Далекий спутник титан: сюрприз или очередная загадка солнечной системы

Метки

Адсорбция
Библия
Броуновское движение
Вращение Земли
Гравитационная постоянная
Гравитация
Граница Мохоровичича (Мохо)
Давление света
ЗЭТ
Закон Всемирного Тяготения
Землетрясение
Землетрясения
Земля
Ломоносов
Магнитные полюса
Масса
Планеты
Почему не падают облака
Смена магнитных полюсов
Солнце
Тепловой терминатор
Трансформатор Тесла
Тунгусский метеорит
Фотонно-квантовая гравитация
Эффект Мёссбаура
гравитон
детонация
зона электрических токов
крафон
магнитное поле Земли
молекулярно-кинетическая теория
постоянная гравитации
притяжение
серебристые облака
температура
теплота
теплота трение
термон
тяготение
фотон
электромагнитные волны
эффект гравитационного смещения

Атмосфера спутника Титан

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

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

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

Атмосфера Титана в ложном цвете

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

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

Физические характеристики[править]

Общие сведенияправить

Внутреннее строение планеты Сатурн

Влияние Энцелада на магнитосферу Сатурна

Сатурн состоит, в основном, из газа (водород и гелий) и не имеет привычной нам твёрдой поверхности. Относится к типу газовых планет.
Экваториальный радиус планеты равен 60300 км, полярный радиус — 54000 км; Сатурн — наиболее сплющенная планета Солнечной системы. Масса планеты в 95 раз превышает массу Земли, однако средняя плотность Сатурна составляет всего 0,69 г/см³, что делает её самой разреженной планетой Солнечной системы и единственной планетой, чья средняя плотность меньше воды.
Один оборот вокруг оси Сатурн совершает за 10 часов и 39 минут.

Атмосфераправить

Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 93 % из водорода (по объёму) и на 7 % — из гелия (по сравнению с 11 % в атмосфере Юпитера). Имеются примеси метана, водяного пара, аммиака и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских.
По данным «Вояджеров», на Сатурне дуют самые сильные ветры в Солнечной системе, аппараты зарегистрировали скорости воздушных потоков 500 м/с. Ветра дуют, в основном, в восточном направлении (по направлению осевого вращения). Их сила ослабевает при удалении от экватора; при удалении от экватора появляются также и западные атмосферные течения. Ряд данных указывают, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 тыс. км. Кроме того, измерения «Вояджера-2» показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы.
В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы. Аналогичные объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечной системы (см. Большое красное пятно на Юпитере, Большое тёмное пятно на Нептуне). Гигантский «Большой белый овал» появляется на Сатурне примерно один раз в 30 лет, в последний раз он наблюдался в 1990 году (менее крупные ураганы образуются чаще).
Не до конца понятным на сегодняшний день остается такой атмосферный феномен Сатурна, как «Гигантский гексагон». Он представляет собой устойчивое образование в виде правильного шестиугольника с поперечником 25 тыс. километров, которое окружает северный полюс Сатурна.
В атмосфере обнаружены мощные грозовые разряды, полярные сияния, ультрафиолетовое излучение водорода.

Внутреннее строениеправить

В глубине атмосферы Сатурна растут давление и температура и водород постепенно переходит в жидкое состояние. На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (а давление достигает около 3 миллионов атмосфер). Циркуляция электротоков в металлическом водороде создает магнитное поле (гораздо менее мощное, чем у Юпитера). В центре планеты находится массивное ядро из тяжёлых материалов. См. схему внутреннего строения Сатурна.

Самые крупные спутники

Орбита Сатурна богата на крупные космические тела. Шестерка самых крупных лун Сатурна входит в пятнадцать самых крупных космических тел (за исключением планет) солнечной системы.

Все самые крупные луны Сатурна имеют схожее происхождение и структуру. Отличительная их особенность – гравитационное влияние на кольца планеты. Ниже представлено описание самых крупных представителей орбиты, а также некоторые их особенности.

