Który księżyc Saturna ma gęstą atmosferę. Odległy satelita Tytan: niespodzianka lub kolejna tajemnica Układu Słonecznego

Titan to jeden z najciekawszych satelitów Układ Słoneczny... Jego podobieństwo do Ziemi przyciąga uwagę wielu naukowców i organizacje naukowe, a teraz podejmowane są aktywne kroki w celu dalszego jej badania.

1. Tytan jest drugim co do wielkości satelitą w Układzie Słonecznym po Ganimedesie, a także największym księżycem Saturna (zobacz ciekawe fakty dotyczące Saturna).
2. Tytan ma bardzo gęstą atmosferę.
3. Na powierzchni Tytana znajdują się rzeki i jeziora, tyle że nie są one wypełnione wodą, a skroplonym etanem i metanem.
4. Atmosfera Tytana składa się głównie z azotu i metanu.
5. W 2005 roku sonda Huygens, odłączona od bezzałogowego pojazdu Cassini, wykonała miękkie lądowanie na powierzchni Tytana. Huygens przesłał na ziemię zdjęcia i nagrania szumu wiatru.
6. Tytan ma dwukrotnie większą średnicę niż Merkury, ale o połowę lżejszy.
7. Titan nie ma pola magnetycznego.
8. Wysokość gór na Tytanie nie przekracza kilkuset metrów.
9. Pada metan na Tytana.
10. Tytan zawsze stawia czoła Saturnowi tą samą stroną.
11. Niebo na Tytanie jest żółto-pomarańczowe.
12. Temperatura powierzchni Tytana wynosi około -170 stopni Celsjusza.
13. Na Tytanie zawsze wieją silne wiatry, szczególnie w wyższych warstwach atmosfery. Burze i huragany nie są tu rzadkością.
14. Pod powierzchnią Tytana znajduje się płynny ocean bardzo słonej wody zmieszanej z amoniakiem.
15. Tytan ma kriowulkany, które wyrzucają mieszankę wody i różnych węgli.
16. Naukowcy sugerują, że na Tytanie mogą istnieć bakterie wytwarzające metan.
17. Tytan jest o 80% cięższy niż Księżyc. Stanowi 95% masy wszystkich satelitów Saturna.
18. Istnieje hipoteza, że ​​Tytan został kiedyś schwytany przez grawitację Saturna i stał się jego satelitą (patrz fakty dotyczące satelitów planet).
19. Atmosfera Tytana jest dziesięć razy grubsza niż ziemska. Rozciąga się na ponad czterysta kilometrów wysokości.
20. Ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Tytana wynosi półtora Ziemi.
21. Powierzchnia Tytana jest niemożliwa do zaobserwowania z kosmosu w zakresie optycznym ze względu na gęste chmury.
22. Zejście i lądowanie na spadochronach zajęło Huygenom dwie i pół godziny.
23. Tytan nie ma wyraźnych kraterów uderzeniowych, co wskazuje na jego aktywność geologiczną.

Przez długi czas wierzono, że nasza niebieska planeta jest jedynym miejscem w Układzie Słonecznym, gdzie istnieją warunki do istnienia form życia. W rzeczywistości okazuje się, że bliska przestrzeń nie jest już tak martwa. Dziś możemy śmiało powiedzieć, że w zasięgu Ziemian znajdują się światy pod wieloma względami podobne do naszej rodzimej planety. Świadczy o tym Interesujące fakty uzyskane w wyniku badań otoczenia gazowych gigantów Jowisza i Saturna. Oczywiście nie ma rzek i jezior z czystą i czystą wodą, a trawa na bezkresnych równinach nie zielenieje, ale pod pewnymi warunkami ludzkość mogłaby zacząć je rozwijać. Jednym z takich obiektów w Układzie Słonecznym jest Tytan – największy księżyc Saturna.

Widok na największy księżyc Saturna

Tytan dziś niepokoi i zajmuje umysły społeczności astronomicznej, chociaż całkiem niedawno patrzyliśmy na to ciało niebieskie, podobnie jak na inne podobne obiekty Układu Słonecznego, bez większego entuzjazmu. Dopiero dzięki lotom międzyplanetarnych sond kosmicznych odkryto, że na tym ciele niebieskim istnieje płynna materia. Okazuje się, że niedaleko od nas jest świat z morzami i oceanami, z otuloną solidną powierzchnią gęsta atmosfera, bardzo podobny w strukturze do ziemskiej powłoki powietrznej. Imponujące są również wymiary księżyca Saturna. Jego średnica wynosi 5152 km na 273 km. więcej niż Merkury - pierwsza planeta Układu Słonecznego.

Wcześniej uważano, że średnica Tytana wynosi 5550 km. Dokładniejsze dane o wielkości satelity uzyskano już w naszych czasach, dzięki lotom statku kosmicznego Voyager 1 i misji sondy Cassini-Huygens. Pierwsze urządzenie było w stanie wykryć gęstą atmosferę na satelicie, a ekspedycja Cassini umożliwiła zmierzenie grubości powłoki powietrze-gaz, która wynosi ponad 400 km.

Masa Titana wynosi 1,3452 · 10²³ kg. Pod względem tego wskaźnika jest gorszy od Merkurego, a także pod względem gęstości. Odległe ciało niebieskie ma niską gęstość - tylko 1,8798 g / cm³. Dane te przemawiają za tym, że budowa satelity Saturna znacznie różni się od budowy planet ziemskich, które są o rząd wielkości masywniejsze i cięższe. W układzie Saturna jest to największe ciało niebieskie, którego masa wynosi 95% masy pozostałych 61 znanych księżyców gazowego giganta.

