Астрономия

Почему у Титана более низкая поверхностная гравитация, чем у Луны, когда Титан более массивен?

Почему у Титана более низкая поверхностная гравитация, чем у Луны, когда Титан более массивен?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Читая Википедию, я увидел, что Титан на 80% массивнее Земли Луны, но имеет только 85% силы тяжести на поверхности. Почему это?


Поверхностное ускорение свободного падения на объекте с массой $ M $ и радиус $ R $ дан кем-то $$ g = frac {GM} {R ^ 2} propto G rho R $$ где $ rho propto M / R ^ 3 $ это плотность объекта. Если у одного тела меньшая поверхность $ g $ чем другой, он должен иметь меньшую плотность $ rho $, меньший радиус $ R $, или оба. Титан больше, чем Луна, поэтому ваше наблюдение за его поверхностной гравитацией означает, что Титан должен быть менее плотным, чем Луна. Википедия подтверждает:

  • $ R_ text {Титан} = 1.5 R_ text {Луна} $, но
  • $ rho_ text {Moon} = 3.34 rm , г / см ^ 3 $ в то время как у Титана есть только $ rho_ text {Titan} = 1.88 rm , г / см ^ 3 $.

Море Титана - песок

Деталь песчаных дюн на Титане, полученное с помощью радара Кассини.

Новые радиолокационные данные показывают, что это моря - но моря песчаных дюн, как в Аравийских или Намибийских пустынях, сообщают в Science (5 мая) член радиолокационной группы Кассини из Университета Аризоны и его коллеги.

На радиолокационных изображениях, сделанных во время полета космического корабля Кассини над Титаном в октябре прошлого года, видны дюны высотой 330 футов (100 метров), которые проходят параллельно друг другу на сотни миль на экваторе Титана. Одно поле дюн имеет длину более 930 миль (1500 км), сказал Ральф Лоренц из Лунной и планетарной лаборатории UA.

«Это странно, - сказал Лоренц. «Эти изображения луны Сатурна выглядят так же, как радиолокационные изображения Намибии или Аравии. Атмосфера Титана толще Земли, его сила тяжести ниже, его песок, безусловно, другой - все по-другому, за исключением физического процесса, который формирует дюны и результирующий пейзаж ".

Десять лет назад ученые считали, что спутник Сатурна Титан находится слишком далеко от Солнца, чтобы солнечные ветры на поверхности были достаточно мощными, чтобы создавать песчаные дюны. Они также предположили, что темные области на экваторе Титана могут быть океанами жидкого этана, которые могут улавливать песок.

Но с тех пор исследователи узнали, что мощная гравитация Сатурна создает значительные приливы в атмосфере Титана. Приливное воздействие Сатурна на Титан примерно в 400 раз больше, чем приливное воздействие нашей Луны на Землю.

Как впервые было замечено в моделях циркуляции пару лет назад, Лоренц сказал: «Приливы, по-видимому, доминируют над приповерхностными ветрами, потому что они настолько сильны в атмосфере, сверху вниз. Солнечные ветры сильны только высоко».

Дюны, видимые радаром «Кассини», представляют собой особый линейный или продольный тип, характерный для дюн, образованных ветрами, дующими с разных направлений. По словам Лоренца, приливы заставляют ветер менять направление, поскольку они направляют его к экватору.

И когда приливный ветер сочетается с зональным ветром Титана с запада на восток, как показывают радарные изображения, он создает дюны, ориентированные почти с запада на восток, за исключением гор, которые влияют на местное направление ветра.

«Когда мы увидели эти дюны на радаре, это стало понятно», - сказал он. «Если вы посмотрите на дюны, вы увидите, что приливные ветры, возможно, несколько раз обносят песок вокруг Луны и воздействуют на дюны на экваторе. Возможно, приливные ветры переносят темные осадки с более высоких широт к экватору, образуя темный пояс Титана. . "

Модель Титана, разработанная исследователями, предполагает, что приливы могут создавать приземные ветры со скоростью около одной мили в час (полметра в секунду). «Несмотря на то, что это очень слабый ветер, этого достаточно, чтобы раздуть зерна по земле в плотной атмосфере Титана и низкой гравитации», - сказал Лоренц. Песок Титана немного крупнее, но менее плотен, чем обычный песок на Земле или Марсе. «Эти зерна могут напоминать кофейную гущу».

Переменный приливный ветер в сочетании с зональным ветром Титана с запада на восток создает приземные ветры, которые в среднем составляют около одной мили в час (полметра в секунду). Средняя скорость ветра немного обманчива, потому что песчаные дюны не образуются на Земле или Марсе при их средней скорости ветра.

Сделаны ли зерна из твердых органических веществ, водяного льда или их смеси - остается загадкой. Визуальный и инфракрасный картографический спектрометр Кассини, возглавляемый Робертом Брауном из UA, может дать результаты по составу песчаных дюн.

Как образовался песок - еще одна любопытная история.

Песок мог образоваться, когда жидкий метановый дождь вымывал частицы из ледяной породы. Ранее исследователи думали, что на Титане недостаточно дождя, чтобы разрушить большую часть коренных пород, но они думали, что это среднее количество осадков.

Наблюдения и модели Титана показывают, что облака и дождь редки. Это означает, что отдельные штормы могут быть сильными и по-прежнему давать низкое среднее количество осадков, пояснил Лоренц.

Когда группа спутникового визуализатора / спектрального радиометра (DISR) под руководством UA создала изображения, полученные во время посадки зонда Гюйгенс на Титан в январе 2005 года, мир увидел в ландшафте овраги, русла рек и каньоны. Эти же особенности на Титане были замечены с помощью радара.

Эти особенности показывают, что когда на Титане идет дождь, он идет очень энергично, как и в пустыне Аризоны, сказал Лоренц.

Он добавил, что сильный дождь, который вызывает внезапные наводнения, может быть механизмом образования песка.

В качестве альтернативы, песок может происходить из органических твердых веществ, образовавшихся в результате фотохимических реакций в атмосфере Титана.

«Удивительно, что радар, который в основном предназначен для изучения поверхности Титана, так много говорит нам о том, как работают ветры на Титане», - сказал Лоренц. «Это будет важная информация, когда мы в будущем вернемся на Титан, возможно, с воздушным шаром».

Международная группа ученых является соавтором научной статьи «Песчаные моря Титана: наблюдения Кассини за продольными дюнами». Они из Лаборатории реактивного движения, Калифорнийского технологического института, Геологической службы США - Флагстафф, Института планетных наук, Колледжа Иезуитов Уилинга, Proxemy Research of Bowie, штат Мэриленд, Стэнфордского университета, Института космических исследований Годдарда, Парижской обсерватории, международных исследований. Школа планетарных наук, Universita 'd'Annunzio, Facolt di Ingegneria, Universit La Sapienza, Politecnico di Bari и Agenzia Spaziale Italiana. Среди соавторов - Джани Радебо и Джонатан Лунин из Лунно-планетной лаборатории UA.

Миссия Кассини-Гюйгенс - это совместный проект НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства. Лаборатория реактивного движения, подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, руководит миссией Управления научных миссий НАСА в Вашингтоне. Орбитальный аппарат "Кассини" был спроектирован, разработан и собран в JPL.


Почему у Титана более низкая поверхностная гравитация, чем у Луны, когда Титан более массивен? - Астрономия

От эффективной температуры до фактической температуры:

Эффективная температура: Идеальная температура, при которой планета точно переизлучает всю энергию, которую она получает от солнца. Для идеализированного черного тела это:

  • L = Солнечная светимость = 3,846 * 10 26 Вт м -2 К -4
  • D = расстояние от Солнца
  • & # 963 = постоянная Стефана-Больцмана = 5,6704 * 10-8 Вт

Таким образом, в нашей Солнечной системе единственной реальной переменной при вычислении эффективной температуры является расстояние от Солнца.


Япет: высокое и низкое альбедо в одном мире
  • Отражающие ледяные миры, подобные Энцелад имеют высокое альбедо.
  • Темные миры вроде Меркурий имеют низкое альбедо.
  • Япет (справа) предлагает контраст высокого и низкого альбедо. (Как вы думаете, какая сторона теплее?)
  • Меркурий - 0,068
  • Луна - 0,136
  • Марс - 0,250
  • Земля - ​​0,306
  • Венера - 0,900
  • Энцелад - 0,99

Опять же, имеет смысл. Марс находится дальше от Солнца, чем Земля, а у Венеры гораздо большее альбедо. Для Марса это также приблизительно средняя температура поверхности хорошо.

Итак, как это тепло вертикально распределяется в атмосфере?

Атмосферная структура

Тропосфера нагревается инфракрасным излучением от поверхности планеты (которая была непосредственно освещена видимым солнечным светом). С увеличением высоты тепло от этого источника быстро уменьшается, вызывая быстрое охлаждение.

За двумя заметными исключениями, атмосферы Солнечной системы соответствуют этой схеме:

  • Он излучает инфракрасное излучение, которое нагревает воздух над собой.
  • Затем этот теплый воздух поднимается вверх.
  • Когда он поднимается в области с более низким атмосферным давлением, он расширяется, чтобы уравнять свое давление с давлением воздуха вокруг него.
  • В результате его расширения воздух охлаждает.

Поскольку это охлаждение происходит даже при отсутствии передачи тепла окружающему воздуху, его называют адиабатическое охлаждение. (Адиабатический означает «без переноса».) Это минимальная скорость охлаждения поднимающегося воздуха. На практике обычно также происходит некоторая передача тепла окружающему воздуху.

Адиабатический градиент: Скорость адиабатического охлаждения поднимающегося воздуха. Пока окружающий воздух остывает быстрее с увеличением высоты, чем адиабатический градиент, этот пакет будет продолжать подниматься. Обычно адиабатический градиент немного меньше, чем при обычном охлаждении в нижних слоях атмосферы. Как только адиабатический градиент превышает общая скорость охлаждения, посылка больше не поднимется. Это устанавливает верхний предел конвекции и определяет верхнюю часть тропосферы.

Мезосфера: Здесь передача тепла относительно проста. Конвекции нет, только проводимость - поглощение и повторное излучение энергии.

Термосфера: В своих тонких внешних пределах атмосфера смешивается и взаимодействует с солнечным ветром, в результате чего она нагревается и ионизируется. (Области интенсивной ионизации называются ионосфера). Нагретые молекулы повторно излучают энергию с разной скоростью в зависимости от их физических характеристик, так что одни сохраняют тепло дольше, чем другие.

Атмосферная циркуляция:

Широтный дифференциал падающего солнечного света: количество солнечной энергии, получаемой на единицу площади поверхности Земли, является функцией угла, под которым падает свет. Наиболее концентрированная энергия доставляется в экваториальные регионы, тогда как полярные регионы получают очень мало. Результирующая циркуляция отчасти является попыткой атмосферы уравнять распределение тепла.

Эффект Кориолиса: наибольшее солнечное нагревание происходит около экватора. Представьте себе поднимающийся кусок воздуха в экваториальной тропосфере Земли. Он достигает вершины тропосферы, а затем движется к более высоким широтам. На экваторе его движение равнялось движению экватора Земли. Он движется на север, этот импульс сохраняется даже при том, что теперь он движется по поверхности, которая движется не так быстро. В результате, чтобы сохранить импульс, он, кажется, ускоряется относительно поверхности Земли. Если смотреть с поверхности, кажется, что он движется по изогнутой траектории, поскольку отклоняется на восток.


  • Клетки Хэдли: форма, прилегающая к экватору, поскольку сильный солнечный свет нагревает экваториальный воздух, который поднимается к вершине тропосферы в зона межтропической конвергенции (ICZ) и простирается на север и юг. Поскольку влажный воздух переносится в более холодные верхние слои атмосферы, ICZ является местом частых дождей.
  • Полярные клетки: формируется, когда очень холодный воздух опускается около полюсов и распространяется на юг.
  • Клетки Ферреля: возникают в средних широтах в результате взаимодействия Хэдли и полярной циркуляции.
  • Венера: Поскольку ее вращение медленное, сила Кориолиса мала, а приземный ветер слаб.
  • Марс: Марс показывает настоящие тропические клетки Хэдли, но в более высоких широтах глобальная циркуляция подавляется влиянием полярных льдов.

