Море Титана воссоздали в лаборатории

Ученые воссоздали в лаборатории условия, соответствующие углеводородным морям на Титане, чтобы выяснить, с какими сложностями столкнется разрабатываемая NASA подводная лодка при их исследовании. Планируется, что субмарина отправится к спутнику Сатурна в ближайшие 20 лет. Работа, описывающая эксперимент, опубликована в журнале Fluid Phase Equilibria.

Долгое время считалось, что в Солнечной системе океан существует только на Земле. Однако со временем выяснилось, что моря и океаны гораздо более распространены, чем считалось ранее — они скрываются под поверхностью спутников Юпитера, Сатурна и Нептуна, а также, вероятно, под ледяным покровом Плутона. Титан примечателен тем, что это единственное небесное тело (кроме нашей планеты), на поверхности которого есть жидкие моря. Правда, состоят они из смеси жидкого метана и этана, насыщенной растворенным азотом. Кроме того, их температура крайне мала — по оценкам ученых, она составляет около −170 градусов Цельсия.

В будущем NASA планирует отправить к одному из морей спутника подводную лодку. Ученые надеются определить его химический состав, проследить за внутренними течениями и приливами, а также выяснить, что скрывается в глубине водоема. Тем не менее, космическое агентство до сих пор не определилось с дизайном будущей субмарины; кроме того, пока что вообще не ясно, возможна ли сегодня такая миссия.

Чтобы выяснить, с какими сложностями предстоит столкнуться исследователям, группа физиков под руководством Иан Ричардсона (Ian Richardson) из Вашингтонского университета построила в криогенной лаборатории экспериментальную камеру. В ней ученые смешали жидкий метан и этан, охлажденный до крайне низких температур. Затем авторы работы заполнили камеру азотом, чтобы воспроизвести атмосферу Титана, и поместили в жидкость нагревающийся картридж. Исследователи предполагают, что приборы на будущей субмарине будут производить тепло, в результате чего жидкость, окружающая подлодку, будет нагреваться. Если в море много азота, это приведет к появлению большого количества газовых пузырьков, которые могут помешать маневрированию, съемкам и работе балластных систем.

Измерение свойств «моря» в разных условиях показало, что плотность жидкости возрастает по мере роста давления, падения температуры, а также увеличения мольных долей этана и азота. Кроме того, данные показывают, что растворимость азота в 3-4 раза выше в жидком метане, чем в жидком этане в условиях, близких к условиям на поверхности Титана (давление 1,5 бар, температура 93 кельвина). Растворимость азота также растет при увеличении давления, снижении температуры и увеличении доли метана.

Также исследователи установили, что при небольшом количестве азота озера на спутнике Сатурна будут замерзать при температуре 75 кельвинов вместо 90,5. «Значит, нам не придется волноваться об айсбергах», — отмечает Ричардсон.

Благодаря космической станции «Кассини», чья миссия завершилась в сентябре 2017 года, ученые собрали огромное количество данных о Титане. Так, камеры аппарата сфотографировали огромные облачные полосы в его атмосфере и древние реки, исчезающие острова и холодные вихри. Кроме того, «Кассини» также занимался исследованием Сатурна и системы его колец. О результатах миссии читайте в нашем материале «Большой финал «Кассини».

Кристина Уласович