Korzystne jest również położenie największego Tytana. Biegnie po orbicie o promieniu 1 221 870 km z prędkością 5,57 km/s i znajduje się poza pierścieniami Saturna. Orbita tego ciało niebieskie ma prawie okrągły kształt i znajduje się w tej samej płaszczyźnie co równik Saturna. Okres orbitalny Tytana wokół macierzystej planety trwa prawie 16 dni. Co więcej, pod tym względem Tytan jest identyczny z naszym Księżycem, który obraca się wokół własnej osi w synchronizacji ze swoim właścicielem. Satelita jest zawsze zwrócony jedną stroną na planetę macierzystą. Charakterystyki orbitalne największego księżyca Saturna zapewniają na nim zmianę pór roku, jednak ze względu na znaczną odległość tego układu od Słońca, pory roku na Tytanie są dość długie. Ostatni sezon letni na Tytanie zakończył się w 2009 roku.

Pod względem wielkości i masy jest podobny do dwóch pozostałych największych księżyców Układu Słonecznego - Ganimedesa i Kallisto. Tak duże rozmiary świadczą o planetarnej teorii pochodzenia tych ciał niebieskich. Potwierdza to również powierzchnia satelity, na której znajdują się ślady aktywnej aktywności wulkanicznej, czyli charakterystyczna cecha planety ziemskie.

Po raz pierwszy zdjęcie powierzchni satelity Saturna uzyskano za pomocą sondy Huygens, która bezpiecznie wylądowała na powierzchni tego obiektu niebieskiego 14 stycznia 2005 roku. Nawet pobieżne spojrzenie na zdjęcia dawało wszelkie powody, by sądzić, że nowy tajemniczy świat otwiera się przed Ziemianami, żyjącymi własnym, kosmicznym życiem. To nie jest Księżyc, martwy i opuszczony. To świat wulkanów i jezior metanowych. Zakłada się, że pod powierzchnią znajduje się ogromny ocean, prawdopodobnie składający się z ciekłego amoniaku lub wody.

Lądowanie „Huygens”

Historia odkrycia Tytana

Galileusz po raz pierwszy odgadł istnienie księżyców Saturna. Nie mając możliwości technicznych obserwacji tak odległych obiektów, Galileusz przewidział ich istnienie. Dopiero Huygens, który miał już potężny teleskop zdolny do powiększania obiektów 50 razy, zaczął badać Saturna. To on zdołał znaleźć tak duże ciało niebieskie krążące wokół pierścieniowego gazowego giganta. To wydarzenie miało miejsce w 1655 roku.

Jednak nazwa nowego ciała niebieskiego musiała poczekać. Początkowo naukowcy zgodzili się nazwać otwarte ciało niebieskie na cześć jego odkrywcy. Po tym, jak włoski Cassini odkrył inne satelity gazowego giganta, zgodzili się ponumerować nowe ciała niebieskie układu Saturna.

Pomysł ten nie był kontynuowany, ponieważ później w pobliżu Saturna odkryto inne obiekty.

Oznaczenie, którego dzisiaj używamy, zaproponował Anglik John Herschel. Zgodzili się, że największe satelity powinny nosić mitologiczne nazwy. Dzięki swoim rozmiarom Titan znajduje się na szczycie tej listy. Pozostałe siedem dużych satelitów Saturna otrzymało nazwy zgodne z imionami tytanów.

Atmosfera Tytana i jego cechy

Wśród ciał niebieskich Układu Słonecznego Tytan ma prawdopodobnie najbardziej ciekawą otoczkę powietrzną. Atmosfera satelity okazała się w rzeczywistości gęstą warstwą chmur, która przez długi czas uniemożliwiała uzyskanie wizualnego dostępu do samej powierzchni ciała niebieskiego. Gęstość warstwy powietrze-gaz jest tak duża, że ​​na powierzchni Tytana Ciśnienie atmosferyczne 1,6 razy wyższa niż parametry naziemne. W porównaniu z powłoką powietrzną Ziemi atmosfera na Tytanie ma znaczną grubość.

Głównym składnikiem atmosfery tytanowej jest azot, który stanowi 98,4%. Argon i metan stanowią około 1,6%, które znajdują się głównie w górnych warstwach powłoki powietrznej. Za pomocą sond kosmicznych w atmosferze znaleziono inne związki gazowe:

• acetylen;
• metyloacetylen;
• diacetylen;
• etan;
• propan;
• dwutlenek węgla.

Cyjan, hel i tlenek węgla są obecne w niewielkich ilościach. W atmosferze Tytana nie wykryto wolnego tlenu.

Pomimo tak dużej gęstości otoczki gazowo-powietrznej satelity, brak silnego pola magnetycznego wpływa na stan powierzchniowych warstw atmosfery. Górna atmosfera jest narażona na wiatr słoneczny i promieniowanie kosmiczne. Azot (N) pod wpływem tych czynników wchodzi w reakcję, tworząc szereg interesujących związków zawierających azot. Większość niektórych związków osadza się na powierzchni satelity, nadając jej lekko pomarańczowy odcień. Interesująca jest również historia metanu. Jego skład w atmosferze Tytana jest stabilny, chociaż pod wpływem czynników zewnętrznych ten lekki gaz mógł wyparować dawno temu.

Patrząc na atmosferę satelity po warstwach, można zobaczyć ciekawy szczegół. Powietrzna powłoka na Tytanie jest rozciągnięta na wysokość i wyraźnie podzielona na dwie warstwy - przypowierzchniową i na dużej wysokości. Troposfera zaczyna się na wysokości 35 km. i kończy się tropopauzą na wysokości 50 km. Niezmiennie panują niskie temperatury do -170⁰C. Co więcej, wraz z wysokością temperatura spada do -120 stopni Celsjusza. Jonosfera Tytana zaczyna się na wysokości 1000-1200 km.