Титан

Открывает список самых крупных спутников — Титан. Титан является вторым по величине спутником в Солнечной системе, уступая по размеру лишь спутнику Юпитера Ганимеду.

Титан обладает мощной атмосферой, состоящей в основном из азота. Диаметр – около 5200 километров. Масса Титана внушительна и самая большая среди лун Сатурна (95% массы спутников планеты принадлежит Титану). Примечательно то, что он во многом похож на Землю. Обладает единственным телом в Солнечной системе кроме Земли, на котором доказано существование жидкости. Данный факт породил большое количество обсуждений в научном мире на предмет существования микроорганизмов на Титане. Температура на Титане составляет около -170 — -180 градусов по Цельсию. Расстояние до Титана от Сатурна составляет 1 миллион 200 тысяч километров. Период обращения вокруг Сатурна – 16 дней.

Титан

Рея

Рея – второй по величине спутник Сатурна. Схема расположения спутников Сатурна изображает Рею как внешний спутник, то есть, находящийся вне кольцевой системы планеты.

Рея представляет собой ледяное тело с небольшими примесями горных пород, именно поэтому плотность его невелика – 1,3 кг/см3. Атмосфера состоит преимущественно из двухатомного кислорода и углекислого газа. Поверхность Реи усеяна кратерами, которые локализованы по размеру.

Одна категория кратеров не превышает и 20 км в диаметре, а другая – 30 — 40 км, что говорит о метеоритном происхождении.

Размеры спутников Сатурна

Япет

Япет – третий по величине спутник Сатурна. До присвоения ему собственного названия имел обозначение как Сатурн VIII. Имеет ряд особенностей:

1. Передняя часть Япета черная, а задняя белая. При этом задняя часть по яркости- вторая в Солнечной системе, уступает по этому показателю Европе – спутнику Юпитера.
2. Малая плотность, которая свидетельствует о нахождении на нем жидкости в виде льда.
3. Одна из двух лун Сатурна, которая находится под углом к экватору планеты (15,47 градусов).
4. По поверхности проходит горный хребет, известный как «стена Япета».

Диона

Еще один из спутников – гигантов.

Диона по своему составу похожа на Рею.

Поверхность образована за счет льда, а под его поверхностью, согласно предположениям, выдвинутым после недавнего получения сведений с аппарата «Кассини», возможно нахождение океана либо отдельных озер.

Спутники Сатурна

Тефия

Тефия – спутник планеты Сатурн, по физическим характеристикам похожий на Рею и Диону. Происхождение его связано с газопылевым облаком, витавшим вокруг планеты, сразу же после образования.

Поверхность Тефии, так же, как и поверхность схожих с ней Реи и Дионы, испещрена кратерами. При этом кратеры на поверхности Тефии, так же, как и на поверхности Реи и Дионы локализованы, происхождение их схоже.

По поверхности Тефии проходит гигантский разлом, размеры которого 2000 км в длину и 100 км ширину.

Тефия

Энцелад

Шестой по величине спутник Сатурна. Диаметр около 500 километров. Поверхность Энцелада обладает самой высокой способностью к отражению солнечного света, что опять же свидетельствует о составе поверхности. Плотность невысокая из-за преобладания льда в составе спутника.

Отличительная способность Энцелада – ледовый вулканизм, свидетельствующий о наличии под поверхностью воды в жидком состоянии.

Энцелад

Мимас

Еще одна из лун Сатурна крупного размера. Название получил в честь титана из греческой мифологии. Диаметр около 400 километров, является самым малым космическим телом в Солнечной системе, имеющим округлую форму из-за собственной гравитации.

Мимас

Поверхность и строение Япета

Япет довольно крупный – его средний диаметр составляет 1468 км, то есть 11.5% земного. После Титана и Реи он на третьем месте по величине среди всех спутников Сатурна.

Средняя плотность составляет всего 1.088 г/см3, и это говорит от том, что Япет в основном состоит из льда – в нём всего 20% горных пород.