Планетарные идиосинкразии:

  • Глобальные пыльные бури: Ветры Марса достаточны, чтобы вызвать сильные пыльные бури. Когда большие пылевые облака поднимаются, они имеют тенденцию поглощать тепло, вызывая перепад температур, который увеличивает скорость ветра, который закачивает больше пыли в атмосферу в контуре положительной обратной связи. Один или два раза в год Марс окутывает глобальная пыльная буря, которая:
    • повышает температуру верхней тропосферы до 45 К (по сути, пыль создает стратосферную температурную инверсию).
    • затеняет нижнюю тропосферу, понижая температуру поверхности.

    Титан в видимом свете из Википедии

    Титан:

    • Ранее мы говорили, что в двух мирах отсутствует типичная стратификация тропосфера-мезосфера-термосфера. Одна была Земля с ее стратосферой. Фульчиньон и другие., 2005 показали, что Титан также имеет стратосферу, вызванную поглощением видимого света плотным фотохимическим смогом над его тропосферой.
    • Смоделированная эффективная температура Титана (с учетом альбедо): 82 K
    • Смоделированная температура Титана с парниковым эффектом: 105 K
    • Наблюдаемая средняя температура поверхности Титана: 93,7 К

    Процессы, изменяющие состав атмосферы с течением времени:

    • Почему у Земли есть атмосфера, а у Луны нет, хотя средняя температура у них примерно одинаковая?
    • Почему у ледяной луны Титана плотная атмосфера, в то время как физически подобная ледяная луна Ганимед по существу безвоздушная?
    • Сила тяжести: определяет его космическую скорость.
    • Температура: определяет скорость, с которой фактически движутся молекулы газа.
    • G = гравитационная постоянная
    • M = масса планеты
    • R = радиус, при котором молекула улетает (верхняя часть атмосферы)

    Обратите внимание, что космическая скорость зависит только от отношения M / R планеты. Это не имеет ничего общего с характеристиками объекта, который может ускользнуть. Улетная скорость одинакова для ракеты и для молекулы газа.

    Это скорости, которых должна достичь молекула газа, чтобы покинуть атмосферу планеты. Как они достигают таких скоростей?

    Термальная энергия: Итак, какова скорость молекулы газа? Это зависит от температура и молекулярная масса газа. Молекулы горячего газа движутся с более высокими скоростями, чем холодные, а тяжелые молекулы движутся медленнее, чем легкие. Обратите внимание, что это средняя скорость. Не все молекулы газа движутся с одной скоростью, существует широкое распределение скоростей при любой температуре.

    • Различия в удержании атмосферы между телами с примерно одинаковой температурой, например:
      • Земля и луна
      • Титан и Рея

      Впечатление художника от Луны, 3,5 млрд лет. Источник: Phys.org

      Плохой график!

      Чтобы атмосфера оставалась связанной со своей планетой на протяжении всего возраста Солнечной системы (4,56 млрд лет), средняя скорость молекул газа должна быть менее 1/6 от скорости убегания.

      Примечание: температуры, которые мы здесь используем, - это температуры верхних слоев атмосферы - области, из которой молекулы газа действительно имеют четкий шанс убежать. Тем не менее, взгляд на цифры по оси X этого графика из вашего текста показывает, что что-то ужасно неправильно.

      Хороший график!

      Вот правильная версия. Чтобы узнать больше, поиграйте с апплетом от Университета Линкольна в Небраке.


      СОДЕРЖАНИЕ

      Открытие Править

      Титан был открыт 25 марта 1655 года голландским астрономом Христианом Гюйгенсом. [17] [18] Гюйгенс был вдохновлен открытием Галилеем четырех крупнейших спутников Юпитера в 1610 году и его усовершенствованиями в технологии телескопов. Христиан с помощью своего старшего брата Константина Гюйгенса-младшего начал строить телескопы около 1650 года и обнаружил первый наблюдаемый спутник, вращающийся вокруг Сатурна, с помощью одного из построенных ими телескопов. [19] Это была шестая луна, когда-либо обнаруженная после Луны Земли и галилеевых спутников Юпитера. [20]

      Именование Править

      Гюйгенс назвал свое открытие Сатурни Луна (или же Луна Сатурни, Латинское для "луны Сатурна"), изданный в трактате 1655 г. De Saturni Luna Observatio Nova (Новое наблюдение Луны Сатурна). [21] После того, как Джованни Доменико Кассини опубликовал свои открытия еще четырех спутников Сатурна между 1673 и 1686 годами, астрономы вошли в привычку называть их и Титан Сатурном I-V (с Титаном тогда в четвертой позиции). Другие ранние эпитеты Титана включают «обычный спутник Сатурна». [22] Международный астрономический союз официально именует Титан Сатурн VI. [23]

      Название Титан, а имена всех семи спутников Сатурна, известных тогда, пришли от Джона Гершеля (сына Уильяма Гершеля, первооткрывателя двух других спутников Сатурна, Мимаса и Энцелада) в его публикации 1847 года. Результаты астрономических наблюдений, сделанных в 1834, 5, 6, 7, 8 годах на мысе Доброй Надежды. [24] [25] С тех пор вокруг Сатурна было обнаружено множество небольших спутников. [26] Луны Сатурна названы в честь мифологических гигантов. Название Титан происходит от Титанов, расы бессмертных в греческой мифологии. [23]

      Титан обращается вокруг Сатурна каждые 15 дней 22 часа. Подобно Луне Земли и многим спутникам планет-гигантов, ее период вращения (ее день) совпадает с периодом обращения. Титан приливно синхронизирован с Сатурном и постоянно показывает одно лицо к планете. Долготы на Титане отсчитываются на запад, начиная с меридиана, проходящего через эту точку. [27] Его орбитальный эксцентриситет составляет 0,0288, а плоскость орбиты наклонена на 0,348 градуса относительно экватора Сатурна. [6] Если смотреть с Земли, Титан достигает углового расстояния около 20 радиусов Сатурна (чуть более 1 200 000 километров (750 000 миль)) от Сатурна и образует диск диаметром 0,8 угловой секунды. [ нужна цитата ]

      Небольшой спутник неправильной формы «Гиперион» находится в орбитальном резонансе 3: 4 с Титаном. «Медленная и плавная» эволюция резонанса, при которой Гиперион мигрировал с хаотической орбиты, на основании моделей считается маловероятной. Гиперион, вероятно, образовался на стабильном орбитальном острове, в то время как массивный Титан поглощал или выбрасывал тела, которые приближались близко. [28]

      Диаметр Титана составляет 5 149,46 км (3199,73 мили), [7] что в 1,06 раза больше, чем у планеты Меркурий, в 1,48 раза больше, чем у Луны, и 0,40 больше, чем у Земли. До приезда Вояджер 1 в 1980 году считалось, что Титан немного больше Ганимеда (диаметр 5262 километра (3270 миль)) и, таким образом, был самым большим спутником в Солнечной системе. Это было завышение оценки из-за плотной непрозрачной атмосферы Титана со слоем дымки в 100-200 километров. над его поверхностью. Это увеличивает его кажущийся диаметр. [29] Диаметр и масса Титана (и, следовательно, его плотность) подобны таковым у спутников Юпитера Ганимеда и Каллисто. [30] Исходя из его объемной плотности 1,88 г / см 3, состав Титана наполовину состоит из водяного льда и наполовину из каменистого материала. Хотя по составу он похож на Диону и Энцелад, он более плотный из-за гравитационного сжатия. Его масса составляет 1/4226 массы Сатурна, что делает его самым большим спутником из газовых гигантов по сравнению с массой его главной звезды. Он является вторым по относительному диаметру спутников после газового гиганта Титана, составляющего 1 / 22,609 диаметра Сатурна, Тритон больше по диаметру по сравнению с Нептуном в 1 / 18,092. [ нужна цитата ]

      Титан, вероятно, частично разделен на отдельные слои со скалистым центром протяженностью 3400 километров (2100 миль).[31] Этот скалистый центр окружен несколькими слоями, состоящими из различных кристаллических форм льда. [32] Его внутренняя часть может быть достаточно горячей для жидкого слоя, состоящего из «магмы», состоящей из воды и аммиака, между льдом Iчас корка и более глубокие слои льда, состоящие из форм льда под высоким давлением. Присутствие аммиака позволяет воде оставаться жидкой даже при температуре 176 К (-97 ° C) (для эвтектической смеси с водой). [33] Кассини зонд обнаружил доказательства слоистой структуры в виде естественных радиоволн сверхнизкой частоты в атмосфере Титана. Считается, что поверхность Титана плохо отражает чрезвычайно низкочастотные радиоволны, поэтому они могут вместо этого отражаться от границы жидкого льда под поверхностью океана. [34] Особенности поверхности наблюдались Кассини космический корабль будет систематически перемещаться на расстояние до 30 километров (19 миль) в период с октября 2005 года по май 2007 года, что предполагает, что кора отделена от внутренней части, и предоставляет дополнительные доказательства наличия внутреннего жидкого слоя. [35] Дополнительное подтверждение существования жидкого слоя и ледяной оболочки, отделенных от твердого ядра, исходит из того, как изменяется гравитационное поле, когда Титан вращается вокруг Сатурна. [36] Сравнение гравитационного поля с данными топографических наблюдений на основе RADAR [37] также предполагает, что ледяная оболочка может быть существенно жесткой. [38] [39]

      Считается, что спутники Юпитера и Сатурна образовались в результате совместной аккреции - процесса, аналогичного тому, который, как считается, сформировал планеты Солнечной системы. Когда образовались молодые газовые гиганты, они были окружены дисками из материала, которые постепенно сливались в луны. В то время как Юпитер обладает четырьмя большими спутниками на очень регулярных планетных орбитах, Титан в подавляющем большинстве доминирует в системе Сатурна и обладает высоким эксцентриситетом орбиты, который сразу не объясняется одной лишь совместной аккрецией. Предлагаемая модель формирования Титана состоит в том, что система Сатурна началась с группы лун, подобных галилеевым спутникам Юпитера, но они были разрушены серией гигантских ударов, которые в дальнейшем образуют Титан. Спутники Сатурна среднего размера, такие как Япет и Рея, образовались из обломков этих столкновений. Такое бурное начало могло бы также объяснить эксцентриситет орбиты Титана. [40]

      Анализ атмосферного азота Титана в 2014 году показал, что он, возможно, был получен из материала, аналогичного тому, который был обнаружен в облаке Оорта, а не из источников, присутствующих во время совместной аккреции материалов вокруг Сатурна. [41]

      Титан - единственная известная луна со значительной атмосферой [42], а его атмосфера - единственная богатая азотом плотная атмосфера в Солнечной системе, кроме Земли. Наблюдения за ним, сделанные в 2004 г. Кассини предполагают, что Титан - это «супервращатель», как и Венера, с атмосферой, которая вращается намного быстрее, чем его поверхность. [43] Наблюдения Путешественник космические зонды показали, что атмосфера Титана плотнее, чем у Земли, с поверхностным давлением около 1,45 атм. Она также примерно в 1,19 раза массивнее Земли в целом [44] или примерно в 7,3 раза массивнее в пересчете на площадь поверхности. Слои непрозрачной дымки блокируют большую часть видимого света от Солнца и других источников и скрывают детали поверхности Титана. [45] Более низкая гравитация Титана означает, что его атмосфера намного шире, чем у Земли. [46] Атмосфера Титана непрозрачна для многих длин волн, и в результате полный спектр отражения от поверхности невозможно получить с орбиты. [47] Так было до прибытия Кассини – Гюйгенс космического корабля в 2004 г., что были получены первые прямые снимки поверхности Титана. [48]

      Атмосферный состав Титана - азот (97%), метан (2,7 ± 0,1%), водород (0,1–0,2%) с небольшими количествами других газов. [14] Есть следовые количества других углеводородов, таких как этан, диацетилен, метилацетилен, ацетилен и пропан, и других газов, таких как цианоацетилен, цианистый водород, диоксид углерода, монооксид углерода, цианоген, аргон и гелий. [13] Считается, что углеводороды образуются в верхних слоях атмосферы Титана в результате реакций, возникающих в результате расщепления метана ультрафиолетовым светом Солнца, в результате чего образуется густой оранжевый смог. [49] Титан проводит 95% своего времени в магнитосфере Сатурна, что может помочь защитить его от солнечного ветра. [50]

      Энергия Солнца должна была преобразовать все следы метана в атмосфере Титана в более сложные углеводороды в течение 50 миллионов лет - короткий срок по сравнению с возрастом Солнечной системы. Это говорит о том, что метан должен пополняться резервуаром на самом Титане или внутри него. [51] Конечным источником метана в его атмосфере может быть его внутренняя часть, высвобождаемая в результате извержений криовулканов. [52] [53] [54] [55]

