Пять неожиданных открытий «Гюйгенса»

Космический аппарат «Гюйгенс» — зонд, созданный Европейским космическим агентством и названный в честь голландского астронома XVII века Христиана Гюйгенса, — 14 января 2005 года опустился на поверхность Титана, крупнейшего спутника Сатурна. Парашютный спуск в атмосфере занял 2 часа 28 минут и завершился первой в истории мягкой посадкой, совершенной во внешней Солнечной системе. Во время спуска «Гюйгенс» измерял температуру, плотность, химический и изотопный состав и другие параметры атмосферы спутника. Мы решили рассказать о пяти неожиданных открытиях «Гюйгенса». 

Потенциально обитаемый спутник Сатурна Титан обладает толстой азотной атмосферой, которая долгое время не позволяла увидеть поверхность. Нижние слои атмосферы Титана, как и на Земле, делятся на тропосферу и стратосферу. В тропосфере температура с высотой падает. До высоты 50 км простирается обширная тропопауза, где температура остается практически постоянной. А затем температура начинает расти. Такие инверсии температуры препятствуют развитию вертикальных движений воздуха. Они обычно возникают из-за совместного действия двух факторов — подогрева воздуха снизу от поверхности и подогрева сверху благодаря поглощению солнечного излучения. На Титане температура уверенно растет, по крайней мере, до 150 км. Однако на высотах более 500 км «Гюйгенс» неожиданно обнаружил целую серию температурных инверсий, каждая из которых определяет отдельный слой атмосферы. Их происхождение пока остается неясным. Атмосферу Титана, как и земную, составляет азот. Второй по значимости газ — метан. Его можно сравнить с водяным паром в земной атмосфере. Кроме того, в атмосфере Титана были обнаружены сложные органические соединения, образующиеся при распаде метана под действием солнечного ультрафиолетового излучения. Это дает специалистам основание сравнивать атмосферу самого крупного спутника Сатурна с первичной атмосферой Земли. Предположительно, у самой поверхности Титана наблюдается сильная турбулентность атмосферы: зонд неожиданно сильно раскачался перед самой посадкой. Однако точно подтвердить это пока невозможно.

Данные зонда позволили определить характер поверхности Титана. Она оказалась не твердой и не слишком мягкой: это не лед, но и не толстый слой осевшего аэрозоля. По механическим свойствам поверхность напоминает мягкую глину, слегка утрамбованный снег или песок, покрытый тонкой пленкой углеводородного вещества толщиной до нескольких сантиметров. Последние 90 м полета «Гюйгенса» показали, что поверхность относительно ровная, но не совершенно гладкая. После посадки аппарат зарегистрировал признаки испарения метана. Это говорит о том, что почва могла быть пропитана метаном. Например, это могло оказаться побережье метанового моря или реки. Кроме того, аппарат обнаружил асимметрию северного и южного полушарий Титана. В северном полушарии площадь жидких поверхностей на 20% больше, чем в южном полушарии. Это может быть связано либо с топографической асимметрией, либо с сезонными изменениями на Титане.

Интерпретация данных с зонда «Гюйгенс» рассказала и о погоде на Титане: климат планеты схож с земным климатом в доисторическую эпоху. На планете бывают сильные бури. Когда концентрация метана в средних слоях атмосферы достигает 80%, начинают образовываться восходящие потоки со скоростью около 70 км в час. В результате этого процесса в атмосфере спутника возникает густая облачность. Уровень осадков на Титане может доходить до трех центнеров на квадратный метр поверхности в час, а дождевые капли из сжиженных углеводородов достигают размера до одного см. Космический зонд позволил исследовать и титановые облака: их верхняя часть состоит из метанового льда, а нижняя — из жидких метана и азота. Температура на планете составляет 179 градусов ниже нуля, и практически постоянно стелется метановый туман.

Метановые осадки питают многочисленные ручьи, озера и источники, обнаруженные на снимках, сделанных «Гюйгенсом» на Титане. Водоемы, заполненные метаном, расположены в северных широтах планеты. В настоящий момент, это первый случай обнаружения водоемов вне Земли. Их размеры разнятся от километра до сотен километров. Один из них, получивший неофициальное название «море Кракена», превосходит в размерах Каспийское море. Снимки показывают, что поверхность «суши» прорезана многочисленными извилистыми каналами, а на некоторых изображениях видны даже следы выхода рек из берегов, следы «наводнений». Кроме того, низкочастотные радиосигналы, зарегистрированные «Гюйгенсом», могут свидетельствовать о наличии на крупнейшем спутнике Сатурна подземного океана, состоящего из жидкой воды.

Благодаря наличию атмосферы вопрос о возможности жизни на Титане в настоящее время остается открытым. Титан во многом подобен ранней Земле 4,6 млрд лет назад, поэтому нельзя исключить того, что на планете имеется немало предпосылок для возникновения жизни. Под действием света метан превращается в этан, ацетилен, этилен, в соединении с азотом — в соли цианистой кислоты, которые являются кирпичиками для аминокислот. Анализ данных, полученных с помощью «Гюйгенса», позволяет строить гипотезы о наличии примитивных видов биологической жизни на Титане. Согласно им, «жизненные формы дышат атмосферой этой крупнейшей луны Сатурна и потребляют находящиеся на поверхности Титана химические соединения, получая тем самым необходимую энергию». Однако, как подчеркивают ученые, данные о динамике водорода и ацетилена в атмосфере Титана являются лишь признаками существования жизни, а не ее подтверждением.