На поверхности Япета много кратеров разных размеров. Самый большой называется Тургис, он имеет глубину 15 км, а в длину тянется на 580 км.

Стена Япета

Одна из самых заметных деталей на поверхности этого спутника Сатурна – горная цепь, которая тянется по всему экватору и опоясывает его полностью. Эта цепь называется «стена Япета», и это одна из загадок Солнечной системы.

Высота горной цепи достигает 13 км, а ширина – 20 км. Общая её протяжённость составляет 1300 км.

Стена Япета — гигантская горная цепь. опоясывающая спутник по экватору.

Происхождение Стены Япета пока остаётся загадкой. Одна из теорий основана на том, что раньше Япет вращался гораздо быстрее, и был уплощен на полюсах. С замедлением вращения он как бы распрямился, а по экватору произошло выпячивание породы.

По другой теории Япет в прошлом мог иметь поблизости собственный ледяной спутник небольшого размера, который был разорван гравитацией. Образовавшийся материал собрался в кольца Япета в плоскости экватора. Постепенно весь лед из собственного кольца выпал на поверхность, образовав горный хребет.

Пока ни одна из теорий не подтверждена достаточно убедительно, поэтому требуются дальнейшие исследования.

Двуликий Япет

Разная окраска полушарий делает Япет уникальным в Солнечной системе. Хотя такой эффект есть и у некоторых других спутников Сатурна, но у них он гораздо слабее. У Япета же разность альбедо достигает 10-кратной величины – у светлого полушария 0.5, а у тёмного – 0.05.

Учёные долгое время, порядка 3 веков, не могли понять, почему Япет такой светлый с одной стороны, и такой тёмный с другой. При этом светлая область немного больше и занимает 60% всей поверхности. Границы между ними размытые и рваные, то есть нет никакого ровного перехода. К тому же, на светлом полушарии встречаются небольшие тёмные участки, а на тёмном – светлые.

Тёмные и светлые области Япета не имеют резкой границы.

Отчего этот спутник Сатурна приобрёл такую странную окраску, благодаря которой получил прозвище «Двуликий Япет»? Теорий было много, но сейчас самой реалистичной и детально проработанной считается одна. Давайте разберёмся.

Япет движется по очень удалённой от Сатурна орбите, причём повернут к планете всегда одной стороной. Это значит, что в этом полёте у него всегда впереди одно полушарие, а позади – другое. Они называются ведущим и ведомым. То есть Япет всегда «летит вперёд» одной стороной. И вот эта сторона у него тёмная, а противоположная – светлая.

Оказывается, тёмное полушарие просто покрыто слоём пыли толщиной около 10 см. Эта пыль на орбите Япета берётся от других спутников Сатурна, и он в полёте собирает её своим ведущим полушарием, в то время как другое остаётся «чистым». Но дальше в игру включаются и другие процессы.

Дело в том, что тёмная сторона Япета нагревается под солнечным светом сильнее, чем светлая. Этому благоприятствует большое удаление спутника от планеты, благодаря чему он делает оборот по орбите целых 79 суток, и каждое полушарие освещается довольно долго. Поэтому лёд на тёмной стороне начинает испаряться и молекулы воды перемещаются на светлую сторону, где и оседают. Поэтому на светлой стороне постоянно образуется свежий белый лёд.

Возникает интересная ситуация – тёмная поверхность Япета собирает пыль, одновременно испаряя свой лёд, и от этого становится еще темнее. На светлой же постоянно оседает свежий лёд, и она становится светлее. Всё это происходит благодаря стечению обстоятельств – большому удалению от планеты, медленному движению по орбите, отсутствию вращения и большому размеру. Размер влияет просто – испарившиеся молекулы воды не улетают в космос, а оседают на поверхность под действием гравитации на удалении в сотни километров от того места, где испарились.

Формирование и состав спутников Сатурна

Прежде чем затронуть данную тематику, необходимо отметить, что существуют регулярные (так называемые луны) и нерегулярные. Отличие их состоит в том, что одни из них регулярно вращаются вокруг планеты по определенной орбите, другие же могут менять свой маршрут или вовсе отдаляться, а затем возникать вновь.