Zakłada się, że taki skład atmosfery Tytana wynika z jego aktywnej wulkanicznej przeszłości. Warstwy powietrza nasycone parami amoniaku rozkładają się na azot i wodór pod wpływem kosmicznego promieniowania ultrafioletowego oraz innych składników w wyniku reakcji fizykochemicznych. Jako cięższy azot zatonął i stał się głównym składnikiem atmosfery tytanowej. Z powodu słabych sił grawitacyjnych satelity wodór uciekł w kosmos.

Warstwy atmosfery Tytana, oddziaływanie jego składu chemicznego z pole magnetyczne ciała niebieskie przyczyniają się do tego, że satelita ma swój własny klimat. Pory roku na Tytanie zmieniają się jak pory roku na Ziemi. Podczas gdy jedna strona satelity jest zwrócona w stronę Słońca, Tytan pogrąża się w lecie. W jego atmosferze szaleją burze i huragany. Ogrzewany światło słoneczne warstwy powietrza są w ciągłej konwekcji, generując silne wiatry i znaczne ruchy mas chmur. Na wysokości 30 km prędkość wiatru dochodzi do 30 m/s. Im wyższa, tym intensywniejsza i silniejsza turbulencja mas powietrza. W przeciwieństwie do Ziemi, masy chmur Tytana są skoncentrowane w regionach polarnych.

Stężenie metanu w górnych warstwach atmosfery wyjaśnia wzrost temperatury na powierzchni satelity z powodu efekt cieplarniany... Jednak obecność cząsteczek organicznych w masach powietrza umożliwia swobodne przenikanie światła ultrafioletowego w obu kierunkach, chłodząc warstwę powierzchniową skorupy tytanowej. Temperatura powierzchni wynosi -180⁰С. Różnica między temperaturami na biegunach i na równiku jest niewielka – tylko 3 stopnie.

Wysokie ciśnienie i niskie temperatury przyczyniają się do tego, że cząsteczki wody w atmosferze satelity całkowicie odparowują (wymarzają).

Struktura satelity: od zewnętrznej powłoki do rdzenia

Założenia i domysły dotyczące budowy tak dużego ciała niebieskiego opierały się głównie na danych z ziemskich obserwacji optycznych. Gęsta atmosfera Tytana skłaniała naukowców do hipotezy o składzie gazu satelity, zbliżonego do składu macierzystej planety. Jednak po lotach sond kosmicznych Pioneer 11 i Voyager 2 stało się jasne, że mamy do czynienia z ciałem niebieskim, którego struktura jest solidna i stabilna.

Obecnie uważa się, że Tytan ma skorupę podobną do ziemskiej. Średnica jądra wynosi około 3400 km, co stanowi ponad połowę średnicy ciała niebieskiego. Pomiędzy rdzeniem a skorupą znajduje się warstwa lodu, która różni się składem. Jest prawdopodobne, że na pewnych głębokościach lód zamienia się w strukturę płynną. Porównanie zdjęć wykonanych z sondy Cassini z różnicą dwóch lat wskazało na obecność przemieszczenia warstwy powierzchniowej satelity. Informacje te dały naukowcom powód, by sądzić, że powierzchnia satelity spoczywa na warstwie cieczy, która składa się z wody i rozpuszczonego amoniaku. Przemieszczenie skorupy spowodowane interakcją siły grawitacyjne i cyrkulacja atmosferyczna.

Dzięki swojemu składowi Tytan jest połączeniem lodu i skał krzemianowych w równych proporcjach, co jest bardzo podobne do Struktura wewnętrzna Ganimedes i Tryton. Jednak ze względu na obecność gęstej powłoki powietrznej struktura satelity ma swoje różnice i specyfikę.

Główne cechy odległego satelity

Sama obecność atmosfery Tytana czyni go wyjątkowym i interesującym do dalszych badań. Inną rzeczą jest to, że główną atrakcją odległego księżyca Saturna jest obecność na nim dużych objętości cieczy. Ta nieudana planeta charakteryzuje się jeziorami i morzami, w których zamiast wody rozpryskują się fale metanu i etanu. Satelita ma skupiska na powierzchni kosmiczny lód który zawdzięcza swoje pochodzenie wodzie i amoniakowi.

Świadectwem istnienia płynnej materii na powierzchni Tytana były obrazy ogromnego basenu o powierzchni przekraczającej rozmiary Morza Kaspijskiego. Ogromne morze ciekłych węglowodorów nazywa się Morzem Krakena. Ze względu na swój skład jest ogromnym naturalnym rezerwuarem skroplonych gazów: etanu, propanu i metanu. Inną dużą akumulacją cieczy na Tytanie jest Morze Ligei. Większość jezior koncentruje się na północnej półkuli Tytana, co znacznie zwiększa współczynnik odbicia odległych ciał niebieskich. Po misji Cassini stało się jasne, że powierzchnia jest w 30-40% pokryta płynną materią zebraną w naturalnych morzach i jeziorach.

Tak duża ilość metanu i etanu pozostająca w stanie zamrożonym przyczynia się do rozwoju pewnych form życia. Nie, nie będą to zwykłe organizmy lądowe, jednak w takich warunkach mogą mieć miejsce żywe organizmy na Tytanie. Na satelicie jest wystarczająco dużo komponentów i substancje chemiczne do tworzenia organizmów i ich późniejszego istnienia.

Kalendarium współczesnych badań nad Tytanem

Wszystko zaczęło się od skromnej misji amerykańskiej sondy Pioneer 11, która w 1979 roku była w stanie dostarczyć naukowcom pierwsze zdjęcia odległego satelity. Przez długi czas astrofizycy nie interesowali się informacjami otrzymanymi od pioniera. Postęp w badaniach sąsiedztwa Saturna nastąpił po wizytach w tym rejonie Układu Słonecznego „Podróżnicy”, które dały bardziej szczegółowe zdjęcia satelity, wykonane z odległości 5000 km. Naukowcy otrzymali dokładniejsze dane na temat wielkości tego giganta, potwierdzono wersję istnienia gęstej atmosfery satelitarnej.