      3 апреля 2013 года НАСА сообщило, что сложные органические химические вещества, вместе называемые толинами, вероятно, возникают на Титане, основываясь на исследованиях, имитирующих атмосферу Титана. [56]

      6 июня 2013 года ученые IAA-CSIC сообщили об обнаружении полициклических ароматических углеводородов в верхних слоях атмосферы Титана. [57]

      30 сентября 2013 года пропен был обнаружен в атмосфере Титана агентством НАСА. Кассини космический корабль, используя свой композитный инфракрасный спектрометр (CIRS). [58] Это первый раз, когда пропен был обнаружен на любой луне или планете, кроме Земли, и это первое химическое вещество, обнаруженное CIRS. Обнаружение пропена заполняет загадочный пробел в наблюдениях, которые восходят к НАСА. Вояджер 1 Первый пролет космического корабля над Титаном в 1980 году, во время которого было обнаружено, что многие из газов, составляющих коричневую дымку Титана, были углеводородами, теоретически образовавшимися в результате рекомбинации радикалов, созданных солнечным ультрафиолетовым фотолизом метана. [49]

      24 октября 2014 года метан был обнаружен в полярных облаках на Титане. [59] [60]

      Температура поверхности Титана составляет около 94 К (-179,2 ° C). При этой температуре водяной лед имеет чрезвычайно низкое давление пара, поэтому небольшое количество водяного пара кажется ограниченным стратосферой. [61] Титан получает примерно на 1% больше солнечного света, чем Земля. [62] Прежде чем солнечный свет достигнет поверхности, около 90% света поглощается толстой атмосферой, оставляя лишь 0,1% света, получаемого Землей. [63]

      Атмосферный метан создает парниковый эффект на поверхности Титана, без которого Титан был бы намного холоднее. [64] И наоборот, дымка в атмосфере Титана способствует антипарниковому эффекту, отражая солнечный свет обратно в космос, устраняя часть парникового эффекта и делая его поверхность значительно холоднее, чем верхние слои атмосферы. [65]

      Облака Титана, вероятно, состоящие из метана, этана или другой простой органики, рассыпаны и изменчивы, подчеркивая общую дымку. [29] Выводы Гюйгенс зонда показывают, что атмосфера Титана периодически проливает на его поверхность жидкий метан и другие органические соединения. [67]

      Облака обычно покрывают 1% диска Титана, хотя наблюдались вспышки, при которых облачный покров быстро расширялся до 8%. Одна из гипотез утверждает, что южные облака образуются, когда повышенный уровень солнечного света в течение южного лета вызывает подъем атмосферы, что приводит к конвекции. Это объяснение осложняется тем фактом, что образование облаков наблюдалось не только после южного летнего солнцестояния, но и в середине весны. Повышенная влажность метана на южном полюсе, возможно, способствует быстрому увеличению размера облаков. [68] В южном полушарии Титана было лето до 2010 года, когда орбита Сатурна, которая управляет движением Титана, переместила северное полушарие Титана на солнечный свет. [69] Ожидается, что при смене сезонов этан начнет конденсироваться над южным полюсом. [70]

      Глобальная карта Титана - с надписями IAU (август 2016 г.).

      Титан - инфракрасные изображения (2004–2017 гг.)

      Поверхность Титана описывается как «сложная, обработанная флюидом, [и] геологически молодая». [71] Титан существует с момента образования Солнечной системы, но его поверхность намного моложе, от 100 миллионов до 1 миллиарда лет. Геологические процессы могли изменить поверхность Титана. [72] Атмосфера Титана в четыре раза толще Земли, [73] что затрудняет астрономическим приборам изображение ее поверхности в видимом спектре света. [74] Кассини космический корабль использовал инфракрасные приборы, радиолокационную альтиметрию и радиолокатор с синтезированной апертурой (РСА), чтобы нанести на карту части Титана во время его близких пролетов. Первые изображения показали разнообразную геологию, с неровными и гладкими участками. Есть объекты, которые могут иметь вулканическое происхождение, из-за которых вода, смешанная с аммиаком, выбрасывается на поверхность. Есть также свидетельства того, что ледяная оболочка Титана может быть достаточно жесткой, [38] [39], что предполагает небольшую геологическую активность. [75] Есть также полосатые детали, некоторые из которых имеют длину в сотни километров, которые, по-видимому, вызваны переносимыми ветром частицами. [76] [77] Исследование также показало, что поверхность относительно гладкая. Несколько объектов, которые кажутся ударными кратерами, по всей видимости, были заполнены дождем из углеводородов или вулканами. Радиолокационная альтиметрия показывает, что изменение высоты невелико, обычно не более 150 метров. Были обнаружены случайные перепады высот на 500 метров, и на Титане есть горы, которые иногда достигают высоты от нескольких сотен метров до более чем 1 километра. [78]

      Поверхность Титана отмечена широкими областями яркого и темного ландшафта. К ним относятся Занаду, большая отражающая экваториальная область размером с Австралию. Впервые он был идентифицирован на инфракрасных изображениях, полученных с космического телескопа Хаббл в 1994 году, а затем обнаружен Кассини космический корабль. Запутанный регион заполнен холмами и изрезан долинами и пропастями. [79] Местами он пересечен темными линиями - извилистыми топографическими особенностями, напоминающими гребни или расщелины. Они могут отражать тектоническую активность, что указывает на то, что Занаду геологически молод. В качестве альтернативы линеаменты могут представлять собой каналы, образованные жидкостью, что указывает на старую местность, прорезанную системами ручьев. [80] В других местах на Титане есть темные области аналогичного размера, наблюдаемые с земли и Кассини по крайней мере, одно из них, Лигейя-Маре, второе по величине море Титана, является почти чистым метановым морем. [81] [82]

      Озера Править

      Возможность углеводородных морей на Титане впервые была высказана на основании Вояджер 1 а также 2 данные, которые показали, что Титан имеет плотную атмосферу приблизительно правильной температуры и состава, чтобы поддерживать их, но прямые доказательства не были получены до 1995 года, когда данные Хаббла и других наблюдений предположили существование жидкого метана на Титане, либо в отключенных карманах, либо на масштаб океанов размером со спутник, подобный воде на Земле. [83]

      В Кассини миссия подтвердила прежнюю гипотезу. Когда зонд прибыл в систему Сатурна в 2004 году, возникла надежда, что углеводородные озера или океаны будут обнаружены по солнечному свету, отраженному от их поверхности, но изначально никаких зеркальных отражений не наблюдалось. [84] Рядом с южным полюсом Титана была обнаружена загадочная темная особенность, названная Онтарио Лакус [85] (позже было подтверждено, что это озеро). [86] Возможная береговая линия была также идентифицирована около полюса с помощью радиолокационных изображений. [87] После пролета 22 июля 2006 г., во время которого Кассини радар космического корабля отобразил северные широты (которые тогда были зимой), несколько больших, гладких (и, следовательно, темных для радаров) пятен, усеивающих поверхность около полюса. [88] Основываясь на наблюдениях, в январе 2007 года ученые объявили «окончательные доказательства наличия озер, заполненных метаном на спутнике Сатурна Титане». [89] [90] Кассини – Гюйгенс Команда пришла к выводу, что изображенные детали почти наверняка являются долгожданными углеводородными озерами, первыми стабильными телами поверхностной жидкости, обнаруженными за пределами Земли. [89] У некоторых есть каналы, связанные с жидкостью, и они лежат в топографических углублениях. [89] Особенности жидкой эрозии, по-видимому, возникли совсем недавно: каналы в некоторых регионах создали удивительно небольшую эрозию, что позволяет предположить, что эрозия на Титане идет чрезвычайно медленно, или некоторые другие недавние явления могли стереть более старые русла рек и формы рельефа. [72] В целом Кассини Радиолокационные наблюдения показали, что озера покрывают лишь небольшой процент поверхности, что делает Титан намного суше, чем Земля. [91] Большинство озер сосредоточено около полюсов (где относительное отсутствие солнечного света предотвращает испарение), но также было обнаружено несколько давних углеводородных озер в районах экваториальной пустыни, в том числе одно около Гюйгенс посадочная площадка в регионе Шангри-Ла, который составляет примерно половину размера Большого Соленого озера в штате Юта, США. Экваториальные озера, вероятно, являются «оазисами», то есть вероятным поставщиком подземных водоносных горизонтов. [92]

      В июне 2008 г. визуальный и инфракрасный картографический спектрометр на Кассини подтвердили наличие жидкого этана в озере Онтарио, вне всяких сомнений. [93] 21 декабря 2008 г. Кассини пролетел прямо над Онтарио-Лакус и наблюдал зеркальное отражение на радаре. Сила отражения насыщала приемник зонда, указывая на то, что уровень озера не изменился более чем на 3 мм (это означает, что либо поверхностные ветры были минимальными, либо углеводородная жидкость озера вязкая). [94] [95]

      8 июля 2009 г. Кассини VIMS наблюдал зеркальное отражение, указывающее на гладкую, похожую на зеркало поверхность, у того, что сегодня называется Цзинпо Лакус, озера в северном полярном регионе, вскоре после того, как этот район вышел из 15-летней зимней тьмы. Зеркальные отражения указывают на гладкую, зеркальную поверхность, поэтому наблюдение подтвердило вывод о наличии большого жидкого тела, полученного на основе радиолокационных изображений. [96] [97]

      Ранние радиолокационные измерения, проведенные в июле 2009 г. и январе 2010 г., показали, что Онтарио Лакус был чрезвычайно мелким, со средней глубиной 0,4–3 м и максимальной глубиной от 3 до 7 м (от 9,8 до 23,0 футов). [98] Напротив, Ligeia Mare в северном полушарии изначально была нанесена на карту до глубин, превышающих 8 м, максимальных различимых радиолокационными приборами и методами анализа того времени. [98] Более поздний научный анализ, выпущенный в 2014 году, более полно нанес на карту глубины трех метановых морей Титана и показал глубины более 200 метров (660 футов). Лигейя Маре в среднем имеет глубину от 20 до 40 м (от 66 до 131 фута), в то время как другие части Лигейя не зарегистрировал никакого радиолокационного отражения, что указывало на глубину более 200 м (660 футов). Хотя это только второе по величине метановое море Титана, Лигейя «содержит достаточно жидкого метана, чтобы заполнить три озера Мичиган». [99]

      В мае 2013 г. Кассини 'Радиолокационный альтиметр наблюдал каналы Титана Вид Флумина, определяемые как дренажная сеть, соединенная со вторым по величине углеводородным морем Титана, Лигейя-Маре. Анализ полученных эхо-сигналов высотомера показал, что каналы расположены глубоко (до

      570 м), с крутыми склонами, каньонами и имеют сильные зеркальные отражения от поверхности, которые указывают на то, что они в настоящее время заполнены жидкостью. Высота жидкости в этих каналах находится на том же уровне, что и в Лигейя-Маре, с точностью до 0,7 м по вертикали, что соответствует интерпретации затопленных речных долин. Зеркальные отражения также наблюдаются в притоках более низкого порядка, возвышающихся над уровнем Лигейя-Маре, что соответствует дренажу, впадающему в систему основных каналов. Вероятно, это первое прямое свидетельство наличия жидких каналов на Титане и первое наблюдение стометровых каньонов на Титане. Таким образом, каньоны Вид-Флумина затоплены морем, но есть несколько отдельных наблюдений, свидетельствующих о наличии поверхностных жидкостей, стоящих на больших высотах. [100]

      За шесть пролетов над Титаном с 2006 по 2011 гг. Кассини собрал данные радиометрического слежения и оптической навигации, по которым исследователи могли приблизительно сделать выводы об изменении формы Титана. Плотность Титана соответствует телу, состоящему примерно на 60% из камня и на 40% из воды. Анализ команды предполагает, что поверхность Титана может подниматься и опускаться на 10 метров на каждой орбите. Эта степень деформации предполагает, что внутреннее пространство Титана относительно деформируемо, и что наиболее вероятная модель Титана - это такая, в которой ледяная оболочка толщиной в десятки километров плавает над глобальным океаном. [101] Выводы команды вместе с результатами предыдущих исследований намекают, что океан Титана может находиться не более чем на 100 километров (62 мили) ниже его поверхности. [101] [102] 2 июля 2014 года НАСА сообщило, что океан внутри Титана может быть таким же соленым, как Мертвое море. [103] [104] 3 сентября 2014 года НАСА сообщило об исследованиях, предполагающих, что метановые дожди на Титане могут взаимодействовать со слоем ледяных материалов под землей, называемым «алканофером», с образованием этана и пропана, которые в конечном итоге могут поступать в реки и озера. [105]