Существует теория, согласно которой регулярные луны возникли из околопланетных дисков, а нерегулярные – в результате попадания в мощное гравитационное поле планеты.

Кроме этого, существует ряд других теорий, считающихся альтернативными. Одна из них гласит, что Титан – крупнейший из лун, возник в результате столкновения двух крупных астероидов, в результате чего возник Титан и многочисленное количество малых лун. Данная теория также имеет право на жизнь, учитывая тот факт, что многие луны рассматриваемой планеты имеют пересекающиеся орбиты.

Спутники Сатурна

[править] Общие сведения

Титан — самый крупный спутник Сатурна, и второй, после Ганимеда, спутник Солнечной системы. Его диаметр — 5152 км (долгое время учёные полагали, что его диаметр составляет 5550 км, что больше Ганимеда, однако КА «Вояджер-1» показал ошибочность такой оценки, ошибка возникла из-за наличия плотной и непрозрачной атмосферы, которая мешала точно определить размер спутника), площадь поверхности — 83 млн км², а масса 1,3452·1023 кг. Плотность — 1,8798 г/см³. Ускорение свободного падения на Титане составляет 1,352 м/с² (сила тяжести на Титане — примерно 1/7 от земной).

Имеет синхронное вращение относительно Сатурна, ставшее результатом действия приливных сил, что означает, что периоды вращения вокруг своей оси и обращения вокруг Сатурна совпадают, и Титан повёрнут к Сатурну всегда одной и той же стороной. От меридиана, проходящего через центр этой стороны, ведётся отсчёт долготы. Полный оборот вокруг Сатурна этот спутник совершает за 15 дней 22 часа и 41 минуту со средней скоростью 5,57 км/с. Радиус орбиты Титана составляет 1 221 870 км (20,3 радиуса планеты Сатурн). Орбита Титана отлична от круговой и имеет эксцентриситет 0,0288. Плоскость орбиты Титана отклонена от экватора Сатурна и плоскости колец на 0,348°. Центр масс Сатурна и Титана находится на удалении всего 30 км от центра планеты.

Альбедо (число, показывающее, какую часть световых лучей отражает его поверхность) — 0,22.

На Титане довольно холодно. Температура поверхности составляет 93,7 К (−179,5 °C).

Имеются горы, холмы, кратеры, равнины, углеводородные реки, озёра и моря. В экваториальном светлом регионе под названием Адири расположены протяжённые цепи гор или холмов высотой до нескольких сотен метров. В горах Митрим имеется пик высотой 3337 м.

Предположительно, Титан сформировался либо из пылевого облака, общего с Сатурном, либо он образовался отдельно и впоследствии был захвачен гравитацией планеты.

Атмосфера Титана

Создание обители для жизни на Титане находится под большим вопросом. Здесь нет кислорода, воздух почти на 99% состоит из азота. Доля метана — 1,6%. Также есть остаточные следы таких веществ, как:

• аргон;
• пропан;
• углекислый газ;
• гелий;
• циан.

В Солнечной системе только Земля и Титан имеют преимущественно азотную атмосферу. На спутнике происходят своеобразные смены погоды. Зарегистрирован факт циркуляции облаков и циклонов. Над поверхностью часто возникают грозы с молниями. Температура почти всегда составляет 180ºC. Разница между полюсом и экватором — всего 3ºC.

Титан не обладает магнитным полем. Из-за чего солнечные ветры в большей степени воздействуют на поверхность.

Описание и карта поверхности спутника

Карта поверхности Титана, с отмеченными на ней озерами. Credit: spacegid.com.

После получения более четких снимков с аппарата «Кассини» ученые смогли понять строение Титана. Геология предположительно молодая, нет сильных изломов, супер вулканов или глубоких расщелин.

