Химики объяснили исчезающие острова Титана

Химики из Университета Реймса (Франция), Мексиканского института нефти и Национального политехнического института нефти объяснили возникновение и исчезновение «островов» в морях Титана. По словам исследователей, похожие на острова объекты в действительности являются крупными пузырьками азота, поднимающимися с глубины порядка 200 метров. Повышенное давление в Лигейском море приводит к фазовому расслоению жидкости и высвобождению азота. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Титан — крупнейший спутник Сатурна, единственный внеземной объект, на поверхности которого описаны жидкие моря. Однако при средней температуре около 90 кельвин, эти моря не могут состоять из воды. По мнению ученых, в морях спутника находится смесь азота, метана и этана.   Кроме того, Титан уникален своей плотной атмосферой — на поверхности небесного тела ее давление превышает давление земной газовой оболочки в полтора раза. Это же обстоятельство оказалось проблемой для исследователей — в плотной атмосфере Титана постоянно есть облака, мешающие оптическим инструментам увидеть поверхность. Поэтому основные исследования ландшафта спутника проводились с помощью радаров.

Именно с помощью радара аппарата «Кассини» и были обнаружены моря и озера из углеводородов. Крупнейшие из них — моря Кракена (немногим больше Каспийского моря), Лигеи (в три раза больше Байкала) и Пунги. Их глубина составляет несколько сотен метров. Исследования моря Лигеи обнаружили необычную особенность: на некоторых радарных снимках появляются и исчезают светлые объекты, похожие на острова. При этом значительных волн на« водоемах» нет. Существуют две версии о том, чем они могут быть — газовыми пузырьками или же твердыми плавающими образованиями.

Авторы новой работы нашли новые подтверждения в адрес первой версии. Ученые провели компьютерное моделирование смеси азота, метана и этана и их поведения при различных температурах и давлениях. Так, уже на глубине 100 метров давление повышается с 1,5 до 2,5 атмосфер, что влияет на растворимость газов и смешиваемость метана и этана. На поверхности смесь существует в виде одной фазы, но на глубинах от 130 до 170 метров происходит изменение ее состояния — тройная смесь превращается в сочетание двух жидких фаз и одной газообразной. Растворимость азота в этане гораздо ниже, чем в метане — он выделяется в виде газа. Химики оценивают средний диаметр пузырьков в 4,6 сантиметра. Такой величины оказывается достаточно для того, чтобы они были видимы радаром (длина волны излучения 2,2 сантиметра).

В то же время ученые отмечают, что данных недостаточно для того, чтобы дать точное описание процессов в морях Титана. К примеру, неизвестна температура морей и их точный состав. Более точные данные могут предоставить будущие миссии к спутнику. Среди существующих проектов можно выделить испанский Titan Lake In-situ Sampling Propelled Explorer. Если миссия будет одобрена, то зонд аппарата приземлится в море Лигеи и будет исследовать его в течение полугода или более.

Основные данные о Титане были получены благодаря миссии «Кассини» и спускаемого аппарата «Гюйгенс», приземлившегося на поверхность спутника 14 января 2005 года. Зонд измерил давление и химический состав атмосферы, а также ее структуру. «Кассини» регулярно сближался с Титаном. Последнее такое сближение произойдет 22 апреля. Гравитация спутника изменит траекторию аппарата и тот перейдет на близкие к Сатурну финальные орбиты. 15 сентября 2017 года «Кассини» войдет в плотные слои атмосферы Сатурна и завершит свою миссию.

Владимир Королёв