НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Научные Статьи
Исследования Сатурна - NASA
Песчаные дюны вместо морей Титана

    Титан - самый крупный спутник Сатурна - весит в 20 раз больше всех остальных спутников, вместе взятых. Это второй по величине спутник планеты в Солнечной системе: его диаметр 5150 км - больше, чем у Меркурия. Радиус его орбиты 1,222 млн километров. Открыт в 1655 г. Х. Гюйгенсом. Плотность Титана - 1880 кг/м3. Его внутреннее строение похоже на строение юпитерианских спутников Ганимеда и Каллисто, т.е. у него есть каменное ядро и ледяная мантия. Из-за более низкой, чем у спутников Юпитера, температура, при которой проходило его образование, Титан может содержать летучие льды - аммиачный и метановый.

Дюны, криовулканы, реки и облака Титана

    Группа исследователей под руководством планетолога доктора Ральфа Лоренца (Ralph Lorenz) из Университета Аризоны в Тусоне (University of Arizona, Tucson) открыли огромные ряды длинных параллельных дюн на крупнейшей луне Сатурна - Титане. Материалом послужили радарные изображения, переданные автоматическим межпланетным зондом Cassini. Открытые образования представляют собой тёмные гряды песка в 100 км длиной, которые напоминают ряды высоких дюн в юго-западной Африке и Саудовской Аравиив. Дюны Титана имеют 100-150 метров в высоту и отделены друг от друга расстоянием в 1-2 км. Дюны вблизи экватора заполняют область в 1500 километров шириной. По словам астрономов, они возникли под воздействием ветра, который прежде считали слишком слабым, чтобы влиять на ландшафт. Из-за удаленности от Солнца нагрев и охлаждение не способны создавать в атмосфере спутника сильных колебаний плотности, которые приводят в движение воздушные массы на Земле или Венере. Главной причиной ветра на Титане называют приливные силы, связанные с притяжением Сатурна.

Песчаные дюны Титана
Дюны вблизи экватора заполняют область в 1500 км шириной. По словам астрономов, они возникли под воздействием ветра, который прежде считали слабым. Главной причиной ветра на Титане называют приливные силы, связанные с притяжением Сатурна.
Дюны, криовулканы и облака на Титане
Это изображение показывает яркую западную часть Ксанаду. (темные области - более гладкие поверх-ности). Обзор получен 30 апреля 2006. Справа видны узкие, извилистые каналы; слева - экваториальные дюны; в центре - возвышенности Ксанаду.
Реки Титана