Структура Титана:

• атмосфера;
• поверхность;
• ледяная верхняя оболочка;
• глобальный подповерхностный слой океана;
• оболочка льда под высоким давлением;
• гидросиликатное ядро радиусом около 2000 км.

Кассини-Гюйгенс — автоматическая межпланетная станция (АМС) для исследования планеты Сатурн, его колец и спутников. Credit: enciklopediya-tehniki.ru.

На спутнике четко выделяются материки, моря и реки. Строение водоемов сходны с тем, что мы видим на Земле. Реки имеют дельту, исток, извилистые русла. Водоемы занимают 30% всего объема спутника. Моря состоят из жидкого метана, этана и пропана. Предполагается, что существуют и подземные источники с жидкой водой.

Рельеф в основном представлен равнинами и долинами. В области экватора замечена большая гряда дюн.

При наблюдении на некоторых участках видна тектоническая активность. Процессы вызваны гигантской гравитацией Сатурна.

Метановые озера

Предположение о наличии на поверхности Титана метана в жидком состоянии подтвердилось в 2009 г., когда были получены инфракрасные снимки с зонда «Кассини». На спутнике несколько сотен таких резервуаров. Самое крупное скопление находится вблизи Северного полюса. Наибольшие из них:

• море Кракена — имеет длину 1000 км;
• море Лигеи площадью 100 тыс. км².

Ученые предположили, что скопление метановых озер на Северном, а не на Южном полюсе, связано с сезонными изменениями. Год на Титане длится 7,5 года, возможно, пока одна область находится в удалении от Солнца, водоемы пересыхают, а потом опять возобновляются.

Метановые озера на поверхности Титана. Credit: poisknews.ru.

Интересные факты

В ближайшие годы главная задача — подробное изучение Титана. С этой целью NASA планирует отправить новый зонд с подлодкой, специально сконструированной для того, чтобы выдерживать сложные условия метановых морей спутника. В лаборатории даже были воссозданы условия этих водоемов для тестирования исследовательского оборудования.

В пользу будущего заселения Титана людьми указывают 3 основных факта:

1. Геологическая активность.
2. Движение и изменение атмосферы.
3. Выветривание пород и отложение осадков.

Но пока идея освоения другой планеты относится к области фантастики. Наиболее вероятное развитие событий — это нахождение органической формы жизни в подземных океанах спутника Сатурна и подробное ее изучение.

5 интересных фактов о Титане, которые вы раньше не знали:

1. Сейчас на поверхности спутника Сатурна находится беспилотный зонд «Гюйгенс», предположительно в области северных дюн. В 2005 г. он послал на Землю запись шума ветра.
2. Самые высокие горы здесь не более 600 м.
3. Если смотреть на небо с поверхности, оно будет оранжевого цвета.
4. Атмосфера Титана в 4 раза толще земной.
5. Ускорение свободного падения здесь — 1867 км/с. Зонду понадобилось 2,5 часа, чтобы спуститься на поверхность.

Несмотря на такие сложные условия, ученые полагают, что создание колонии на Титане более осуществимо, чем на Луне или Марсе.

История изучения планеты Сатурн

Точная дата открытия планеты неизвестна. В телескоп Сатурн в начале XVII в. наблюдал Галилео Галилей. Он же заметил около небесного тела 2 неизвестных объекта, которые вначале принял за его спутники. Только через 50 лет, с помощью более мощной астрономической техники Христиан Гюйгенс выяснил, что странными «компаньонами» являются части тонкого плоского кольца, которое опоясывает планету, не касаясь ее.

«Пионер-11»

Эта автоматическая межпланетная станция впервые из всех космических кораблей приблизилась к Сатурну. Это произошло в 1979 г. Исследовательский зонд произвел съемку планеты и самых крупных сатурнианских спутников, а также открыл кольцо F.

Пионер-11 — первый космический аппарат, пролетевший мимо Сатурна. Credit: nick-stevens.com

«Вояджер-1»

В 1980 — 1981 гг. окрестности Сатурна посетила станция «Вояджер-1». Корабль:

• сделал ряд фотоснимков высокого разрешения;
• измерил температуру местной атмосферы;
• оценил плотность сатурнианского воздуха;
• собирал сведения о спутниках планеты.

