Титан: подробно о спутнике Сатурна

Титан, самая большая луна Сатурна и единственная луна в солнечной системе, которая, как известно, имеет облака и плотную атмосферу.

Это единственное тело кроме Земли, которое, как известно, в настоящее время имеет жидкость на своей поверхности. Он был обнаружен с помощью телескопа в 1655 году голландским ученым Кристианом Гюйгенсом.

Это первый спутник планеты, который был обнаружен после четырех галилеевых спутников Юпитера. Луна названа в честь титанов греческой мифологии, которые включают Кронос (приравнивается к римскому богу Сатурну) и его 11 братьев и сестер. В наземном телескопе Титан выглядит как почти безликий коричневато-красный шар, поверхность которого постоянно покрыта густой дымкой. Он больше, чем планета Меркурий и более массивный чем Плутон. Во многом, он больше напоминает планету, чем обычную луну.

Титан вращается вокруг Сатурна на среднем расстоянии 1221850 км. На один оборот уходит 15,94 земных дня. Его вращение является синхронным, так что он всегда одной стороной к Сатурну и всегда движется с одной и той же гранью на своей орбите.

Диаметр твердого тела Титана составляет 5150 км, что примерно на 120 км меньше, чем у луны Юпитера Ганимеда, самой большой луны в Солнечной системе. Однако, если учесть его сотни километров атмосферы, Титан намного превосходит Ганимед по размерам.

Относительно низкая средняя плотность Титана, равная 1,88 грамма на кубический см, означает что его внутренняя часть представляет собой смесь каменистых и ледяных материалов, причем последняя включает аммиак, смешанный с водой, метаном и возможно, слои жидкости, покрытые твердой, в основном, ледяной коркой. Скалистое ядро может лежать в центре и простираться до, возможно, 80 процентов от общего радиуса. По своим объемным свойствам Титан напоминает другие крупные ледяные спутники внешней солнечной системы, такие как Ганимед, Каллисто и самую большую луну Нептуна, Тритон.

Атмосфера Титана

Изображение Атмосфера ТитанаСостав

Атмосфера Титана была впервые обнаружена спектроскопически в 1944 году астрономом Джерардом П. Койпером, который нашел доказательства поглощения метана солнечным светом. Однако исследования преломления (изгиба) радиоволн в атмосфере, проведенные во время полета Вояджера 1 в 1980 году, показали, что молекулы метана должны составлять лишь несколько процентов от общего числа молекул в атмосфере.

Сравнение инфракрасных и радио данных Voyager показало, что атомы и молекулы, составляющие атмосферу, имеют среднюю молекулярную массу 28,6 атомных единиц массы. Таким образом, Voyager правильно определил наиболее вероятный основной компонент — молекулярный азот (средняя молекулярная масса 28), хотя также мог присутствовать некоторый атомный аргон (средняя молекулярная масса 36).

Другими составляющими, обнаруженными Voyager в атмосфере Титана посредством поглощения ультрафиолетового света от Солнца, были молекулярный водород и многие углеродсодержащие молекулы, которые, как полагают, были получены солнечным ультрафиолетовым светом, действующим на метан и азот на больших высотах. К ним относятся монооксид углерода, диоксид углерода и органические газы этан, пропан, ацетилен, этилен, цианистый водород, диацетилен, метилацетилен, цианоацетилен и цианоген, все они наблюдаются в небольших количествах.

Структура атмосферы

Атмосфера Титана сходна с атмосферой Земли как по преобладанию газообразного азота, так и по поверхностному давлению, которое примерно на 1,5 бара, или на 50 процентов выше, чем давление уровня моря на Земле.

Атмосфера Титана, однако, намного холоднее, имеет температуру на поверхности 94 К (-290 °F, -179° C) и не содержит свободного кислорода. Тропосфера, аналогичная земной, простирается от поверхности Титана до высоты 42 км, где достигается минимальная температура 71 К (-332 °F, -202° C). Облака азота отсутствуют, по-видимому, потому что температура всегда выше точки конденсации азота.

Первоначальные данные с космического корабля Кассини-Гюйгенс, который начал исследовать систему Сатурна в 2004 году, показывают, что метан действительно является второстепенным компонентом атмосферы, но очень важным, возможно, играющим роль, аналогичную роли водяного пара в тропосфере Земли.

Около поверхности Титана около 5 процентов молекул атмосферы составляют метан, доля которого уменьшается с высотой. (Для сравнения: нижняя атмосфера Земли в среднем содержит около 1% водяного пара.)

Когда Кассини впервые столкнулся с Титаном, он наблюдал значительный выброс облаков метана над южной полярной областью Титана. Позже в ходе миссии была обнаружена гораздо большая система облаков над северной полярной областью. Меньшие, более переходные облака наблюдались в умеренных зонах. Существуют косвенные свидетельства того, что метановый «дождь» иногда выпадает в осадок у поверхности.

Слой атмосферы

Титан имеет тонкий атмосферный слой с примерно постоянной температурой над тропосферой, за которым следует обширная стратосфера высотой от 50 до 200 км, где температура неуклонно возрастает с высотой максимум от 160 до 180 К (- От 172 до -136° F, от -113 до -93° C).

Исследования преломления звездного света в верхних слоях атмосферы Титана показывают, что температура остаются в этом диапазоне до высоты 450 км, а наблюдения космического корабля за передачей солнечного ультрафиолетового света дают аналогичные значения на еще больших высотах.