    Существование дюн свидетельствует о процессе эрозии, для которого требуется ветер. По оценке Лоренца и коллег, для создания дюн в условиях Титана, поверхностные ветры должны дуть со скоростью приблизительно 1,8 км/ч. Дюны не рассыпаются, поскольку гравитация самого спутника слишком слаба. Из чего они состоят, пока неясно: с равной вероятностью это могут быть замерзшие частицы углеводородов или водяного льда. По вычислениям исследователей, типичные зерна песка Титана примерно в 3 раза больше, чем песчинки в пустынях на Земле. Из чего состоит титанический песок, пока неизвестно. Из данных о составе Титана очевидно. Лоренц и его коллеги предполагают два варианта состава этого загадочного песка: органические твердые частицы, типа сложных углеводородов, или мелкие песчинки из метанового льда. Как бы то ни было, механизм образования песчинок неясен. Ранее песчаные дюны были обнаружены, кроме Земли, на Марсе и Венере.
    Миссия Cassini-Huygens - совместный проект NASA, Европейского космического агенства ( ESA) и Итальянского космического агентства (ASI) – уже дала массу ценного материала о Юпитере, Сатурне и их спутниках. Cassini и его две бортовых камеры были спроектированы, разработаны и собраны в Jet Propulsion Laboratory (Лаборатории реактивного движения) Калифорнийского технологического института в Пасадене ( California Institute of Technology, Pasadena). Обработка получаемых изображений производится в Космическом институте в Боулдере, Колорадо, США. Особенно ценные сведения про Титан собрал европейский аппарат Huygens, 14 января 2005 года впервые в истории севший на его поверхность. Фотографии, сделанные в ходе снижения и на месте посадки, показали, что Титан во многом схож с Землей. До отправки к Титану зондов Huygens и Cassini ученые надеялись, что найдут на нем "моря" и "реки" из сжиженных газов. Тем не менее, аппарат Huygens не нашел в окрестностях места своего приземления никаких признаков жидкостей, а Cassini не удалось сфотографировать настоящих водоемов. Сейчас астрономы обсуждают перспективу найти океан, скрытый под слоем льда, на спутнике Юпитера Европе.
    Титан похож на другие планеты в Солнечной системе не только пескоп и дюнами, но и вулканами (криовулканами), а также на спутнике Сатурна были зарегистрированы облака. Климат Титана намного сильнее связан с ландшафтом, чем земной, считают американские ученые. Они попробовали объяснить закономерности в появлении и исчезновении облаков, основываясь на снимках, переданных аппаратом Cassini. Поскольку съемка велась одновременно в нескольких областях спектра, по ультрафиолетовым данным удалось восстановить трехмерную картину атмосферы. Метановые облака до сих пор удавалось увидеть только около полюсов и в полосе между 40-й и -40-й параллелями, а в остальных местах их не бывает почти никогда. Считается, что в "облачных" областях регулярно идут дожди и испаряются водоемы, однако у веществ, из которых состоят облака, должны быть и другие источники. Ученые предполагают, что в окрестностях экватора расположено большинство криовулканов, которые выбрасывают в атмосферу воду, метан и аммиак. Все эти компоненты вместе составляют не больше пяти процентов от общего состава атмосферы, но облака могут образовываться только из них. Остальные 95 процентов - азот, для конденсации которого на Титане недостаточно холодно.
    Метан, присутствующий в атмосфере Титана, образуется, вероятнее всего, в результате геологических процессов, происходящих на спутнике Сатурна. К такому выводу пришли ученые после предварительного анализа информации, собранной приборами зонда "Гюйгенс". На Земле метан образуется в результате биологических или геологических процессов. Изучая показания приборов зонда "Гюйгенс", специалисты попытались выяснить, как образуется метан на Титане. Наличие молекул метана в атмосфере спутника Сатурна представляло собой загадку, поскольку этот газ распадается в верхних слоях атмосферы Титана под воздействием солнечного света. Если бы озера Титана были единственным источником метана, этот газ исчез бы из атмосферы спутника Сатурна в течение 100 млн. лет, что, учитывая возраст Титана, 4,5 млрд. лет, - совсем небольшой срок. Компоненты молекул метана взаимодействуют друг с другом и с атмосферным азотом, формируя более тяжелые молекулы, - так образуется оранжевый туман, окутывающий Титан. Поскольку средняя температура на Титане примерно минус 180 градусов по Цельсию, тяжелые соединения конденсируются и выпадают на его поверхность в виде осадков. Доктор Хассо Нейманн (Hasso Niemann) из центра космических полетов имени Годдарда, вместе с коллегами изучил показания газового хроматографа и масс-спектрометра (GCMS), установленного на зонде "Гюйгенс", чтобы проверить биологическую версию происхождения метана. Углерод в молекулах метана присутствует в виде изотопов 12С и 13С. В молекулах живых организмов наблюдается главным образом изотоп 12С - следовательно, его присутствие в молекулах метана могло бы свидетельствовать о существовании жизни на Титане. Но изотоп 12С не был обнаружен в метане, содержащемся в атмосфере спутника Сатурна.

Первый криовулкан от КА Cassini на Титане
Результаты анализа фотографий оказались неожиданными для большинства исследователей. На сним-ках, сделанных в инфракрасных лучах сквозь плотный слой облаков, разглядели темное куполообразное образование диаметром около 30 километров.
Криовулканы Титана