      В 2016 году Кассини обнаружил первые свидетельства наличия на Титане каналов, заполненных жидкостью, в серии глубоких каньонов с крутыми склонами, впадающих в Лигейя-Маре. Эта сеть каньонов, получившая название Вид Флумина, имеет глубину от 240 до 570 м и имеет крутизну до 40 °. Считается, что они образовались либо поднятием земной коры, как Гранд-Каньон Земли, либо понижением уровня моря, либо, возможно, комбинацией этих двух. Глубина эрозии предполагает, что потоки жидкости в этой части Титана являются долговременными особенностями, сохраняющимися в течение тысяч лет. [106]

      Кратеры от удара Править

      Данные радара, SAR и изображений с Кассини обнаружили несколько ударных кратеров на поверхности Титана. [72] Эти удары кажутся относительно молодыми по сравнению с возрастом Титана. [72] Несколько обнаруженных ударных кратеров включают ударный бассейн с двумя кольцами шириной 440 километров (270 миль) под названием Менрва, который видел Кассини МКС в виде ярко-темного концентрического узора. [108] Также были обнаружены меньший кратер с плоским дном, шириной 60 километров (37 миль), названный Sinlap [109] и 30-километровый кратер (19 миль) с центральной вершиной и темным дном, названный Ksa. [110] Радар и Кассини изображения также выявили «кратерообразные», круглые особенности на поверхности Титана, которые могут быть связаны со ударами, но не имеют определенных особенностей, которые позволили бы установить точную идентификацию. Например, кольцо из яркого грубого материала шириной 90 километров (56 миль), известное как Гуабонито, было обнаружено Кассини. [111] Считается, что эта особенность представляет собой ударный кратер, заполненный темными отложениями, нанесенными ветром. Несколько других подобных особенностей наблюдались в темных регионах Шангри-ла и Аару. Радар заметил несколько круговых деталей, которые могут быть кратерами в ярком районе Ксанаду во время Кассини 30 апреля 2006 г. облёт Титана. [112]

      Многие из кратеров или вероятных кратеров Титана демонстрируют признаки обширной эрозии, и все они показывают некоторые признаки модификации.[107] Большинство крупных кратеров имеют проломы или неполные края, несмотря на то, что некоторые кратеры на Титане имеют относительно более массивные края, чем где-либо еще в Солнечной системе. Существует мало свидетельств образования палимпсестов в результате релаксации вязкоупругой коры, в отличие от других больших ледяных спутников. [107] У большинства кратеров отсутствуют центральные вершины и гладкое дно, возможно, из-за удара или более позднего извержения криовулканической лавы. Заливка от различных геологических процессов является одной из причин относительного недостатка кратеров на Титане, а также играет роль атмосферная защита. По оценкам, атмосфера Титана уменьшает количество кратеров на его поверхности в два раза. [114]

      Ограниченное радиолокационное покрытие Титана с высоким разрешением, полученное до 2007 г. (22%), свидетельствовало о наличии неоднородностей в распределении его кратеров. В Ксанаду в 2–9 раз больше кратеров, чем где-либо еще. Плотность ведущего полушария на 30% выше, чем плотность заднего полушария. Более низкая плотность кратеров наблюдается в районах экваториальных дюн и в северных полярных регионах (где углеводородные озера и моря наиболее распространены). [107]

      ПредварительноКассини модели траекторий и углов удара предполагают, что там, где ударник ударяется о корку водяного льда, небольшое количество выбросов остается в виде жидкой воды внутри кратера. Он может сохраняться в жидком виде столетиями или дольше, чего достаточно для «синтеза простых молекул-предшественников происхождения жизни». [115]

      Криовулканизм и горы Править

      Ученые давно предполагают, что условия на Титане напоминают условия на ранней Земле, хотя и при гораздо более низкой температуре. Обнаружение аргона-40 в атмосфере в 2004 году показало, что вулканы породили шлейфы «лавы», состоящей из воды и аммиака. [116] Глобальные карты распределения озера на поверхности Титана показали, что поверхностного метана недостаточно, чтобы объяснить его постоянное присутствие в его атмосфере, и, таким образом, значительная часть должна быть добавлена ​​в результате вулканических процессов. [117]

      Тем не менее, поверхностных структур, которые можно однозначно интерпретировать как криовулканы, мало. [118] Одна из первых таких особенностей, обнаруженных Кассини Радиолокационные наблюдения в 2004 году, названные Ganesa Macula, напоминают географические объекты, называемые «блины-купола», обнаруженные на Венере, и, таким образом, изначально считались криовулканическими по происхождению, пока Kirk et al. опроверг эту гипотезу на ежегодном собрании Американского геофизического союза в декабре 2008 года. Было обнаружено, что объект вовсе не является куполом, а возник в результате случайного сочетания светлых и темных пятен. [119] [120] В 2004 году Кассини также обнаружил необычно яркую деталь (названную Tortola Facula), которая была интерпретирована как криовулканический купол. [121] По состоянию на 2010 год не было обнаружено никаких подобных объектов. [122] В декабре 2008 года астрономы объявили об открытии двух кратковременных, но необычно долгоживущих «ярких пятен» в атмосфере Титана, которые кажутся слишком стойкими, чтобы их можно было объяснить простой погодой. закономерности, предполагающие, что они были результатом длительных криовулканических эпизодов. [33]

      Горный хребет размером 150 километров (93 мили) в длину, 30 километров (19 миль) в ширину и 1,5 километра (0,93 мили) в высоту был также обнаружен Кассини в 2006 году. Этот хребет находится в южном полушарии и, как полагают, состоит из ледяного материала и покрыт метановым снегом. Движение тектонических плит, возможно, под влиянием близлежащего ударного бассейна, могло открыть брешь, через которую материал горы поднялся вверх. [123] До Кассини, ученые предположили, что большая часть топографии на Титане будет ударными структурами, но эти находки показывают, что, как и на Земле, горы образовались в результате геологических процессов. [124]

      В 2008 году Джеффри Мур (геолог-планетолог из Исследовательского центра Эймса) предложил альтернативный взгляд на геологию Титана. Отмечая, что до сих пор на Титане не было однозначно идентифицировано вулканических образований, он утверждал, что Титан является геологически мертвым миром, поверхность которого формируется только за счет ударных кратеров, речной и эоловой эрозии, массового истощения и других экзогенных процессов. Согласно этой гипотезе, метан не испускается вулканами, а медленно диффундирует из холодных и твердых недр Титана. Ганеса Макула может быть разрушенным ударным кратером с темной дюной в центре. Горные хребты, наблюдаемые в некоторых регионах, можно объяснить как сильно деградировавшие уступы крупных многокольцевых ударных структур или как результат глобального сжатия из-за медленного охлаждения внутренней части. Даже в этом случае у Титана все еще может быть внутренний океан, состоящий из эвтектической водно-аммиачной смеси с температурой 176 К (-97 ° C), что достаточно мало, чтобы объяснить распад радиоактивных элементов в ядре. Яркая местность Занаду может быть деградированной, сильно изрезанной кратерами, подобной той, что наблюдается на поверхности Каллисто. Действительно, если бы не отсутствие атмосферы, Каллисто могла бы служить моделью для геологии Титана в этом сценарии. Джеффри Мур даже назвал Титаном Каллисто с погодой. [118] [125]

      В марте 2009 года было объявлено о структурах, напоминающих потоки лавы, в районе Титана под названием Хотей Аркус, яркость которого, кажется, колеблется в течение нескольких месяцев. Хотя многие явления были предложены для объяснения этого колебания, было обнаружено, что потоки лавы поднимаются на 200 метров (660 футов) над поверхностью Титана, что соответствует извержению из-под поверхности. [126]

      В декабре 2010 г. Кассини Команда миссии объявила о самом интересном криовулкане из всех найденных. Названный Сотра Патера, он входит в цепь, по крайней мере, из трех гор, каждая от 1000 до 1500 м в высоту, некоторые из которых увенчаны большими кратерами. Земля вокруг их оснований кажется покрытой ледяными потоками лавы. [127]

      Кратероподобные формы рельефа, возможно, образованные в результате взрывных, маароподобных или кальдерообразующих криовулканических извержений, были обнаружены в полярных регионах Титана. [128] Эти образования иногда бывают вложенными или накладываются друг на друга и имеют особенности, указывающие на взрывы и обрушения, такие как возвышенные гребни, ореолы и внутренние холмы или горы. [128] Полярное расположение этих объектов и их совместная локализация с озерами и морями Титана предполагает, что летучие вещества, такие как метан, могут помочь им в питании. Некоторые из этих особенностей кажутся довольно свежими, предполагая, что такая вулканическая активность продолжается до сих пор. [128]

      Большинство высочайших пиков Титана находятся вблизи его экватора в так называемых «хребтовых поясах». Считается, что они аналогичны складчатым горам Земли, таким как Скалистые горы или Гималаи, образованным в результате столкновения и изгиба тектонических плит, или зонам субдукции, таким как Анды, где лава (или криолава), поднимающаяся из тающей нисходящей плиты, поднимается до поверхность. Один из возможных механизмов их образования - это приливные силы Сатурна. Поскольку ледяная мантия Титана менее вязкая, чем магматическая мантия Земли, и поскольку его ледяная порода мягче, чем гранитная порода Земли, горы вряд ли достигнут таких же высот, как земные. В 2016 году команда Кассини объявила, что, по их мнению, самая высокая гора на Титане. Он расположен в хребте Митрим-Монтес, его высота составляет 3337 м. [129]

      Если вулканизм на Титане действительно существует, гипотеза состоит в том, что он вызван энергией, выделяющейся при распаде радиоактивных элементов в мантии, как это происходит на Земле. [33] Магма на Земле состоит из жидкой породы, которая менее плотна, чем твердая каменистая кора, через которую она извергается. Поскольку лед менее плотен, чем вода, водянистая магма Титана будет плотнее, чем его твердая ледяная кора. Это означает, что криовулканизм на Титане потребует большого количества дополнительной энергии для работы, возможно, за счет приливных изгибов от соседнего Сатурна. [33] Лед низкого давления, покрывающий жидкий слой сульфата аммония, всплывает вверх, и нестабильная система может вызвать драматические шлейфы. Поверхность Титана восстанавливается с помощью льда размером с зерно и золы сульфата аммония, что помогает создать ветер в форме ландшафта и особенности песчаных дюн. [130] Титан мог быть гораздо более геологически активным в прошлых моделях внутренней эволюции Титана, предполагающих, что кора Титана была всего 10 километров толщиной примерно до 500 миллионов лет назад, что позволило энергичному криовулканизму с низкой вязкостью водной магмы стереть все поверхностные особенности, сформированные ранее. то время. Современная геология Титана должна была сформироваться только после того, как кора утолщалась до 50 километров и, таким образом, препятствовала постоянному криовулканическому всплыванию, с любым криовулканизмом, происходящим с тех пор, производя гораздо более вязкую водную магму с более высокими фракциями аммиака и метанола, что также предполагает, что метан Титана не больше активно добавляется в его атмосферу и может быть полностью истощен в течение нескольких десятков миллионов лет. [131]

      Многие из наиболее выдающихся гор и холмов получили официальные названия от Международного астрономического союза. Согласно JPL, «По соглашению, горы на Титане названы в честь гор из Средиземья, вымышленного места действия в фантастических романах Дж. Р. Р. Толкина». Colles (коллекции холмов) названы в честь персонажей из тех же произведений Толкина. [132]

      Темный экваториальный ландшафт Править

      На первых изображениях поверхности Титана, сделанных наземными телескопами в начале 2000-х годов, были обнаружены большие области темной местности, расположенные по обе стороны экватора Титана. [133] До прибытия Кассиниэти районы считались морями жидких углеводородов. [134] Радиолокационные изображения, сделанные Кассини космический аппарат вместо этого показал, что некоторые из этих регионов представляют собой обширные равнины, покрытые продольными дюнами, высотой до 330 футов (100 м) [135], шириной около километра и длиной от десятков до сотен километров. [136] Дюны этого типа всегда совпадают со средним направлением ветра. В случае Титана устойчивые зональные (восточные) ветры сочетаются с переменными приливными ветрами (приблизительно 0,5 метра в секунду). [137] Приливные ветры являются результатом приливных сил Сатурна в атмосфере Титана, которые в 400 раз сильнее приливных сил Луны на Земле и имеют тенденцию направлять ветер к экватору. Было выдвинуто предположение, что эта ветровая картина приводит к постепенному накоплению гранулированного материала на поверхности в виде длинных параллельных дюн, выровненных с запада на восток. Дюны разбиваются вокруг гор, где меняется направление ветра. [ нужна цитата ]

      Первоначально предполагалось, что продольные (или линейные) дюны образованы умеренно переменными ветрами, которые либо следуют одному среднему направлению, либо чередуются между двумя разными направлениями. Последующие наблюдения показывают, что дюны указывают на восток, хотя климатическое моделирование показывает, что поверхностные ветры Титана дуют на запад. При скорости менее 1 метра в секунду они недостаточно мощны, чтобы поднимать и транспортировать наземный материал. Недавнее компьютерное моделирование показывает, что дюны могут быть результатом редких штормовых ветров, которые случаются только каждые пятнадцать лет, когда Титан находится в точке равноденствия. Эти штормы вызывают сильные нисходящие потоки, текущие на восток со скоростью до 10 метров в секунду, когда достигают поверхности. [138]

      «Песок» на Титане, вероятно, не состоит из мелких силикатов, таких как песок на Земле [139], а скорее мог образоваться, когда жидкий метан пролился дождем и разрушил водно-ледяную породу, возможно, в форме внезапных наводнений. В качестве альтернативы, песок мог также происходить из органических твердых веществ, называемых толинами, образовавшихся в результате фотохимических реакций в атмосфере Титана. [135] [137] [140] Исследования состава дюн в мае 2008 года показали, что они содержали меньше воды, чем остальная часть Титана, и, таким образом, скорее всего, образовались из органических сажей, подобных углеводородным полимерам, слипшихся после дождя на поверхности. [141] Расчеты показывают, что песок на Титане имеет плотность в одну треть от плотности земного песка. [142] Низкая плотность в сочетании с сухостью атмосферы Титана может привести к слипанию зерен из-за накопления статического электричества. «Липкость» может затруднить, как правило, слабый ветерок у поверхности Титана перемещать дюны, хотя более сильные ветры от сезонных штормов все еще могут дуть их на восток. [143]

      В период равноденствия сильные нисходящие порывы ветра могут поднимать с дюн твердые органические частицы микронного размера и создавать титановские пыльные бури, которые наблюдаются как интенсивные и кратковременные осветления в инфракрасном диапазоне. [144]

      Титан никогда не виден невооруженным глазом, но его можно наблюдать в небольшой телескоп или сильный бинокль. Любительские наблюдения затруднены из-за близости Титана к блестящему глобусу Сатурна и системе колец. Затеняющая полоса, закрывающая часть окуляра и используемая для блокировки яркой планеты, значительно улучшает обзор. [146] Титан имеет максимальную видимую величину +8,2, [12] и среднюю величину оппозиции 8,4. [147] Это сопоставимо с +4,6 для Ганимеда такого же размера в системе Юпитера. [147]

      Наблюдения за Титаном до начала космической эры были ограниченными. В 1907 году испанский астроном Хосеп Комас-и-Сола наблюдал потемнение к краям Титана, первое свидетельство того, что у тела есть атмосфера. В 1944 году Джерард П. Койпер использовал спектроскопический метод для обнаружения атмосферы метана. [148]

      Первым зондом, посетившим сатурнианскую систему, был Пионер 11 в 1979 году, когда выяснилось, что Титан, вероятно, слишком холоден, чтобы поддерживать жизнь. [149] Он сделал снимки Титана, включая Титан и Сатурн вместе в середине и конце 1979 года. [150] Качество вскоре превзошло их качество. Путешественники. [ нужна цитата ]

      Титан исследовали оба Вояджер 1 а также 2 в 1980 и 1981 годах соответственно. Вояджер 1Траектория была разработана для обеспечения оптимального пролета Титана, во время которого космический корабль смог определить плотность, состав и температуру атмосферы, а также получить точное измерение массы Титана. [151] Атмосферная дымка не позволяла получить прямое изображение поверхности, хотя в 2004 году интенсивная цифровая обработка изображений, полученных с помощью Вояджер 1оранжевый фильтр действительно обнаружил намёки на светлые и темные детали, теперь известные как Ксанаду и Шангри-ла [152], которые наблюдались в инфракрасном диапазоне с помощью космического телескопа Хаббла. Вояджер 2, который был бы направлен на пролет Титана, если бы Вояджер 1 не смог, не прошел возле Титана и продолжил свой путь к Урану и Нептуну. [151]: 94

      Кассини – Гюйгенс Редактировать

      Даже с учетом данных, предоставленных ПутешественникиТитан оставался загадкой - большой спутник, окутанный атмосферой, затрудняющей детальное наблюдение.

      В Кассини – Гюйгенс космический корабль достиг Сатурна 1 июля 2004 года и начал процесс картирования поверхности Титана с помощью радара. Совместный проект Европейского космического агентства (ESA) и NASA, Кассини – Гюйгенс оказалась очень успешной миссией. В Кассини Зонд пролетел над Титаном 26 октября 2004 года и сделал снимки с самым высоким разрешением, когда-либо существовавшим на поверхности Титана, всего на расстоянии 1200 километров (750 миль), различая участки света и тьмы, которые были бы невидимы для человеческого глаза. [ нужна цитата ]

      22 июля 2006 г. Кассини совершил свой первый целевой пролет с близкого расстояния в 950 километрах (590 миль) от Титана, ближайший пролет был на высоте 880 километров (550 миль) 21 июня 2010 года. [153] Жидкость была обнаружена в изобилии на поверхности на севере. полярный регион, в виде множества озер и морей, открытых Кассини. [88]

      Гюйгенс посадка Править

      Гюйгенс был атмосферным зондом, который приземлился на Титане 14 января 2005 г. [154] и обнаружил, что многие из его поверхностных элементов, похоже, были сформированы жидкостями в какой-то момент в прошлом. [155] Титан - самое удаленное от Земли тело, на поверхность которого приземлился космический зонд. [156]

      В Гюйгенс Зонд приземлился у самой восточной оконечности яркой области, которая теперь называется Адири. Зонд сфотографировал бледные холмы с темными «реками», спускающимися к темной равнине. В настоящее время считается, что холмы (также называемые высокогорьями) состоят в основном из водяного льда. Темные органические соединения, созданные в верхних слоях атмосферы ультрафиолетовым излучением Солнца, могут выпадать из атмосферы Титана. Они смываются с холмов метановым дождем и откладываются на равнинах в геологических временных масштабах. [157]

      После приземления Гюйгенс сфотографировал темную равнину, покрытую небольшими камнями и галькой, сложенными из водяного льда. [157] Два камня чуть ниже середины изображения справа меньше, чем они могут показаться: левый - 15 сантиметров в поперечнике, а тот, что в центре - 4 сантиметра в поперечнике, на расстоянии примерно 85 сантиметры от Гюйгенс. Есть свидетельства эрозии в основании скал, указывающие на возможную речную активность. Поверхность земли темнее, чем ожидалось, и состоит из смеси воды и углеводородного льда. [158]

      В марте 2007 года НАСА, ЕКА и КОСПАР решили назвать Гюйгенс посадочная площадка Мемориальная станция Юбера Куриена в память о бывшем президенте ЕКА. [159]

      Стрекоза Редактировать

      В Стрекоза Миссия, разработанная и управляемая Лабораторией прикладной физики Джона Хопкинса, будет запущена в июне 2027 года. [160] [161] Она состоит из большого беспилотного летательного аппарата, работающего на РИТЭГе, для полета в атмосфере Титана как New Frontiers 4. [162] [163] Его инструменты будут изучать, насколько далеко зашла химия пребиотиков. [164] Планируется, что миссия прибудет на Титан в 2034 году. [163]

      Предлагаемые или концептуальные миссии Править

      В последние годы было предложено несколько концептуальных миссий по возвращению роботизированного космического зонда на Титан. Для таких миссий НАСА, ЕКА и Лаборатория реактивного движения завершили первоначальную концептуальную работу. В настоящее время ни одно из этих предложений не стало финансируемой миссией. [ нужна цитата ]

      Системная миссия Титан Сатурн (TSSM) была совместным предложением НАСА / ЕКА по исследованию спутников Сатурна. [165] Он представляет собой воздушный шар, плавающий в атмосфере Титана в течение шести месяцев. Он конкурировал с предложением Europa Jupiter System Mission (EJSM) за финансирование. В феврале 2009 года было объявлено, что ESA / NASA отдали приоритет миссии EJSM перед TSSM. [166]

      Предлагаемый Titan Mare Explorer (TiME) представлял собой недорогой спускаемый аппарат, который приводнился в озере в северном полушарии Титана и плавал на поверхности озера от трех до шести месяцев. [167] [168] [169] Он был выбран для исследования проекта фазы A в 2011 году в качестве кандидата на участие в 12-й программе NASA Discovery Program [170], но не был выбран для полета. [171]

      Еще одна миссия к Титану, предложенная в начале 2012 года Джейсоном Барнсом, ученым из Университета Айдахо, - это летательный аппарат для наземной и воздушной разведки Титана (AVIATR): беспилотный самолет (или дрон), который будет летать через атмосферу Титана и делать снимки поверхности Титана в высоком разрешении. НАСА не одобрило запрошенные 715 миллионов долларов, и будущее проекта остается неопределенным. [172] [173]

      В конце 2012 года испанской частной инженерной фирмой SENER и Центром астробиологии в Мадриде был предложен концептуальный проект еще одного спускаемого аппарата на озеро. Концептуальный зонд называется «Титан-Лейк» с приводом от пробоотбора на месте (TALISE). [174] [175] Основное отличие от зонда TiME заключается в том, что TALISE имеет собственную двигательную установку и, следовательно, не будет ограничиваться простым дрейфом по озеру, когда он разбрызгивается. [174]

      Участник программы Discovery за миссию № 13 - это космический аппарат "Путешествие на Энцелад и Титан" (JET), астробиологический орбитальный аппарат Сатурна, который оценит потенциал обитаемости Энцелада и Титана. [176] [177] [178]

      В 2015 году программа NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) предоставила грант Фазы II [179] на исследование конструкции подводной лодки «Титан» для исследования морей Титана. [180] [181] [182] [183] ​​[184]

      Считается, что Титан представляет собой пребиотическую среду, богатую сложными органическими соединениями, [56] [185], но его поверхность глубоко заморожена при температуре –179 ° C (–290,2 ° F 94,1 K), поэтому жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, не может существовать на холодная поверхность Луны. [186] Однако кажется, что Титан содержит под своей ледяной панцирем глобальный океан, и в этом океане условия потенциально подходят для микробной жизни. [187] [188] [189]

      В Кассини – Гюйгенс миссия не была оборудована, чтобы предоставить доказательства биосигнатур или сложных органических соединений, она показала, что окружающая среда на Титане в некотором роде похожа на те, которые предполагались для исконной Земли. [190] Ученые предполагают, что атмосфера на ранней Земле была похожа по составу на нынешнюю атмосферу на Титане, за одним важным исключением - недостатком водяного пара на Титане. [191] [185]

      Образование сложных молекул Править

      Эксперимент Миллера-Юри и несколько последующих экспериментов показали, что в атмосфере, подобной атмосфере Титана, и с добавлением УФ-излучения могут образовываться сложные молекулы и полимерные вещества, такие как толины. Реакция начинается с диссоциации азота и метана с образованием цианистого водорода и ацетилена. Дальнейшие реакции были тщательно изучены. [192]

      Сообщалось, что когда энергия применялась к комбинации газов, подобных газам в атмосфере Титана, пять нуклеотидных оснований, строительные блоки ДНК и РНК, были среди многих произведенных соединений. Кроме того, были обнаружены аминокислоты, строительные блоки белка. Это был первый случай, когда нуклеотидные основания и аминокислоты были обнаружены в таком эксперименте без присутствия жидкой воды. [193]

      3 апреля 2013 года НАСА сообщило, что на Титане могут возникнуть сложные органические химические вещества, на основе исследований, имитирующих атмосферу Титана. [56]

      6 июня 2013 года ученые из IAA-CSIC сообщили об обнаружении полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в верхних слоях атмосферы Титана. [57]

