Планетологи запретили спутнику Сатурна Титану обладать глобальным океаном

Планетологи уточнили свойства гравитационного поля Титана и его приливной реакции на Сатурн. Это позволило выявить мощное тепловыделение в недрах спутника, которое не вписывается в модель глобального жидкого океана, а соответствует слоям льдов с разными свойствами, между которыми могут существовать потенциально обитаемые полости с жидкой водой. Статья опубликована в журнале Nature.

Титан уникален среди спутников планет Солнечной системы тем, что обладает плотной атмосферой, богатой органическими молекулами, а также жидкими озерами и морями на основе углеводородов. Кроме того, данные наблюдений за гравитационным полем Титана, собранные во время нескольких близких пролетов зонда «Кассини» пару десятилетий назад, вместе с наклоном оси вращения спутника указывают на возможное наличие подповерхностного глобального океана из воды и аммиака. Это сделало Титан еще более интересной целью исследований для астробиологов, однако к настоящему моменту наличие океана на спутнике, как и его потенциальная обитаемость, остаются предметом споров. 

Группа планетологов во главе с Флавио Петрикка (Flavio Petricca) из Лаборатории реактивного движения NASA повторно проанализировала данные наблюдений зонда «Кассини» во время сближений с Титаном. Целью работы было получение более точных оценок статического гравитационного поля спутника и его приливной реакции на гравитационное влияние со стороны Сатурна, которое можно выразить через числа Лява, что позволяет наложить более строгие ограничения на геофизические модели Титана.

В случае действительной части комплексного числа Лява k2 полученное в текущей работе большое значение согласуется с предыдущими измерениями, которые неоднократно объяснялись с привлечением жидкой гидросферы. Ученым также удалось провести первые прямые измерения мнимой части числа Лява k2, которое указывает на значение приливного коэффициента Q на уровне 4,5. Это свидетельствует о мощном — на уровне 3–4 тераватт — тепловыделении в недрах спутника, что выглядит необычно в сочетании с моделью жидкого океана, который должен уменьшать приливную диссипацию.

После этого исследователи построили модели внутреннего строения Титана с подповерхностным океаном и без него, которые затем сравнили с данными новых измерений. Оказалось, что модели с глобальным подповерхностным океаном совсем не вписываются в новые данные, в то время как модели без него подходят под данные наблюдений в пределах погрешностей. Ученые остановились на модели со скалистым ядром и несколькими слоями льда, в том числе форм льда, возникающих в условиях высокого давления. Такая ледяная структура не сможет полностью расплавиться из-за активных конвективных процессов, связанных с низкой вязкостью материала. 

Тем не менее в слоях льда могут существовать полости, заполненные жидкой водой с растворенными солями и органическими молекулами. Они возникают при локальном таянии льда и могут мигрировать в вышележащие слои. Подобные жидкие карманы могут быть уникальными криосистемами, которые напоминают экосистемы в залежах морских льдов на полюсах Земли, где живет множество разных организмов. Это могут быть достаточно большие системы — даже одна сотая доля растаявшей гидросферы Титана дает объем жидкости на уровне Средиземного моря.

Ученые также предполагают, что Титан оказался на текущей сильно вытянутой орбите не так давно, а в прошлом мог пережить миграцию по системе Сатурна. Кроме того, они нашли возможное объяснение тому, что сопоставимый по размерам с Титаном спутник Юпитера Ганимед, возможно, обладает жидким океаном — последний мог пережить более мощный приливный разогрев в прошлом, однако океан Ганимеда вполне может в настоящее время быть тонким и близким к полному замерзанию.

У астробиологов есть и другая интересная цель в системе Сатурна  — Энцелад, который порождает водяные гейзеры, питаемые океаном. Они содержат сложные органические вещества, возникающие благодаря гидротермальной активности на дне океана.