Дымка Титана

Затуманенная дымка Титана, вероятно, состоит из аэрозоля сложных органических твердых веществ, которые непрерывно генерируются солнечным ультрафиолетовым светом, падающим на азотно-метановую атмосферу.

Титан: подробно о спутнике СатурнаЭти мелкие частицы поглощают солнечную радиацию и составляют глубокий коричневато-красный оттенок. Чрезвычайно распространенные в атмосфере Титана, они существенно плотные даже на высотах до 300 км и давления ниже одного миллибара.

Зонд Гюйгенса наблюдал частицы тумана, когда он спускался через тропосферу, до высоты около 30 км. Размеры частиц, вероятно, лежат в диапазоне 0,1 микрометра. Существуют свидетельства того, что они подвергаются сезонным изменениям плотности, становясь все более толстыми в летнем полушарии Титана, что говорит о том, что они являются формой естественного «смога», образованного под действием солнечного излучения. Солнечный нагрев слоев частиц создает слой инверсии температуры в стратосфере Титана, предотвращая рассеяние слоя смога в результате конвекции.

Считается, что частицы тумана медленно оседают в атмосфере и накапливаются на поверхности Титана. Количество, произведенное за всю историю Титана, рассчитывается как эквивалент непрерывного слоя органических твердых веществ, покрывающего всю поверхность на глубину не менее сотен метров.

Химия атмосферы Титана и наличие сложных органических соединений позволяют предположить, что Луна может быть лабораторией для изучения типов органических молекул и химических процессов, которые привели к возникновению жизни на Земле четыре миллиарда лет назад.

Атмосфера Титана, богатая азотом, считается не изначальной, а скорее вторичной атмосферой, подобной атмосфере Земли. Вероятно, она возникла в результате фотохимической диссоциации аммиака — обильного льда во внешней солнечной системе — на молекулярный азот и водород. Способность большой луны, такой как Титан, впоследствии сохранять существенную атмосферу в течение миллиардов лет зависит от тонкого баланса между поверхностной гравитацией, атмосферной молекулярной массой и солнечным нагревом.

Сезоны на Титане

Поскольку склонение Солнца в небе Титана изменяется в диапазоне почти 60 градусов в течение сатурнианского года, составляющего почти 30 земных лет, ожидается, что Титан будет демонстрировать сезонные изменения в атмосфере и на поверхности.

Изображение Сезоны на ТитанеВо время основной миссии Кассини в 2004–2008 годах, которая проходила в северных полярных регионах, где была зима, наблюдалось больше облаков и озер. Облака в умеренных зонах наблюдались только в южном полушарии. Существовали признаки того, что эта ситуация изменится, по крайней мере частично, по мере приближения равноденствия в 2010 году, и впервые появились облака в северных умеренных зонах.

Поверхность Титана

Мало что было известно о поверхности Титана до миссии Кассини-Гюйгенса. Поскольку дымка луны частично прозрачна для ближнего инфракрасного света, более ранние телескопические исследования, использующие это свойство, смогли показать, что поверхность не является однородной.

Снимки, сделанные в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью космического телескопа Хаббла в 1994 году, показали яркую область размером с континент, позже названную Ксанаду Регио, на лицевой стороне Титана.

Когда космический корабль Кассини вращался вокруг Сатурна, он провел многочисленные наблюдения во время серии близких облетов Титана, начавшейся в конце 2004 года. 14 января 2005 года входной зонд Гюйгенс стал первым космическим кораблем, который приземлился на поверхности планеты во внешней солнечной системе.

Миссия Кассини-Гюйгенс показала, что поверхность Титана достаточно молода по планетарным меркам и наблюдается только несколько крупных кратеров. Поверхность состоит из трех основных типов местности: яркие, шероховатые области, темные области, которые богаты водяным льдом и темные области, которые покрыты полями дюн.

Поверхность состоит в основном из водяного льда, углеводородов и возможно, метана и аммиачного льда. Имеются данные о недавней конденсации льдов на поверхности Титана, возможно, в результате активных геологических процессов. Хотя Кассини не наблюдал активных вулканов, были обнаружены рельефы, которые могут быть ледяными вулканами.

Изображение Поверхность ТитанаПоверхность Титана, как и поверхность Земли, вылеплена ветром и возможно также дождем (в форме жидкого метана). «Речные» каналы, покрытые темными залежами углеводородов, иногда протекают вдоль разломов, а иногда с обширными притоками. Температура поверхности и давление поверхности Титана близки к тройной точке метана (температура и давление, при которых вещество может сосуществовать в виде жидкости, твердого вещества и газа). Таким образом, роль метана на Титане может быть аналогична роли воды на Земле. То есть, он может быть основным агентом эрозионных процессов.

Экваториальные и умеренные районы Титана имеют обширные области дюн, образованных выдувным песком, богатым органическими соединениями. Космический корабль Кассини обнаружил обширную систему озер, заполненных жидкими углеводородами в северной полярной области. Меньшее озеро Онтарио Лакус с сокращающейся береговой линией наблюдается в южной полярной области. Отражения Солнца наблюдались на озерах, которые подтверждают, что они заполнены жидкостями, а не льдом или песком.

Жмите кнопку «Поделиться» в соцсетях, чтобы не потерять информацию

Комментарии
Загрузка...

Здравствуйте! Мы используем куки для наилучшего представления нашего сайта. Вы видите это сообщение во исполнение нами Федерального закона от 27.07.2006 N 152-ФЗ "О персональных данных". Закрыть Читать далее