      26 июля 2017 года ученые Кассини точно определили присутствие анионов углеродной цепи в верхних слоях атмосферы Титана, которые, по всей видимости, участвуют в производстве крупных сложных органических веществ. [194] Эти высокореактивные молекулы, как ранее было известно, вносят вклад в построение сложной органики в межзвездной среде, что подчеркивает, возможно, универсальную ступеньку для производства сложного органического материала. [195]

      28 июля 2017 года ученые сообщили, что акрилонитрил или винилцианид (C2ЧАС3CN), возможно, необходимый для жизни, поскольку он связан с формированием клеточной мембраны и структуры везикул, был обнаружен на Титане. [196] [197] [198]

      В октябре 2018 года исследователи сообщили о низкотемпературных химических путях от простых органических соединений до сложных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Такие химические пути могут помочь объяснить присутствие ПАУ в низкотемпературной атмосфере Титана и могут быть важными путями, с точки зрения мировой гипотезы ПАУ, в производстве предшественников биохимических веществ, связанных с жизнью, какой мы ее знаем. [199] [200]

      Возможные подземные среды обитания Править

      Лабораторное моделирование привело к предположению, что на Титане существует достаточно органического материала, чтобы начать химическую эволюцию, аналогичную тому, что, как считается, положило начало жизни на Земле. Аналогия предполагает присутствие жидкой воды в течение более длительных периодов времени, чем наблюдаемые в настоящее время. Некоторые гипотезы постулируют, что жидкая вода от удара может сохраняться под замороженным изоляционным слоем. [201] Также была выдвинута гипотеза, что океаны жидкого аммиака могут существовать глубоко под поверхностью. [187] [202] Другая модель предлагает раствор аммиака в воде на глубину до 200 километров (120 миль) под водно-ледяной корой с условиями, которые, хотя и являются экстремальными по земным стандартам, таковы, что жизнь может выжить. [188] Теплообмен между внутренним и верхним слоями будет иметь решающее значение для поддержания любой подповерхностной океанической жизни. [187] Обнаружение микробной жизни на Титане будет зависеть от его биогенных эффектов, с учетом атмосферного метана и азота. [188]

      Метан и жизнь на поверхности Править

      Было высказано предположение, что жизнь могла существовать в озерах жидкого метана на Титане, точно так же, как организмы на Земле живут в воде. [203] Такие организмы будут вдыхать H2 вместо O2, метаболизируйте его с ацетиленом вместо глюкозы и выдыхайте метан вместо углекислого газа. [189] [203] Однако такие гипотетические организмы должны будут метаболизировать при температуре глубокой заморозки -179,2 ° C (-290,6 ° F 94,0 K). [186]

      Все формы жизни на Земле (включая метаногены) используют жидкую воду в качестве растворителя. Предполагается, что жизнь на Титане может вместо этого использовать жидкий углеводород, такой как метан или этан, [204] хотя вода является более сильным растворителем, чем метан. [205] Вода также более химически активна и может разрушать большие органические молекулы в результате гидролиза. [204] Жизненная форма, растворителем которой был углеводород, не столкнется с риском разрушения ее биомолекул таким образом. [204]

      В 2005 году астробиолог Крис Маккей утверждал, что, если бы метаногенная жизнь действительно существовала на поверхности Титана, она, вероятно, оказала бы измеримое влияние на соотношение смеси в тропосфере Титана: уровни водорода и ацетилена были бы значительно ниже, чем ожидалось в противном случае. Если предположить, что скорость метаболизма аналогична скорости метаболизма метаногенных организмов на Земле, концентрация молекулярного водорода упадет в 1000 раз на поверхности Титана исключительно из-за гипотетического биологического стока. Маккей отметил, что, если жизнь действительно присутствует, низкие температуры на Титане приведут к очень медленным метаболическим процессам, которые, вероятно, можно ускорить за счет использования катализаторов, подобных ферментам. Он также отметил, что низкая растворимость органических соединений в метане представляет собой более серьезную проблему для любой возможной формы жизни. Формы активного транспорта и организмы с большим отношением поверхности к объему теоретически могут уменьшить недостатки, связанные с этим фактом. [203]

      В 2010 году Даррелл Штробел из Университета Джона Хопкинса выявил большее количество молекулярного водорода в верхних слоях атмосферы Титана по сравнению с нижними слоями, аргументируя это тем, что поток идет вниз со скоростью примерно 10 28 молекул в секунду и исчезает водород. вблизи поверхности Титана, как заметил Штробель, его результаты совпадали с эффектами, которые предсказал Маккей, если присутствовали метаногенные формы жизни. [203] [205] [206] В том же году другое исследование показало низкие уровни ацетилена на поверхности Титана, которые были интерпретированы МакКеем как согласующиеся с гипотезой организмов, потребляющих углеводороды. [205] Повторяя биологическую гипотезу, он предупредил, что другие объяснения открытий водорода и ацетилена более вероятны: возможности еще не идентифицированных физических или химических процессов (например, поверхностный катализатор, принимающий углеводороды или водород), или недостатки существующих моделей. материального потока. [189] Данные о составе и модели переноса должны быть подтверждены и т. Д. Даже в этом случае, несмотря на заявление о том, что небиологическое каталитическое объяснение было бы менее поразительным, чем биологическое, Маккей отметил, что открытие катализатора, эффективного при 95 К (- 180 ° C) все равно будет значительным. [189]

      Как отмечает НАСА в своей новостной статье о результатах июня 2010 года: «На сегодняшний день формы жизни на основе метана являются лишь гипотетическими. Ученые еще нигде не обнаружили эту форму жизни». [205] Как также говорится в заявлении НАСА: «некоторые ученые считают, что эти химические сигнатуры подтверждают аргумент в пользу примитивной, экзотической формы жизни или предшественника жизни на поверхности Титана». [205]

      В феврале 2015 года была смоделирована гипотетическая клеточная мембрана, способная функционировать в жидком метане при криогенных температурах (глубокая заморозка). Состоящий из небольших молекул, содержащих углерод, водород и азот, он будет иметь такую ​​же стабильность и гибкость, что и клеточные мембраны на Земле, которые состоят из фосфолипидов, соединений углерода, водорода, кислорода и фосфора. Эта гипотетическая клеточная мембрана была названа «азотосома», комбинация «азот», по-французски «азот», и «липосома». [207] [208]

      Препятствия Править

      Несмотря на эти биологические возможности, жизнь на Титане сталкивается с серьезными препятствиями, и любые аналогии с Землей неточны. На огромном расстоянии от Солнца Титан холоден, и в его атмосфере отсутствует CO.2. На поверхности Титана вода существует только в твердой форме. Из-за этих трудностей такие ученые, как Джонатан Лунин, рассматривали Титан не как вероятную среду обитания для жизни, а как эксперимент по проверке гипотез об условиях, которые преобладали до появления жизни на Земле. [209] Хотя сама жизнь может и не существовать, пребиотические условия на Титане и связанная с ними органическая химия по-прежнему представляют большой интерес для понимания ранней истории земной биосферы. [190] Использование Титана в качестве пребиотического эксперимента предполагает не только наблюдение с космического корабля, но и лабораторные эксперименты, а также химическое и фотохимическое моделирование на Земле. [192]

      Гипотеза панспермии Править

      Предполагается, что столкновения крупных астероидов и комет с поверхностью Земли могли привести к тому, что фрагменты нагруженной микробами породы покинули земную гравитацию, что предполагает возможность панспермии. Расчеты показывают, что они столкнутся со многими телами в Солнечной системе, включая Титан. [210] [211] С другой стороны, Джонатан Лунин утверждал, что любые живые существа в криогенных углеводородных озерах Титана должны быть настолько химически отличными от земной жизни, чтобы одно не могло быть предком другого. [212]

      Будущие условия Править

      Условия на Титане могут стать более пригодными для жизни в далеком будущем. Через пять миллиардов лет, когда Солнце станет красным гигантом, температура его поверхности может повыситься настолько, что Титан сможет поддерживать жидкую воду на его поверхности, делая его пригодным для жизни. [213] По мере уменьшения ультрафиолетового излучения Солнца, дымка в верхних слоях атмосферы Титана будет уменьшаться, уменьшая антипарниковый эффект на поверхности и позволяя парниковому эффекту, создаваемому атмосферным метаном, играть гораздо большую роль. Вместе эти условия могут создать обитаемую среду и могут сохраняться в течение нескольких сотен миллионов лет. Предполагается, что этого времени было достаточно для того, чтобы на Земле зародилась простая жизнь, хотя присутствие аммиака на Титане могло бы вызвать более медленные химические реакции. [214]


      ПОЧТОВЫЙ ЯЩИК: Почему на Титане такая атмосфера?

      «Меня интересует миссия НАСА с квадрокоптером-стрекозой на спутник Сатурна Титан. Как может луна с такой низкой гравитацией удерживать более толстую атмосферу, чем Земля? Это тот же самый механизм, который дает Венере ее толстую атмосферу?»

      Иззи - Алистер, это отличный вопрос. Титан - самый большой спутник Сатурна, и по размеру и массе он похож на нашу собственную Луну. Разница в том, что Титан намного холоднее, а более холодные молекулы движутся медленнее, что облегчает их удержание. На Титане минус 100 градусов по Цельсию. Однако наша луна имеет температуру около плюс 100 градусов по Цельсию, когда она освещена Солнцем. Таким образом, Титан может удерживать ту атмосферу, которую не может сделать Луна.

      Теперь, глядя на Венеру, Венера - намного большее тело и имеет более сильную гравитацию. Таким образом, даже несмотря на то, что он очень горячий и в нем есть эти энергичные молекулы, именно гравитация означает, что он может удерживаться в своей плотной атмосфере. Надеюсь, это ответ на ваш вопрос.


      Почему у Титана более низкая поверхностная гравитация, чем у Луны, когда Титан более массивен? - Астрономия

      Марс давно потерял большую часть своей атмосферы из-за солнечного ветра из-за отсутствия значимого электромагнитного поля. У Титана Сатурна есть атмосфера более плотная, чем у Земли, но Титан - меньшее тело, чем Марс. Почему солнечный ветер не унес атмосферу Титана?

      Грубо говоря, на расстоянии Сатурна мощность солнечного электромагнитного излучения на единицу площади и поток солнечного ветра достаточно низки, чтобы элементы и соединения, летучие на планетах земной группы, имели тенденцию накапливаться во всех трех фазах. Температура поверхности Титана также довольно низкая, около 90 К. Следовательно, массовые доли веществ, которые могут стать составляющими атмосферы, на Титане намного больше, чем на Земле.

      Фактически, современные интерпретации предполагают, что только около 70% массы Титана составляют силикаты, а остальная часть состоит в основном из различных льдов H2O и NH3-H2O (гидратов аммиака). NH3, который может быть первоначальным источником атмосферного N2 Титана, может составлять до 8% от массы NH3-H2O.

      Похоже, что большая часть первоначальной атмосферы была утеряна за геологическое время. Но с тех пор, как Титан начался с пропорционально большим изменчивым бюджетом, чем Земля или Марс, атмосферное давление на его поверхности остается почти в 1,5 раза выше земного. Возможно, что большая часть атмосферных потерь произошла в пределах 50 млн лет от аккреции из-за высокоэнергетического вылета легких атомов, уносящих большую часть атмосферы (событие гидродинамического сдувания). Такое событие могло быть вызвано эффектами нагрева и фотолиза более высокого выхода рентгеновских и ультрафиолетовых (XUV) фотонов на раннем Солнце.

      Мы действительно не знаем, почему только Титан имеет плотную атмосферу, а структурно похожие Ганимед и Каллисто - нет. Возможно, температура была слишком высокой (намного выше

      40K) в субнебуле Юпитера из-за большего выделения потенциальной гравитационной энергии, массы и близости к Солнцу, что значительно сокращает запасы гидрата NH3, накопленные Каллисто и Ганимедом. Образовавшаяся в результате атмосфера N2 могла быть слишком тонкой, чтобы выдержать воздействие атмосферной эрозии, которую выдержал Титан.

      В качестве альтернативы, столкновения комет могут высвободить больше энергии на Каллисто и Ганимед, чем на Титан, из-за более высокого гравитационного поля Юпитера. Более высокие энергии могут разрушить атмосферы Каллисто и Ганимеда, в то время как кометный материал создаст атмосферу Титана. Тем не менее, отношения D / H предполагают, что кометный вклад вряд ли будет основным источником атмосферы Титана.

