Наука Спутник Сатурна – Титан - одно из самых интересных с научной точки зрения мест в Солнечной системе. Второй по величине спутник после Ганимеда, спутника Юпитера, и больше по размерам, чем Меркурий, Титан скрыт пеленой плотной туманной атмосферы, богатой метаном, который создает парниковый эффект. Эта странная атмосфера постоянно сбрасывает сложные углеводородные соединения, которые в виде дождя падают на поверхность космического тела.
Недавно ученые выяснили, как давно Титан обзавелся такой загрязненной дымом атмосферой.
Открытый в 1655 году голландским астрономом Христианом Гюйгенсом, Титан был скрыт от глаз земных наблюдателей до 2004 года, когда астрономы смогли "прорваться" сквозь его плотную атмосферу. Космический аппарат "Кассини" на орбите Сатурна был запрограммирован для того, чтобы изучить Титан, и в 2005 году зонд, получивший название Гюйгенс, приземлился на Титане и собрал необходимую информацию на его поверхности.
Атмосфера Титана очень тяжелая. Она на 60 процентов тяжелее атмосферы Земли, что можно сравнить с тем, что на поверхности Титана чувствуешь себя так, как на глубине 6 метров под водой. В основном атмосфера состоит из азота и небольшого количества метана. Метан на Титане имеет такие же свойства, как вода на Земле, а также он создает парниковый эффект, что позволяет температуре оставаться стабильной - примерно минус 180 градусов Цельсия.
На спутнике имеется круговорот метана, как на Земле – круговорот воды. Жидкий метан и этан выпадают на поверхность в виде осадков, формируя озера. Понимание круговорота метана на Титане может помочь ученым понять круговорот воды на Земле, а также разобраться, насколько эти два мира похожи и насколько они разные. Попасть под метановый дождь было бы куда менее приятно, чем попасть под наш земной дождь!
Что особенно интересно относительно атмосферы Титана – это то, что метан очень недолговечен. Состоящий из атома углерода и четырех атомов водорода, метан быстро разрушается при воздействии прямых солнечных лучей, при этом он преобразуется в более сложные молекулы и частицы. В результате реакции образуются углеводородные соединения, которые выпадают в виде дождя и формируют дюны органического материала.
Ученые знают, сколько требуется времени метану, чтобы разрушиться, и с помощью измерений концентрации более тяжелых метановых изотопов можно определить, как долго Титан обернут в свою органическую оболочку.
Изотопы молекулы – это разновидности одного элемента с разной массой. В случае с углеродом, углерод-13 – более редкий и более тяжелый, чем его более распространенный "брат" – углерод-12. Метан иногда может состоять из более тяжелого углерода-13, иногда из более легкого – углерода-12. Более легкий метан быстрее разрушается при воздействии ультрафиолетового света, поэтому концентрация метана, состоящего из углерода-13, увеличивается со временем.
Смоделировав то, как концентрация тяжелого метана меняется со временем, ученые смогли определить, как долго действует "химическая фабрика" атмосферы Титана.
На основе этих данных ученые предположили, что возраст атмосферы Титана - 1,6 миллиарда лет, примерно в три раза меньше, чем возраст самого Титана. Если окажется, что метан может улетучиваться с верхней части атмосферы, тогда возраст этой атмосферы может быть меньше. Но если исследования покажут, что метан в атмосфере пополняется свежими изотопами с поверхности через теоретически существующий океан из воды и аммония, например, то атмосферу можно считать более старой. Накопление метана на поверхности озер и в атмосфере будет еще одним признаком того, что атмосфера метана существует куда больше времени.
Ученые смогли измерить типы и концентрацию изотопов метана с помощью оборудования "Кассини" - Масс-спектрометра ионов и нейтральных частиц и других приборов. Аппараты определили и посчитали молекулы, основываясь на массе. Сравнивая количество тяжелого метана на поверхности и в атмосфере, ученые смогли понять, сколько метана попадает в атмосферу.
Исследования показали, что метана накапливается не так много, поэтому можно сделать вывод, что атмосфере Титана около миллиарда лет и что она моложе, чем наша Луна. Предыдущие исследования предполагали, что атмосфера на Титане появилась из-за метанового взрыва, который имел место между 350 миллионами и 1,35 миллиардами лет назад, что подтверждает результаты новых исследований относительно возраста атмосферы Титана.
