стекает в озера.

Изучение снимков показывает, что ландшафт Титана частично сформирован ливнями и быстрым течением жидкости по поверхности. Но, в отличие от Земли, этот гидрологический цикл на Титане доведен до экстремального состояния. На Земле солнечного тепла достаточно для испарения примерно одного метра воды в год. Но атмосфера может удержать только пару сантиметров осажденной влаги до конденсации облаков и выпадения дождя, поэтому для земной погоды характерны легкие дожди, выливающие по нескольку сантиметров воды с промежутком в неделю или две. На Титане недостаток солнечного тепла приводит к испарению всего лишь около 1 см жидкого метана в год, а его мощная атмосфера способна удержать в газообразном виде количество метана, соответствующее примерно 10 м осажденной жидкости. Поэтому для Титана должны быть характерны редкие проливные дожди, рождающие бурные потоки, а в промежутках между этими потопами - вековые периоды засухи. Вполне вероятно, что на месте посадки «Гюйгенса» некоторое время назад тоже было половодье. Специалисты по климату считают, что мощные погодные циклы Титана - это экстремальная версия того, что может случиться на Земле в результате глобального потепления. По мере нагрева земной тропосферы она сможет удерживать все больше влаги, поэтому ураганы и засухи у нас станут более интенсивными.

Итак, Титан - это замерзший вариант Земли, где метан вместо воды, вода вместо камня, а погодные циклы длятся столетиями. Весьма вероятно, что атмосфера Титана напоминает атмосферу юной Земли в период зарождения на ней жизни. Более того: средняя плотность Титана (1,88 г/см³) указывает, что он наполовину состоит из камня (ядро), наполовину из воды (мантия и кора) и покрыт углеводородами. Математические модели предсказывают, что толщина ледяной коры составляет около 50 км, а ниже лежит океан жидкой воды, возможно, с аммиаком. Глубина этого «нашатырного» океана должна достигать сотен километров. Некоторые ученые полагают, что там может быть жизнь.

Запланировано, что работа аппарата «Кассини» продолжится до 2017 г. С июля 2004 г. по сентябрь 2010 г. он совершил 72 пролета вблизи Титана, передавая радиолокационные изображения его поверхности и снимки в ИК-диапазоне. Когда исследователей заинтересовал источник смога в атмосфере Титана, «Кассини», пролетая сквозь верхние слои его атмосферы, на высоте около 1000 км, собрал и проанализировал образцы этого тумана. Ученые ожидали, что туман состоит из легких углеводородов, таких как этан с молекулярной массой 30. Но «Кассини» обнаружил неожиданное обилие тяжелых органических молекул, включая бензол, антрацен и макромолекулы с массой 2000 и более. Эти вещества формируются из атмосферного метана под действием солнечного света. Вероятно, они постепенно конденсируются в более крупные частицы и опускаются на поверхность, но детали этого процесса не ясны.

Как видим, замечательная маленькая планета Титан становится все интереснее. Принципиальных трудностей при исследовании Титана не предвидится. Для экспедиций к нему уже разрабатываются «титаноходы», а также плавающие и летающие зонды. Увлекательное занятие для космических инженеров!