      Как и в случае с Марсом, внутреннее магнитное поле Титана незначительно и, возможно, даже отсутствует. Кроме того, относительная скорость магнитного поля Сатурна и Титана фактически ускоряет реакции в атмосфере Титана, вместо того, чтобы защищать атмосферу от солнечного ветра.

      Если вы хотите узнать основные исследования и более подробную техническую информацию, я разместил их в виде совместной отредактированной записи в Интернете.

      Эта страница последний раз обновлялась 18 июля 2015 г.

      Об авторе

      Сунити Карунатиллаке

      Изучив основы физики в колледже Вабаш, Индиана, Сунити Карунатиллаке поступила на факультет физики в качестве докторанта в августе 2001 года. Однако зов планет, привитый в детстве документальными фильмами Карла Сагана и романами Артура Кларка. , был слишком силен, чтобы удерживать его там. Сунити пошла в ученики у Стива Скуайреса, чтобы стать исследователем планет. Он в основном использует данные гамма-спектрометра Mars Odyssey и марсоходов Mars Exploration Rovers для своего дипломного проекта по геохимии поверхности Марса, но часто полагается на синергию многочисленных дистанционных зондирований и наземных миссий, чтобы понять историю Марса. Сейчас он работает в Стоунибруке.


      Почему у Титана более низкая поверхностная гравитация, чем у Луны, когда Титан более массивен? - Астрономия

      Уолтер С. Кифер, Лунный и планетарный институт, Хьюстон, Техас

      Первоначально опубликовано в Справочном руководстве по космической науке, второе издание, Лунный и планетарный институт, 2003 г. Документ составлен в июле 2002 г.

      PDF-версия статьи.

      Биологи считают, что жизнь требует наличия какой-то жидкости, которая служит средой для химических реакций, необходимых для поддержания жизни. На Земле эту роль играет жидкая вода. Вода обладает некоторыми химическими свойствами, которые делают ее особенно благоприятной в качестве среды для жизни, хотя мы, вероятно, не должны исключать возможность того, что другие типы жидкости, такие как органические жидкости, могут играть эту роль в других типах биологии. Если жидкости действительно необходимы для жизни, то потенциальные места обитания для жизни во внешней Солнечной системе весьма ограничены. Было высказано предположение, что у Европы и Титана есть океаны, и поэтому они являются наилучшими кандидатами для жизни во внешней Солнечной системе.

      Европа

      1. Глобальный взгляд

      Как видно из этого глобального обзора, большая часть поверхности Европы покрыта серией темных полос. При исследовании НАСА & # 8217s Путешественник На космическом корабле в 1979 году природа этих полос была загадочной, но предполагалось, что они отражают какой-то вид разломов или другой тип деформации поверхности. Практическое отсутствие ударных кратеров указывает на то, что поверхность Европы довольно молода.

      2. Район клинья

      Наблюдения НАСА & # 8217s Галилео космические корабли с 1996 года обеспечивают гораздо более четкое представление о Европе. Это изображение с Галилео составляет 230 километров в поперечнике, и на нем более подробно показаны некоторые темные полосы. В некоторых случаях эти структуры можно увидеть как невысокие гребни или пары гребней. (Вы можете определить, является ли объект высоким или низким по характеру отбрасываемой им тени. На этом изображении освещение находится слева.) Темная полоса, которая начинается в центре нижнего края изображения и проходит к центру слева клиновидный. Эта клиновидная полоса, вероятно, образовалась в результате постепенного растекания поверхности Европы & # 8212, представьте себе, например, расширение, когда дверь открывается на петле. Как и на изображении 1, видно отсутствие кратеров от удара.

      3. Ледяные плоты.

      Это изображение Galileo имеет диаметр 42 километра и освещено справа. На нем изображена серия плотов & # 8220ice & # 8221, которые были сломаны и разбиты. Хотя мы видели признаки поверхностных движений на изображении 2, это изображение, безусловно, является наиболее ярким свидетельством больших движений блоков материала по поверхности Европы. Когда весной 1997 года ученые НАСА сообщили, что у них есть доказательства наличия океана под поверхностью Европы, это изображение было их «ружьем для курения» 8221. Интерпретация океана основана на убеждении, что существование такого большого бокового движения по поверхности требует наличия какого-то слоя, смазывающего поток на глубине.Эти ученые предполагают, что для этой смазки требуется жидкость, и, следовательно, поддерживают существование океана.

      В качестве возможного контрпримера рассмотрим физику, контролирующую тектонику плит на Земле. Как правило, температура увеличивается с увеличением глубины внутри планеты, и по мере того, как температура материалов увеличивается, они становятся менее вязкими (менее жесткими или, говоря проще, более мягкими). Поверхность Земли состоит из примерно 12 больших тектонических плит, которые перемещаются со скоростью до 10 сантиметров в год, вызывая все землетрясения, вулканическую активность и формирование горных поясов, происходящих на Земле. Эти плиты движутся по твердой мантии практически повсюду (мы знаем это из-за того, как сейсмические волны проходят через мантию). «Смазка» 8221, которая допускает все это движение и геологическую активность, на самом деле представляет собой твердую породу, которая просто более горячая и, следовательно, менее вязкая, чем скала над ней. Пример Земли демонстрирует, что мы должны учитывать возможность того, что движение, которое мы видим на Европе, смазывается теплым мягким льдом, а не жидким океаном.

      4. Регион Хаоса

      Это изображение с Галилео составляет 175 километров в поперечнике и освещено слева. Главная особенность - это область хаотически нарушенного ландшафта в форме рукавицы в центре изображения. Эта область хаоса накладывается на окружающие равнины и хребты, поэтому она должна быть самой молодой особенностью в этом регионе. Судя по рисунку солнечного света и теней по краю области хаоса, область хаоса немного возвышается по сравнению с окружающими равнинами. На западной (левой) стороне сооружения есть узкий желоб, отделяющий равнину от возвышенной хаотической местности. Подобные отряды хаоса можно найти во многих частях Европы. Некоторые ученые считают, что эти области образуются, когда подземный океан тает через относительно тонкую внешнюю ледяную оболочку. Другие ученые считают, что области хаоса поднимаются и разрушаются там, где диапир (& # 8220blob & # 8221) относительно теплого льда поднимается сквозь окружающую кору более холодного льда. Это изображение также пересекают многочисленные гребни. Относительный возраст этих гребней можно определить, наблюдая за пересечениями между гребнями (кажется, что более молодой гребень пересекает более старый гребень).

      5. Ударные кратеры

      На этом изображении показаны четыре самых больших ударных кратера, обнаруженных на Европе. Поскольку ударные кратеры врываются в кору планеты, они служат естественными образцами керна в структуре верхней коры. Как правило, глубина выемки кратера увеличивается с увеличением размера кратера. Другими словами, маленькие кратеры образуют неглубокие отверстия, а большие кратеры - более глубокие. Если падающий объект проникнет через твердую ледяную оболочку на Европе в нижележащий океан, внезапная потеря прочности материала в коре приведет к обрушению кратера (подумайте о & # 8220hole & # 8221, которая образуется, когда вы бросаете камень в пруд!). Судя по известным глубинам крупнейших кратеров на Европе, ледяной панцирь Европы остается твердым до глубины от 19 до 25 километров. Характер глубины кратера в зависимости от диаметра кратера предполагает, что ниже этой глубины находится либо океан, либо слой теплого (и, следовательно, мягкого и слабого) льда.

      6. Внутренняя структура

      На этом изображении показаны виды в разрезе внутренней структуры Европы. Наши текущие знания о недрах Европы основаны на наблюдениях за ее гравитационным и магнитным полями. Относительно высокая плотность Европы в 3,04 грамма на кубический сантиметр подразумевает, что она состоит в основном из камня и металла с относительно небольшим количеством водяного льда. Этот материал, вероятно, разделился на богатое металлами ядро ​​и богатую горными породами мантию с радиусом ядра от 500 до 1000 километров. На основе спектроскопических исследований известно, что поверхность Европы состоит преимущественно из водяного льда, вероятно, с примесью горных пород. Эта внешняя оболочка из водяного льда имеет толщину от 100 до 200 километров.

      В правой части изображения показаны два принципиально разных взгляда на природу ледяной раковины на Европе. Доступные данные гравиметрических наблюдений не показывают, является ли этот слой полностью твердым или на Европе есть подземный океан. Однако наблюдения магнитного поля действительно указывают на присутствие океана: соли, которые, вероятно, растворятся в таком океане, будут хорошими электрическими проводниками и, следовательно, изменят магнитное поле Юпитера в окрестностях Европы. Этот эффект был замечен Галилеем и является самым убедительным свидетельством существования подповерхностного океана внутри Европы. Этот океан должен быть распределен по всему миру. Твердый лед и скала не могут объяснить наблюдаемую магнитную сигнатуру.

      Магнитное свидетельство требует, чтобы толщина океана была не менее 10 километров, но не ограничивает жестко глубину, на которой этот океан начинается. Как отмечено в подписях к другим изображениям, геологические аргументы приводятся как для тонкого, так и для толстого слоя льда. В модели тонкого ледяного панциря толщина ледяного панциря может составлять всего 1 & # 82112 километров. В этой модели океан может часто прорваться на поверхность, и предполагается, что различные гребни и разломы связаны с приливными силами в океане. В модели толстой ледяной оболочки океан находится на гораздо большей глубине, по крайней мере, на 20 километров ниже поверхности. Есть ученые, которые страстно спорят о каждой модели. На мой взгляд, следы образования воронок (изображение 5) являются сильным препятствием в пользу относительно толстого ледяного панциря. Возможно, что тепловые импульсы действительно иногда создают области с тонкой ледяной оболочкой (например, области хаоса, показанные на изображениях 3 и 4). Однако такие области тонкого льда, вероятно, ограничены географически ограниченными регионами и короткими интервалами времени.

      Будущее исследование Европы

      НАСА рассматривало возможность миссии Europa Orbiter, которая могла бы предоставить более четкие доказательства природы подповерхностного океана Европы. Орбитальный аппарат будет использовать очень длинноволновый радар, чтобы попытаться увидеть сквозь лед подстилающий океан. Радар, установленный на космическом корабле "Шаттл" в 1981 году, смог "заглянуть" под пустыню Сахара и обнаружить древние речные русла, которые сейчас погребены под 1–2 метрами песка. На «Аполлоне-17» радарная система смогла просмотреть верхний километр скалы и отобразить захороненные потоки лавы на Луне. Аналогичные радары планируется запустить к Марсу в 2003 и 2005 годах для получения изображений подповерхностного распределения воды и льда.

      Europa Orbiter также будет нести высотомер для точного измерения формы Европы. Форма меняется на протяжении орбиты вокруг Юпитера из-за приливной деформации. Величина приливной деформации зависит от того, находится ли океан прямо под поверхностью или Европа тверда повсюду. Таким образом, точные измерения формы Европы могут дать подробную информацию о структуре подземного океана. Орбитальный аппарат Europa Orbiter также будет собирать дополнительные изображения с высоким разрешением и данные гравиметрических наблюдений Европы. Юпитер окружен очень сильными радиационными поясами, опасными для космических кораблей. Космический корабль "Галилео" погружался глубоко в радиационные пояса всего на несколько дней каждые несколько месяцев. Напротив, орбитальный аппарат Europa Orbiter будет подвергаться сильному излучению в течение гораздо более длительного периода времени. Из-за высокой стоимости разработки космического корабля, способного выдержать такое излучение (возможно, один миллиард долларов), предлагаемая миссия в настоящее время приостановлена.

      Титан

      7. Изображение Титана "Вояджер"

      Титан - самый большой из спутников Сатурна. Имея радиус 2575 километров, это вторая по величине луна во всей Солнечной системе и больше, чем планеты Меркурий и Плутон. Титан - единственный спутник в Солнечной системе, имеющий значительную атмосферу. На поверхности атмосферное давление составляет 1,6 бара (на 60% выше, чем на Земле), а температура составляет 94 Кельвина. Атмосфера состоит в основном из азота, как на Земле, а также включает некоторое количество метана и, возможно, аргона. Также присутствуют следовые количества водорода и многих органических молекул. Некоторые из этих соединений образуют толстый слой дымки в верхних слоях атмосферы Титана. В видимом диапазоне длин волн эта дымка делает невозможным видеть поверхность Титана. Ультрафиолетовое излучение Солнца может разрушать молекулы метана, и образующиеся атомы водорода могут быть потеряны в космосе. Остатки метана могут образовывать более тяжелые органические соединения, такие как этан и ацетилен. Даже при низких температурах Титана этан является жидкостью и может образовать океан на поверхности Титана. За время существования Солнечной системы мог образоваться океан из этана толщиной в несколько сотен метров, вероятно, с растворенным в нем некоторым количеством метана. Фактическое распределение этана, будь то на поверхности океана или в подземных полостях, в настоящее время неизвестно. Инфракрасные изображения Титана, полученные космическим телескопом Хаббла, показывают структуру ярких и темных областей, которые, по мнению некоторых ученых, могут быть связаны с океанами и континентами. Радиолокационные наблюдения Титана также намекают на возможность существования океанов и континентов.