Lot „Pioniera”

Zdjęcia w podczerwieni wykonane z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a dostarczyły naukowcom informacji o składzie atmosfery satelity. Po raz pierwszy na dysku planetarnym zidentyfikowano jasne i ciemne obszary, których natura pozostała nieznana. Po raz pierwszy narodziła się teoria, że ​​powierzchnia Tytana jest pokryta w niektórych miejscach lodem, co zwiększa współczynnik odbicia ciała niebieskiego.

Sukces badawczy przyniosły informacje z robotycznej stacji międzyplanetarnej Cassini. Rozpoczęta w 1997 roku misja Cassini ogólny rozwój ESA w NASA. Saturn stał się głównym kierunkiem badań, ale jego satelity również nie pozostały niezauważone. Tak więc w przypadku badania Tytana program lotu obejmował etap lądowania na powierzchni satelity Saturna sondy Huygens. To urządzenie, stworzone staraniem specjalistów z NASA i włoskiej agencji kosmicznej, której zespół postanowił uczcić w ten sposób rocznicę jego sławnego rodaka Giovanniego Cassiniego, miało zejść na powierzchnię Tytana.

Cassini na orbicie Saturna

Przez 4 lata praca „Cassiniego” trwała w okolicach Saturna. W tym czasie AMC przeleciał w pobliżu Tytana dwadzieścia razy, stale otrzymując nowe dane o satelicie i jego zachowaniu. Już jedno lądowanie sondy Huygens na Tytanie, które miało miejsce 14 marca 2007 roku, uważane jest za ogromny sukces całej misji. Mimo to, biorąc pod uwagę techniczne możliwości stacji Cassini i jej ogromny potencjał, postanowiono kontynuować badania Saturna i jego satelitów do 2017 roku.

Lot Cassini i lądowanie statku kosmicznego Huygens dostarczyły naukowcom wyczerpujących informacji o tym, czym naprawdę jest Tytan. Fotografie i nagrania wideo powierzchni księżyca Saturna pokazały, że górne warstwy skorupy są mieszaniną brudu i lód gazowy... Główne fragmenty gleby to kamienie i kamyki. Teren Tytana to naprzemienność solidnych wyżyn z nizinami. Podczas lądowania wykonano zdjęcia krajobrazowe, wyraźnie pokazujące koryta rzek i wybrzeża.

Zdjęcie Tytana z tablicy „Huygens”

Tytan dziś i jutro

Nie wiadomo, jak zakończą się dalsze badania największego satelity. Zakłada się, że warunki stworzone w laboratoriach naziemnych, podobne do tych, które istnieją na Tytanie, rzucą światło na wersję możliwości istnienia form życia. Loty sond kosmicznych do tego obszaru kosmosu nie są jeszcze planowane. Otrzymane informacje są wystarczające do symulacji Tytana w warunkach ziemskich. Czas pokaże, jak przydatne będą te badania. Pozostaje tylko czekać i mieć nadzieję, że Tytan w przyszłości ujawni swoje tajemnice, dając nadzieję na jego rozwój.

Tytan jest najbardziej duży satelita Saturn (o średnicy 5150 km) i jedyny satelita w Układzie Słonecznym z gęstą atmosferą, przez którą nie można obserwować powierzchni tego satelity. Ciśnienie na powierzchni jest około 1,6 razy większe niż ciśnienie ziemskiej atmosfery. Temperatura - minus 170-180 ° C. Tytan jest większy od planety Merkury, chociaż ma mniejszą masę. Siła grawitacji na nim wynosi w przybliżeniu jedną siódmą Ziemi.

Główne informacje o tym tajemniczym satelicie uzyskano całkiem niedawno za pomocą aparatu Huygensa, który wszedł w gęstą atmosferę Tytana i wylądował na jego powierzchni w 2005 roku.

Struktura

Tytan ma skład mniej więcej taki sam jak większość satelitów planet olbrzymów - około połowy lodu i tyle samo skał. Prawdopodobnie rdzeń stanowi kamień o średnicy 3400 km, na którym tworzy się kilka warstw lodu o różnym stopniu krystalizacji. Połowa górotworu zawiera potas. Zakłada się, że na powierzchni mogą znajdować się źródła metanu, z których wypływają rzeki metanowe. Naukowcy sugerują, że zasoby metanu na powierzchni Tytana muszą być stale odnawiane z jakiegoś nieznanego źródła wewnątrz księżyca Saturna, tj. metan jest nieustannie niszczony przez procesy fotochemiczne w górnych warstwach atmosfery. To. jego obecna ilość zniknie za 20 milionów lat. Jeśli obserwowany dziś metan jest tylko pozostałością po znacznie większej ilości tego gazu, który już prawie zniknął, to stosunek izotopów węgla w cząsteczkach CH4 powinien być zbliżony do tego zmierzonego dla azotu i tlenu (na Ziemi). Ponieważ tego nie obserwuje się, metan musi być stale odnawiany. Jednym ze źródeł metanu może być aktywność wulkaniczna.

Atmosfera

Jak już wspomniano, Tytan ma gęstą atmosferę o grubości kilkuset kilometrów. Zawiera 95% azotu. Tak więc Tytan i Ziemia są jedynymi ciałami w Układzie Słonecznym o gęstej atmosferze z dominującą zawartością azotu. Pozostałe 5% to głównie metan, są też ślady etanu, diacetylenu, metyloacetylenu, cyjanoacetylenu, acetylenu, propanu, dwutlenek węgla, tlenek węgla, cyjanek, hel.

Na Tytanie metan musi pełnić tę samą funkcję co woda na ziemi i przechodzić przez cykl - opady, gromadzenie się na powierzchni, parowanie, kondensacja, opady.

W górnych warstwach atmosfery pod wpływem ultrafioletowego promieniowania słonecznego metan i azot rozkładają się i tworzą złożone związki węglowodorowe. Niektóre z nich, według spektrometru mas Cassini, zawierają co najmniej 7 atomów węgla. Wśród związków azotowych zidentyfikowano nitryle - rodzaj prekursorów aminokwasów.

Podczas opadania sonda Huygens wykryła wiatr na wysokościach od 9,6 do 19,2 km. Prędkość wiatru wynosiła 25,6 kilometrów na godzinę.

Instrumenty sondy wykryły grubą, mglistą (lub mętną) warstwę metanu na wysokości 17,6-19,2 km, gdzie ciśnienie atmosferyczne wynosiło około 0,5 atmosfery. Mgła metanowa była poniżej.

Temperatura atmosfery (w początkowej fazie opadania) wynosiła 70,5 stopni Kelvina (minus 202,6 stopni Celsjusza), natomiast na powierzchni planety „powietrze” było nieco cieplejsze: 93,8 stopni Kelvina (minus 179,3 stopni Celsjusza).

Naukowców szczególnie interesowała tajemnica chmur etanu, które nad Tytanem były znacznie mniejsze niż przewidywały modele teoretyczne. Faktem jest, że słoneczne światło ultrafioletowe nieustannie niszczy cząsteczki metanu, które są bardzo bogate w atmosferę księżyca Saturna, a jednym z produktów ubocznych takiej reakcji jest etan.

Teraz planetolodzy z Arizony wyjaśnili proces cyrkulacji etanu na tej niesamowitej planecie i pomogli zrozumieć, gdzie znika.

W rejonie koła podbiegunowego Tytana, między 51 a 69 stopniem szerokości geograficznej, na wysokości 30-60 kilometrów, instrumenty Cassini uchwyciły duże obłoki etanu. Obserwacje wskazują, że powierzchniowe złoża etanu powinny znajdować się właśnie w rejonach polarnych, a nie, jak wcześniej zakładano, być rozmieszczone globalnie. Może to częściowo wyjaśniać brak oceanów chmur etanu i etanu na niskich szerokościach geograficznych Tytana. Możliwe, że właśnie teraz na północnym biegunie planety etan jest uwalniany jako deszcz lub, jeśli temperatura jest wystarczająco niska, jako śnieg. A kiedy rozpocznie się nowy sezon, etan spadnie na biegun południowy.

Zdaniem naukowców etan powinien gromadzić się na biegunach jak lód polarny. Etan rozpuszcza się również w metanie, o którym wiadomo, że tworzy lokalne deszcze. Naukowcy sugerują, że podczas polarnej zimy na nizinach tworzą się jeziora metanu, które są również bogate w etan. Być może są to te same jeziora, które niedawno odkrył Cassini.

Gdyby etan był wytwarzany w atmosferze Tytana w obecnym tempie przez całe życie planety, na biegunach utworzyłyby się czapy lodu o grubości dwóch kilometrów. Jak dotąd naukowcy w ogóle nie mają bezpośrednich dowodów na istnienie czap polarnych na tej planecie.

Niemniej jednak, na przykład na biegunie południowym, instrumenty rejestrowały coś w rodzaju rzek, być może pochodzące z lokalnego podobieństwa lodowców. Tak czy inaczej, w nadchodzących miesiącach aparat amerykański wykona szereg lotów nad biegunami tej niesamowitej planety i zostanie dodanych więcej informacji do analizy.

Powierzchnia

Powierzchnia Tytana jest stosunkowo płaska; altymetria wykazała różnice wzniesień nie większe niż 100 m na przestrzeni kilkuset kilometrów. Jednocześnie lokalne różnice wysokości, jak pokazują dane radarowe i stereoobrazy uzyskane przez Huygens, mogą być dość znaczące; strome zbocza nie są rzadkością na Tytanie. Jest to wynikiem intensywnej erozji wietrznej i cieczy. Istnieje kilka obiektów, które wyglądają jak kratery uderzeniowe, prawdopodobnie wypełnione węglowodorami.

Stwierdzono również ciemne i jasne obszary na powierzchni. Jeden z tych jasnych obszarów ma kształt zbliżony do Australii. Naukowcy spekulują, że jest to kontynent zwany Xanadu. Na zachodnim skraju przejętego obszaru ciemne wydmy ustępują miejsca złożonemu krajobrazowi, poprzecinanemu rozgałęzionymi sieciami rzecznymi, wzgórzami i dolinami. Te wąskie sieci rzeczne wpadają w ciemniejsze obszary, którymi mogą być jeziora. Odkryto tu również krater, powstały w wyniku uderzenia asteroidy lub wulkanizmu wodnego.

Wijące się kanały we wschodniej części Xanadu kończą się ciemną równiną, na której nie ma wydm (znajdujących się w obfitości gdzie indziej).

Wreszcie, cały ten splendor różnorodnych krajobrazów wieńczą góry wielkości Appalachów, które przecinają rozważany region satelity gazowego giganta.

Istnieją również ciemne obszary o podobnej wielkości, otaczające satelitę wzdłuż równika, które początkowo zidentyfikowano jako morza metanu. Badania radarowe wykazały jednak, że ciemne rejony równikowe są powszechnie pokryte długimi, równoległymi rzędami wydm ciągnących się w kierunku dominujących wiatrów (z zachodu na wschód) – tzw. „Zadrapania kota”. Jedynie w niektórych miejscach odnotowuje się obszary płaskiej (być może płynnej) powierzchni, odpowiadające obszarem raczej jezior niż mórz. Ciemny kolor nizin tłumaczy się nagromadzeniem cząstek węglowodorowego „pyłu” spadających z górnych warstw atmosfery i wypłukiwanych przez deszcze metanu ze wzgórz.