«Вояджер-2»

Этот аппарат отправился к планете сразу после «Вояджера-1». Он исследовал химический состав местной атмосферы, детально сфотографировал щели Килера и Максвелла в кольцевой системе.

«Кассини-Гюйгенс»

В 1997 г. к Сатурну были отправлены корабли исследовательской миссии «Кассини-Гюйгенс». Они достигли пункта назначения через 7 лет полета. Затем от аппарата отделился модуль «Гюйгенс», спущенный затем на парашюте на поверхность сатурнианской луны Титан, отобрав во время посадки пробы местного воздуха. Модуль «Кассини» продолжал работать на орбите планеты.

Кассини-Гюйгенс — автоматическая межпланетная станция. Credit: secondnexus.com

Миссия была официально завершена в 2017 г. — исследователи отправили космический аппарат в атмосферные слои Сатурна.

Будущие миссии

В 2020-2030-х гг. планируется запуск исследовательской кампании TSSM — Titan Saturn System Mission. Стартовое окно для ее кораблей откроется в 2029 г. Предположительно миссия TSSM продлится 4 года, равное время будет отведено на изучение Сатурна и его спутника Титана.

Есть ли жизнь на Титане?

Титан — один из самых интересных для изучения объектов в Солнечной системе, который был обнаружен в 1655 году знаменитым астрономом Христианом Гюйгенсом. Несмотря на то, что диаметр этого спутника Сатурна даже больше диаметра полноценной планеты Меркурий, сила тяжести в этом замороженном мире составляет всего одну седьмую земной. Этот факт может означать, что если вы однажды окажетесь на Титане, то нацепив себе на спину пару импровизированных крыльев, вы вполне сможете планировать над поверхностью Титана в условиях низкой гравитации без малейшей угрозы разбиться о каменистую гладь этого спутника.

Поверхность Титана представляет собой по-большему счету водяной лед, покрытый осадочными органическими веществами, которые теоретически могла бы использовать для своего развития простейшая экзотическая жизнь. Ученые считают, что вероятность возникновения на Титане жизни, похожей на земную, является крайне низкой, однако этот факт вовсе не означает, что жизни там нет места вообще.

Вид с поверхности Титана в представлении художника

Как известно, для развития биологических организмов могут потребоваться несколько основных элементов, которые включают в себя некий источник энергии и вещество-растворитель, участвующее в обеспечении большинства жизненноважных функций внутри организма. И если основным источником энергии для жизни на Титане может являться метан, то главный земной растворитель — вода, на спутнике Сатурна просто бы моментально замерз, так и не положив начало для развития микроорганизмов. Ученые считают, что роль растворителя в таком случае стал бы исполнять сжиженный этан, огромное количество которого можно найти в озерах Титана.

Помимо этана, гипотетическая инопланетная жизнь могла бы использовать для строительства клеток и известный землянам кремний, что позволило бы микроорганизмам процветать даже при самых низких температурах. Кстати говоря, этот факт мог бы быть весьма кстати из-за того, что средняя температура на поверхности спутника Сатурна равняется -178 градусам Цельсия.

В любом случае, возможность наличия на спутнике какой-либо жизни сможет подтвердить или опровергнуть миссия NASA Dragonfly, которая в 2034 году приступит к поискам пребиотической химии на Титане. Помимо миссии NASA, Европейское космическое агентство при возможном участии с Роскосмосом планирует направить в середине 2020-х годов в окрестности Сатурна и его спутников проект Titan Saturn System Mission (TSSM), который позволит изучить модель эволюции Титана и его геологические и климатические особенности.

Что же, кажется, новая эпоха в области астрономии и планетологии уже не за горами. А пока ученые ломают головы над новыми проектами, давайте попробуем обсудить возможность колонизации Титана в нашем Telegram-чате.