      8. Зонд "Кассини" на Титане

      В Кассини космический аппарат был запущен в октябре 1997 года и прибудет к Сатурну в июле 2004 года. В начале 2005 года зонд изучит состав и физические свойства атмосферы и поверхности Титана. Если зонд приземлится в этановом океане, он сможет плавать. Кассини также будет использовать радар для картографирования частей поверхности Титана, а также будет изучать атмосферу Сатурна, кольца, магнитное поле и другие спутники в период с 2004 по 2008 год.

      Для дальнейшего изучения

      Книги и статьи

      Битти, Дж. Келли, Кэролайн Коллинз Петерсон и Эндрю Чайкин, редакторы, Новая Солнечная система, 4-е издание, Sky Publishing Corp., 1999, 421 страница.

      Маккензи, Дана, «Есть ли жизнь подо льдом?», Astronomy, август 2001 г., стр. 32–37.

      Паппалардо, Роберт Т., Джеймс У. Хед и Рональд Грили, «Скрытый океан Европы», Scientific American, октябрь 1999 г., стр. 54-63.

      Шенк, Пол, «Океаны, ледяные раковины и жизнь на Европе», Планетарный отчет, ноябрь / декабрь 2002 г., стр. 10-15.

      Стоун, Ричард, "Восток: поиски жизни под антарктическим ледником", Смитсоновский институт, июль 2000 г., стр. 92-102.


      Титан

      Титан - пятнадцатый из известных спутников Сатурна и самый большой:

      В греческой мифологии Титаны были семьей гигантов, детьми Урана и Гайи, которые стремились править небесами, но были свергнуты и вытеснены семьей Зевса.

      Обнаружен Христианом Гюйгенсом в 1655 году.

      Долгое время считалось, что Титан был самым большим спутником в Солнечной системе, но недавние наблюдения показали, что атмосфера Титана настолько толстая, что его твердая поверхность немного меньше, чем у Ганимеда. Тем не менее, Титан больше в диаметре, чем Меркурий, и больше и массивнее Плутона.

      Вид с поверхности Одной из основных задач миссии "Вояджер-1" было исследование Титана. "Вояджер-1" подошел к поверхности в пределах 4000 км. За несколько минут этого пролета мы узнали больше, чем за предыдущие 300 лет. Затем, в конце 2004 года, орбитальный аппарат "Кассини" начал серию близких встреч с Титаном, получая данные с помощью многих инструментов. А в январе 2005 года зонд Гюйгенс действительно приземлился на поверхность Титана и отправил обратно изображения с поверхности.

      По объемному составу Титан похож на Ганимед, Каллисто, Тритон и (вероятно) Плутон, то есть наполовину водяной лед и наполовину скалистый материал. Вероятно, он разделен на несколько слоев со скалистым центром площадью 3400 км, окруженным несколькими слоями, состоящими из различных кристаллических форм льда. внутри все еще может быть жарко. Хотя по составу он похож на Рею и остальные спутники Сатурна, он более плотный, потому что он настолько велик, что его сила тяжести немного сжимает его внутреннюю часть.

      Один из всех спутников Солнечной системы, Титан имеет значительную атмосфера. На поверхности его давление превышает 1,5 бара (на 50% выше, чем у Земли). Он состоит в основном из молекулярного азота (как и Земля & # 8217) с содержанием не более 6% аргона и нескольких процентов метана. Интересно, что есть также следовые количества по меньшей мере дюжины других органических соединений (например, этана, цианистого водорода, диоксида углерода) и воды. Органические вещества образуются, когда метан, который преобладает в верхних слоях атмосферы Титана, разрушается солнечным светом. Результат похож на смог над большими городами, но намного гуще. Во многом это похоже на условия на Земле в начале ее истории, когда жизнь только зарождалась. Но именно из-за этой плотной туманной атмосферы трудно увидеть поверхность Титана.

      Титан не имеет магнитного поля и иногда вращается вокруг магнитосферы Сатурна. Поэтому он подвергается прямому воздействию солнечного ветра. Это может ионизировать и уносить некоторые молекулы из верхних слоев атмосферы. Это также может влиять на некоторые особенности химии Титана.

      На поверхности температура Титана составляет около 94 К (-290 F). При этой температуре водяной лед не сублимируется, поэтому в атмосфере мало водяного пара. Тем не менее, похоже, что в конечном результате происходит много химии, и конечный результат очень похож на очень густой смог.

      В атмосфере Титана есть рассеянные переменные облака в дополнение к общей глубокой дымке. Эти облака, вероятно, состоят из метана, этана или другой простой органики. Другие более сложные химические вещества в небольших количествах должны отвечать за оранжевый цвет, если смотреть из космоса. Анализ данных Гюйгенса многое расскажет нам о деталях химического состава атмосферы.

      До прибытия Кассини & # 8217 казалось вероятным, что облака вызовут дождь из этана или метана на поверхность, возможно, произведя & # 8220океан& # 8221 глубиной до 1000 метров. Однако, похоже, это не так, по крайней мере, в настоящее время. Вряд ли можно сомневаться в том, что на Титане происходят какие-то активные процессы, там мало кратеров, если они вообще видны, что указывает на то, что поверхность должна быть очень молодой. Но может случиться так, что & # 8220lakes & # 8221 более слякоть, чем жидкость, или что бассейны не всегда заполнены жидкостью. Предварительные результаты Гюйгенса показывают, что, хотя реки и озера на Титане в настоящий момент кажутся сухими, дождь, возможно, шел не так давно. Имеются явные свидетельства «осаждения, эрозии, механического истирания и другой речной активности». Кроме того, Кассини обнаружил свидетельства существования вулкана особого вида на Титане, который может объяснить некоторые необычные особенности атмосферы Титана.

      Мы начинаем получать некоторое представление о поверхности Титана, комбинируя данные из всех доступных источников. Крупные наземные обсерватории, работающие в инфракрасном диапазоне, могут видеть некоторые детали, как и космический телескоп Хаббла. На них изображен огромный яркий & # 8220континент & # 8221 (предварительно названный & # 8220Xanadu & # 8220) в полушарии Титана, обращенный вперед по своей орбите, и некоторые более темные области, которые напоминают океаны или озера. Инфракрасные изображения Cassini & # 8217 с гораздо более высоким разрешением (внизу справа, щелкните для анимации) показывают те же структуры более подробно. Крупные планы Гюйгенса (слева) показывают то, что похоже на дренажные каналы и береговую линию.

      Эти наблюдения также подтверждают, что вращение Титана на самом деле синхронно, как и большинство других спутников Сатурна.

      ИК-камера Кассини обнаружила странное и пока необъяснимое яркое пятно на поверхности Титана.

      Титан - сложный объект для изучения. Инструменты Кассини специально разработаны для проникновения сквозь дымку, его радарный картограф может видеть сквозь нее, а изображения Гюйгенса ясно показывают поверхность. Но изображения орбитального аппарата все еще разочаровывающе расплывчаты, а изображения Гюйгенса немногочисленны и охватывают лишь крошечную область. Анализ этих данных займет некоторое время. Титан - очень странное место.


      Семьсот лье под метановыми морями Титана

      Марс, Шмарс, этот путешественник с нетерпением ждет поездки на подводной лодке под айсбергами на странный спутник Сатурна.

      Облака метана, движущиеся через крайние северные районы крупнейшего спутника Сатурна, Титана, в 2016 году. Видео NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Univ. Аризона Кредит.

      Что может быть увлекательнее полета на вертолете над марсианскими пустынями? Как насчет того, чтобы сыграть капитана Немо на большом туманном спутнике Сатурна Титане - исследовать глубины метанового океана, уворачиваться от углеводородных айсбергов и исследовать древнюю, холодную береговую линию из органической слизи в миллиардах миль от Солнца?

      Это видения, которые недавно проносились в моей голове. В наши дни взоры человечества устремлены на Марс. Колонна роботов, после полугода пребывания в космосе, одна за другой падала на орбиту или прямо на землю Красной планеты, как самолеты, приближающиеся к J.F.K. Среди груза вертолет, на котором космонавты в кресле с нетерпением ждут полета над марсианскими песками.

      Но мое собственное внимание было отвлечено на дальние уголки Солнечной системы известием о том, что Kraken Mare, океан метана на Титане, недавно был измерен на глубину и, вероятно, опустился как минимум на 1000 футов. Это настолько глубоко, насколько атомные подводные лодки могут позволить себе заходить. Эта новость возродила мои мечты о том, что я считаю самой романтичной из космических миссий: о путешествии по океанам Титана и, в конечном итоге, даже под ними.

      «Глубина и состав каждого из морей Титана уже были измерены, за исключением самого большого моря Титана, Kraken Mare, которое не только имеет громкое имя, но и содержит около 80 процентов жидкостей на поверхности Луны», - сказал Валерио Поджиали, научный сотрудник. в Корнельском центре астрофизики и планетологии. Доктор Поджиали - ведущий автор статьи, описывающей новые измерения глубины, в Журнале Американского геофизического союза.

      НАСА недавно объявило, что в 2026 году запустит беспилотник под названием Dragonfly к луне Сатурна. Также были распространены предложения об орбитальном аппарате, плавающем зонде, который может приводиться в озере, и даже о роботизированной подводной лодке.

      «Подводная лодка Титан все еще идет», - сказал доктор Поджиали в электронном письме, хотя это вряд ли произойдет до следующего лета Титана, около 2047 года. К тому времени, по его словам, будет больше окружающего света, и подводная лодка, вероятно, сможет общаться на прямая линия на Землю без необходимости в радиорелейной орбите.

      В некоторых отношениях Титан - самое странное место в Солнечной системе, а также мир, больше всего похожий на наш. Как и Земля, у нее плотная атмосфера, состоящая в основном из азота (единственная луна, на которой вообще есть большая часть атмосферы), и, как и Земля, на ней есть погода, дожди, реки и моря.


      Ответы и ответы

      Я думаю. могло ли это быть результатом какой-то тектонической активности? Учитывая, что теперь опустевшие озера находятся в пределах одной общей территории, то есть.

      https://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/multimedia/pia10654.html
      Эта старая статья НАСА подтверждает, что на Титане существует тектоническая активность, хотя и немного отличается от земной.

      Я не специалист в этой области, но мое понимание ситуации таково, что гидрология на Титане осложняется тем фактом, что и этан, и метан могут существовать во всех трех состояниях в преобладающих там условиях, и, следовательно, оба участвуют в гидрологический цикл на Титане. Это контрастирует с гидрологией на современной Земле, где только вода демонстрирует такое поведение. Не совсем понятно, могут ли сезонные колебания температуры или атмосферного давления на Титане изменить относительные количества этана и паров метана в атмосфере и в какой степени.

      Этан и метан имеют существенно разные свойства: жидкий этан (## C_2H_6 ##) с более высокой молекулярной массой, чем метан (## CH_4 ##), менее летуч, чем жидкий метан, и, следовательно, с меньшей вероятностью испаряется из этана. / метановая смесь, присутствующая в теле жидкости на поверхности Титана. Таким образом, возможно, что озера и пруды, наблюдаемые на Титане северным летом, имеют разное количество этана / метана по сравнению с более прохладными частями сезонного цикла.

      Некоторые исследования (https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01718104, https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2014/pdf/2371.pdf) предполагают существование карстовых (растворенных) геологических форм. на Титане, и что пруды и озера, образовавшиеся в таких областях, могут подвергаться медленному дренажу за счет растворения / просачивания в окружающие породы (в основном водяной лед). Скорость растворения субстрата может быть разной для этана и метана.

      Таким образом, может показаться, что на Титане могут присутствовать по крайней мере два механизма сжатия этановых / метановых озер и прудов.


      Смотреть видео: Steaua Mai Masiva Decat Intregul Sistem Solar (November 2022).