W czerwcu 2005 r. Cassini odkrył znacznie ciemniejszą formację o bardzo dobrze zdefiniowanych granicach, która znajduje się w regionie z bardzo gęstymi (prawdopodobnie „burzowymi”) chmurami i którą można zidentyfikować jako prawdziwie płynne jezioro. Jest podobny rozmiarem i kształtem do jeziora Ontario, dlatego nazwano je Lacus Ontario. Nie jest jeszcze jasne, czy jest tam ciecz, czy ciemne, suche dno pokryte warstwą osadową. Według niektórych wskazań, aktywna „praca” płynów węglowodorowych na powierzchni Tytana (deszcze lub źródła, strumienie i rzeki wypływające spod powierzchni) ma charakter sezonowy. Dalsze badania jeziora powinny odsłonić jego tajemnicę.

Już w lipcu 2006 roku Cassini odkrył kilkanaście jezior o wielkości do 110 kilometrów. Niektóre z nich są połączone kanałami, inne, oddzielne, uzupełniają rzeki. Kilka z nich okazało się suchych (jak wcześniej sądzili naukowcy), ale niektóre były wypełnione cieczą, najwyraźniej mieszaniną metanu i etanu.

Niektóre jeziora prawdopodobnie nie zawsze pozostają suche, ale okresowo zapełniają się podczas deszczów węglowodorowych. Jednak nowe dane nie były jeszcze w stanie śmiało odpowiedzieć na pytanie - jakie jest źródło tych substancji.

Trzy widoki Tytana z księżyca Saturna przez sondę Cassini. Po lewej: w naturalnych kolorach, utworzony ze zdjęć zrobionych za pomocą trzech filtrów, które są wrażliwe na światło czerwone, zielone i fioletowe. Mniej więcej tak Tytan będzie tak wyglądał dla ludzkiego oka. Środek: obraz w bliskiej podczerwieni przedstawiający powierzchnię. Po prawej: kompozycja fałszywych kolorów z jednego obrazu widzialnego i dwóch obrazów w podczerwieni. Tam, gdzie Cassini mógł zobaczyć powierzchnię, pojawiają się zielone obszary; czerwony reprezentuje obszary znajdujące się w stratosferze Tytana. Otrzymano 16 kwietnia 2005 r. na dystansach od 168 200 do 173 000 km. Źródło: NASA/JPL.

Zdjęcie Tytana z Voyagera 2, wykonane 23 sierpnia 1981 r. z odległości 2,3 mln km. Półkula południowa wydaje się jaśniejsza, pasek jest wyraźnie widoczny na równiku, a ciemny kołnierz na biegunie północnym. Wszystkie te pasma są związane z cyrkulacją chmur w atmosferze Tytana. Źródło: NASA/JPL.

Porównanie rozmiarów Ziemi i Tytana

.

Jest to drugi co do wielkości księżyc w Układzie Słonecznym po. Tytan jest większy niż Merkury, ale ma połowę masy. To jedyny księżyc w Układzie Słonecznym, który ma gęstą atmosferę. Jest 10 razy silniejszy niż Ziemia, przy 60% większym ciśnieniu powierzchniowym. Zanim sonda Cassini dotarła na orbitę wokół Saturna w 2004 roku, niewiele było wiadomo o powierzchni Tytana z powodu obecności pomarańczowej mgiełki w jego atmosferze.

Odkrycie Tytana i nadanie imienia

Tytan został odkryty przez holenderskiego naukowca Christiana Huygensa 25 marca 1655 roku i był pierwszym księżycem znalezionym przez teleskop po czterech satelitach Galileusza. Huygens nazwał go po prostu Na księżyc Saturna... Jednak zgodnie z ówczesnym zwyczajem nie ogłosił swojego odkrycia. Zamiast tego ukrył wiadomość jako anagram. Posługując się w ten sposób wierszem poety Owidiusza „Admovere Oculis Distantia Sidera Nostris”. Wyrył je na krawędzi soczewki teleskopu, której używał Huygens. Odkodowany i przetłumaczony anagram brzmi: „Księżyc krąży wokół Saturna co 16 dni i 4 godziny”. Ta wartość jest bardzo zbliżona do współczesnych szacunków okresu orbitalnego Tytana.

Naukowiec John Herschel zasugerował nadanie księżycowi nazwy „Titan” w swojej publikacji z 1847 r. Results of Astronomical Observations Made at Cape Dobra Nadzieja”. W mitologii greckiej Tytani byli braćmi i siostrami Kronosa, greckiego odpowiednika rzymskiego boga Saturna. W tej samej publikacji Herschel wymienił sześć innych księżyców Saturna.

Atmosfera Tytana

Możliwość istnienia atmosfery wokół Tytana została po raz pierwszy omówiona w 1903 roku. Następnie hiszpański astronom Jose Comas Sola zauważył, że dysk Tytana wydaje się jaśniejszy w swoim centrum niż na jego krawędziach. Istnienie atmosfery potwierdził w 1944 r. Gerard Kuiper z Uniwersytetu w Chicago. Ustalił obecność metanu w widmie Tytana.

Dalsze obserwacje, wykonane w szczególności z sondami Voyager, które latały w tych rejonach w latach 1980 i 1981, a później sondą Cassini-Huygens, wykazały, że atmosfera Tytana składa się w 98,4% z azotu i 1,6% z metanu, z niewielką ilością innych gazów , w tym różne węglowodory (takie jak etan, diacetylen, metyloacetylen, cyjanoacetylen, acetylen i propan), argon, dwutlenek węgla, tlenek węgla, cyjanek, cyjanowodór i hel. Ponadto Tytan jako jedyny w Układzie Słonecznym ma gęstą atmosferę bogatą w azot.

Uważa się, że węglowodory powstają w górna atmosfera Tytan na skutek reakcji związanych z rozpadem metanu pod wpływem światła ultrafioletowego i promieni kosmicznych. Ta organiczna fotochemia tworzy pomarańczową mgiełkę, która jest najbardziej gęsta na wysokości około 300 kilometrów (200 mil), która zasłania powierzchnię w widzialnych długościach fal, a także odbija znaczną ilość promieniowanie podczerwone w kosmos, co prowadzi do „efektu antyszklarniowego”.

Zimny ​​świat

Tytan jest jednym z dwóch znanych ciał kosmicznych (drugim jest Pluton), którego temperatura powierzchni jest niższa (o około 10 K) niż byłaby przy braku atmosfery. Atmosfera Tytana zawiera szeroką gamę materiałów organicznych. To jeden z powodów, dla których astrobiolodzy interesują się Tytanem.

Osoba na powierzchni Tytana w ciągu dnia doświadczyłaby zaledwie jednej tysięcznej jasności światła dziennego dostępnego na powierzchni Ziemi. To porównanie uwzględnia nie tylko grubość atmosfery, ale także większa odległość Tytan ze Słońca. Jednak poziom światła na powierzchni Tytana jest 350 razy jaśniejszy niż światło na Ziemi podczas pełni księżyca.

Ilość metanu w atmosferze Tytana musi stale się zmniejszać. Dlatego na powierzchni musi być jakiś mechanizm, który ją uzupełnia. Jednym z wyjaśnień jest to, że Tytan ma aktywne wulkany, które emitują metan.

Powierzchnia tytanu

Przed przybyciem sondy Cassini-Huygens w czerwcu 2004 roku obserwacje w podczerwieni przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a dostarczyły mapy jasnych i ciemnych obszarów Tytana, ale natura tych cech pozostała niepewna. Założono, że oceany lub jeziora ciekłego etanu mogą pokryć większość powierzchni satelity i że ciekły metan może tu spadać. Według innego modelu, jasne obszary, które widział Hubble mogą być lód wodny... Leżą na nizinach i są zasłonięte stałymi i płynnymi cząsteczkami organicznymi.

Bardziej szczegółowy i dokładny obraz Tytana zaczął się wyłaniać dzięki obrazom i innym danym przesłanym przez AMC Cassini-Huygens. Podczas pierwszego przelotu obok Tytana Cassini pokazał chmury metanu i gigantyczny krater uderzeniowy. Najbardziej godną uwagi cechą był jasny obszar w postaci chmury cumulus w pobliżu bieguna południowego. Ma około 450 kilometrów średnicy i około 15 kilometrów wysokości. Pomiary wykonane przez sondę kosmiczną sugerowały, że chmury prawdopodobnie składają się z węglowodorów i mogą być związane z cechami powierzchni. Cassini wykazał, że niektóre zmiany jasności powierzchniowej były kołowe, a inne liniowe. Na biegunie południowym znaleziono również kilka koncentrycznych obiektów.

Misja Cassini-Huygens

Mozaika dziewięciu obrazów wykonanych podczas przelotu Cassini nad Tytanem 26 października 2004 roku dała astronomom jedną z najbardziej szczegółowe widoki pełny dysk satelitów. Cechy powierzchni Tytana są najbardziej uderzające w centrum dysku, gdzie sonda miała pod sobą najmniej atmosfery. Nie znaleziono żadnych widocznych kraterów, co sugeruje, że księżyc prawdopodobnie ma młodą powierzchnię, która stale się odnawia. Astronomowie wciąż nie są pewni, czy wzory na powierzchni Tytana są spowodowane erupcjami wulkanów. Albo pochodzą z przemieszczenia skał przez wiatr, pył, a nawet rzeki ciekłych węglowodorów.

14 stycznia 2005 r. sonda Huygens z powodzeniem zeszła na spadochronie i wylądowała na powierzchni Tytana, zapewniając doskonałe obrazy zarówno podczas opadania, jak i z powierzchni.

Jeśli znajdziesz błąd, wybierz fragment tekstu i naciśnij Ctrl + Enter.

Wyświetlenia: 2 237

Dzisiaj, w piątek (15 września), misja Cassini NASA dobiegnie dramatycznego końca, płonąc jak meteor wysoko w atmosferze Saturna i kończąc „Wielki Finał” sondy.

„Cassini od ponad dziesięciu lat utrzymuje długoterminową relację z Tytanem prawie co miesiąc”, powiedział w oświadczeniu kierownik projektu Cassini Earl Quasi z NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii.

Od czasu przybycia do układu Saturna 13 lat temu, Cassini bada atmosferę Tytana, wykorzystując grawitację księżyca o długości 3200 mil (5150 kilometrów), aby dostroić jego orbity. Jednak bliskość ta osiągnęła szczyt 14 stycznia 2005 r., kiedy automatyczny lądownik ESA, Huygens, zszedł z atmosfery Tytana i wylądował, by stać się pierwszym (i jak dotąd jedynym) sprzętem, który wylądował na powierzchni Księżyca w zewnętrznym Układzie Słonecznym.

Cassini jest przewoźnikiem; Lądownik Huygens

15 października 1997 r. z Cape Canaveral na Florydzie wystartowała warta 3,2 miliarda dolarów misja Cassini-Huygens jako wspólny projekt NASA, ESA i Włoskiej Agencji Kosmicznej. Misja rozpoczęła się od dwóch połączonych statków kosmicznych - orbitera i lądownika, ale 24 grudnia 2004 r. Huygens oddzielił się od Cassiniego, pozostawiając go na orbicie wokół Saturna.

Huygens miał własną misję: wylądować na Tytanie i ujawnić jego sekret, odsłaniając twardą powierzchnię pod jego mgłą.

„Zejście i lądowanie Huygens było ważnym przełomem w naszej eksploracji Tytana, a także pierwszym miękkim lądowaniem na Księżycu planety zewnętrznej” – powiedziała Linda Spilker z NASA JPL w oświadczeniu na początku tego roku. „To całkowicie zmieniło nasze rozumienie tego pokrytego mgłą oceanicznego świata”.

Tytan to najdziwniejszy księżyc

Żaden inny księżyc w Układzie Słonecznym nie ma gęstej atmosfery, a astronomowie są głęboko zafascynowani tym tajemniczym światem. Trzy tygodnie po tym, jak Huygens opuścił Cassini na Tytana, 9-stopowy (2,7-metrowy) statek kosmiczny leciał na spadochronie przez nieprzejrzystą, bogatą w azot atmosferę Tytana, wirując i kołysząc się, aby robić zdjęcia i zbierać dane na temat żółtej mgły Tytana przez prawie 2,5 godziny, ujawniając zawiłe szczegóły warstw atmosfery, wiatrów, ich składu i tajemniczych procesów chemicznych.

Huygens zstąpił w nieznane. W tamtym czasie naukowcy nie byli pewni, czy powierzchnia Tytana była pokryta ciekłym metanem i etanem, więc Huygens był przygotowany do pływania, gdyby nie znalazł stałego gruntu. Jednak w miarę jak lądownik nadal dryfował głębiej w upiorne głębiny, ostatecznie przechodząc przez mgłę, uchwycił setki zdjęć lotniczych obcego świata, który był zaskakująco zróżnicowany – i uderzająco podobny do ziemskiego krajobrazu wypełnionego górami, suchymi równinami zalewowymi i tym, co się zmieniło. mają być deltami rzek. Naukowcy zdali sobie wtedy sprawę, że chociaż Huygens wylądował na czymś stałym, w pobliżu przepływa ciekły metan: kamery Huygensa widziały splątane kanały wyryte w powierzchni. Kiedy Huygens dotknął powierzchni, zrobił to delikatnym ciosem i krótkim ślizgiem po zamarzniętej powierzchni.

Późniejsza analiza telemetrii podwozia wykazała, że ​​Huygens zatonął 4,7 cala (12 centymetrów) do powierzchni przy pierwszym kontakcie, odbił się i zsunął przed zatrzymaniem. Zastanawiając się nad lądowaniem w 2012 r., Erich Karkoska z Laboratorium Księżycowego i Planetarnego Uniwersytetu Arizony porównał dziwną powierzchnię ze śniegiem do zamarzniętego Skorupa... „Jeśli chodzisz ostrożnie, możesz chodzić po twardej nawierzchni, ale jeśli uderzasz zbyt mocno w śnieg, jedziesz bardzo głęboko” – powiedział. Huygens wylądował na suchej równinie zalewowej usianej pylistymi, erozyjnymi, lodowymi skałami, które prawdopodobnie powstały w atmosferze Tytana i osiadły na powierzchni. W ciągu 72 minut lądownik zwrócił cenne dane z powierzchni i atmosfery księżyca. Kiedy skończyły się baterie Huygensa, przestał nadawać, ale to był dopiero początek badań Cassini na Tytanie. Przez kolejne 12 lat Cassini wykonał 127 lotów, otrzymując nowe obserwacje na każdej orbicie wokół Saturna i przecinając mgłę swoim radarem.

Cykl metanowy Tytana

Porównując obserwacje Cassini i Huygensa, naukowcy wkrótce odkryli, że ciekły metan rzeczywiście płynął na powierzchni Tytana i że istniały ogromne jeziora ciekłego metanu i etanu. Jeziora te są końcowym produktem cyklu „hydrologicznego”: na Ziemi woda wyparowuje z oceanów, kondensuje w atmosferze i opada jak deszcz na ziemię, tworząc rzeki. Na Tytanie metan zajmuje miejsce wody.

Ponieważ Tytan otrzymuje tylko 1 procent światła słonecznego, które otrzymuje Ziemia, jest bardzo zimno. Średnia temperatura powierzchni Tytana wynosi minus 290 stopni Fahrenheita (minus 179 stopni Celsjusza), więc woda nie może istnieć jako ciecz; występuje tylko w formie lód skalny... Ale metan, który naturalnie występuje tylko jako gaz na Ziemi, jest dominującą cieczą na Tytanie, tworzącą jeziora, kondensującą się jak chmury metanolu z aerozolami i opadającą jak deszcz metanowy na bogaty w węglowodory krajobraz.

Pomimo ekstremalnych temperatur astrobiolodzy postrzegają Tytana jako analogię młodej Ziemi z mniej więcej czasu, kiedy Chemia organiczna doprowadziły do ​​powstania miliardów istnień miliardy lat temu, a niektóre hipotezy sugerują, że na Tytanie możliwe są egzotyczne formy życia. Ale możliwości zamieszkania na Tytanie są znacznie głębsze: naukowcy dowiedzieli się, że Tytan prawdopodobnie ukrywa ogromne podziemia słony ocean poniżej jego bogatej w węglowodory powierzchni. Oznacza to, że Tytan dołącza do rosnącego klubu satelitów oceanicznych w zewnętrznym Układzie Słonecznym, w tym jego satelity Saturna, Enceladusa i dalekiego kuzyna Jowisza, Europy.

„Bliska eksploracja Titan Cassini jest już za nami”, powiedział Spilker w oświadczeniu po ostatecznym podejściu statku kosmicznego na Księżyc w kwietniu, „ale bogactwo danych zebranych przez statek kosmiczny będzie stymulować Badania naukowe na nadchodzące dziesięciolecia ”.

Cassini jest teraz na nieodwracalnej drodze, aby wejść w atmosferę Saturna o 7:53 czasu wschodniego (1153 GMT) w piątek i zakończyć swoją niesamowitą misję, spalając i chroniąc Enceladusa i Tytana przed możliwym zanieczyszczeniem.