    При контакте с поверхностью Титана масс-спектрометр GCMS зафиксировал увеличение числа молекул метана на 40%, и этот уровень сохранялся в течение 50 мин. По мнению авторов исследования, это явление объясняется присутствием жидкого метана, смешанного с веществом грунта Титана, и подтверждает геологическую версию происхождения метана в атмосфере Титана. "Мы установили, что метан, содержащийся в атмосфере Титана, имеет не биологическое происхождение. Следовательно, он образуется в результате геологических процессов", - комментирует доктор Нейманн.
    Еще летом 2005 года аппарат Cassini обнаружил на Титане первый "холодный вулкан", но не смог найти никаких признаков метановых рек и озер. Результаты анализа фотографий оказались неожиданными для большинства исследователей. На снимках, сделанных в инфракрасных лучах сквозь плотный слой облаков, разглядели темное куполообразное образование диаметром около 30 километров, поверхность которого покрыта замерзшим метаном. Скорее всего, жидкий метан поступает из "горячих" глубин планеты, затем превращается в лед на вершине горы и медленно испаряется. Метан - вторая (после азота) составляющая атмосферы Титана, которая также содержит в заметных количествах воду и аммиак. Будучи легким газом, он непрерывно "выветривается" в межпланетное пространство, и ученые давно пытались понять, за счет каких источников его концентрация не убывает.
    Долгое время считалось, что спутник Сатурна покрыт сетью рек и озер из жидких углеводородов. В пользу этой версии говорили и первые снимки, на которых сеть резко очерченных пятен соединена темными "каналами". Анализ показал, что эти детали ландшафта неспособны отражать свет, как должны были бы вести себя метановые резервуары. Теперь исследователи считают полосы руслами исчезнувших водоемов. Существование вулканов обосновывали тем, что в атмосфере присутствуют пары таких "высококипящих" соединений, как вода и аммиак, которые не могли бы самостоятельно испариться с охлажденной до -180 градусов Цельсия поверхности Титана. Согласно одной из версий, миссия Huygens-Cassini застала "сухой период" на Титане. Извержение вулкана приводит к обильным дождям и заполнению рек, которые вскоре испаряются и исчезают.


Подведение итогов миссии "Huygens"

    После 7 летнего путешествия на борту космического аппарата Cassini исследовательский зонд Huygens отделился от него 25 декабря 2004 года. Он достиг верхних слоев атмосферы Титана 14 января 2005 года и совершил посадку на поверхности спутника Сатурна после спуска на парашюте в течении 2 часов и 28 минут. Четкие фотографии поверхности были получены с высоты ниже 40 км - открывшие необычный мир, сходный с Землей во многих отношениях, особенно в метеорологии, геоморфологии и в "речной" активности. Изображения показали строгое свидетельство эрозии. Зонд опускался над границей между ярким ледяным районом, и темной территорией похожей на реку. Huygens совершил посадку в области темной территории. Частицы гравия из замерзшей воды диаметром несколько сантиметров были разбросаны около места посадки, а поверхность имела консистенцию мокрого песка.
    Было установлено, что ветры дуют преимущественно в направлении вращения Титана, с запада на восток, со скоростью до 450 км/ч на высоте 120 км. Ветры успокаиваются с уменьшением высоты, и после изменяют направление около поверхности. Неожиданный слой атмосферы с высоким сдвигом ветра встречался на высоте между 100 и 60 км. Huygens также удивил ученых обнаружением второго нижнего слоя ионосферы между 140 и 40 км с пиком электропроводимости около 60 км и оборудование зонда могло также записать сигнатуру молнии. Легкий туман был обнаружен на всем пути вниз к поверхности, в противоположность предсказаний сделанным до исследований зонда Huygens. Ранее считалось, что атмосфера будет свободна от тумана в низшей стратосфере, на высоте менее 60 км. Однако туман оказался достаточно прозрачным для получения хороших фотографий поверхности, начиная с 40 км. Huygens дал возможность изучить атмосферу и поверхность, а также произвел первый забор и анализ органических соединений и аэрозоли, находящейся ниже 150 км, непосредственно на Титане. В ходе этих исследований было подтверждено присутствие сложных органических соединений в газовой и твердой фазах, это подкрепило идею, что Титан многообещающее место для изучения химических процессов.
    На поверхности спутника Сатурна был также обнаружен Аргон 40, его присутствие показывает, что Титан испытал в прошлом, а возможно испытывает и в настоящее время, внутреннюю геологическую активность. Снимки сделанные аппаратом позволили больше выяснить о роли метана в формировании поверхности Титана. Помимо этого учеными были обнаружены признаки криовулканической активности. Huygens также произвел исследования содержания в атмосфере изотопов углерода и азота. Содержание на Титане изотопов углерода 12C/13C свидетельствует о непрерывном или периодическом пополнении метана в атмосфере, однако следов биологически активных систем обнаружить не удалось. Содержание изотопов азота 14N/15N позволило ученым сделать вывод, что атмосфера Титана в ранний период существования была в пять раз более плотной, чем сейчас.

Самая детальная информация контекстная реклама яндекс директ у нас.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru