Две новые модели атмосферы Титана показывают, что весной и летом на спутнике Сатурна должны начаться активные процессы. Весна пришла в северное полушарие Титана в августе 2009 г., а вскоре Cassini сможет наблюдать, как ее сменит лето.
    «Сделать хороший прогноз погоды на Титане еще труднее, чем на Земле, - докладывает Скотт Эджингтон (Scott Edgington), заместитель научного руководителя программы Cassini из Лаборатории реактивного движения (JPL). - Мы знаем, что некоторые погодные процессы на нашей планете и в этом странном мире схожи, но есть и различия, вызванные тем, что роль воды на Титане исполняет метан».

19 июля 2013 г., находясь в тени Сатурна, Cassini сделал 141 снимок, из которых было скомпоновано это изображение. Показаны крупнейшие луны Сатурна: яркий из-за ледяного покрова Тетис, видимый как темный силуэт Мимас, Эпиметей, голубоватый Энцелад, рядом с которым едва видны его гейзерные струи. Кроме того, на изображении можно рассмотреть мелкий спутник Паллена, имеющий всего 4 км в диаметре.     Позади Сатурна видны Венера, Земля и Марс, которые выглядят как яркие точки на темном фоне. Внешнее видимое на изображении кольцо Сатурна (кольцо Е) имеет необычный голубой цвет. Он объясняется рассеянием проходящего солнечного света на частичках пыли.

КАССИНИ: САТУРН

    Когда Cassini достиг системы Сатурна в 2004 г., северная полярная область Титана, покрытая морями и озерами из жидких углеводородов, была погружена во тьму. Солнце взошло там лишь после наступления равноденствия в августе 2009 г. Учитывая, что каждый сезон на Титане длится около 7 лет, во время завершения миссии Cassini в 2017 г. северное полушарие спутника будет только приближаться к середине лета.

Два взгляда на Землю. Слева вид на Землю с борта Кассини (Сатурн) с расстояния в 1,44 млрд. км. Справа вид на Землю/Луну с борта аппарата MESSENGER (Меркурий) с расстояния в 98 млн. км.

КАССИНИ: ЗЕМЛЯ

    С учетом обширных полей дюн, наметенных ветром, странно было наблюдать отсутствие волн на морях и озерах Титана. Научная группа под руководством Александера Хейеса (Alexander 6. Hayes) попыталась выяснить, какова должна быть скорость ветра, чтобы поднять волны. Их новая модель учитывает и силу тяжести на Титане, и вязкость и поверхностное натяжение жидких углеводородов в озерах, и соотношение плотности воздуха и жидкости.

КАССИНИ: ВСТРЕЧИ СО СПУТНИКАМИ (февраль 2013 г. - март 2014 г.)
Виток	Спутник	Дата	Высота, км
181	Титан (Т-89)	17.02.2013	1978
183	Рея (R-4)	09.03.2013	997
185	Титан (Т-90)	05.04.2013	1400
190	Титан (Т-91)	23.05.2013	970
194	Титан (Т-92)	10.07.2013	964
195	Титан (Т-93)	26.07.2013	1400
197	Титан (Т-94)	12.09.2013	1400
198	Титан (Т-95)	14.10.2013	961
199	Титан (Т-96)	01.12.2013	1400
200	Титан (Т-97)	01.01.2014	1400
201	Титан (Т-98)	02.02.2014	1236
202	Титан (Т-99)	06.03.2014	1500
КАССИНИ: ВСТРЕЧИ СО СПУТНИКАМИ (февраль 2013 г. - март 2014 г.)

    «Мы теперь знаем, что скорость ветра в период, когда Cassini наблюдает Титан, - ниже порога, необходимого для образования волн, - говорит Хейес. - Однако теперь, по мере наступления весны и начала лета, скорость ветра должна вырасти настолько, чтобы вызвать волнение на поверхности метаново-этановой жидкости».
    Согласно новой модели, чтобы вызвать волны на поверхности углеводородных озер Титана, скорость ветра должна достигать 2-3 км/ч. До сих пор она была ниже, однако для весны модель предсказывает рост этой скорости до 3 км/ч и выше. В зависимости от состава озер ветра такой силы достаточно, чтобы вызвать волны высотой около 15 см.
    Другая модель атмосферы Титана предсказывает, что нагрев северного полушария должен привести к образованию ураганов или тропических циклонов. Тропические циклоны на Земле получают энергию за счет испарения морской воды, а их миниатюрные аналоги наблюдаются над большими озерами. Моделирование этих процессов показывает, что аналогичный механизм должен работать и на Титане, за исключением того, что испаряться будет метан, а не вода. Наиболее подходящий сезон для формирования этих ураганов - разгар лета в северном полушарии, когда поверхность морей становится теплее, а движение воздуха над ней - более бурным. Согласно модели воздух должен закручиваться над поверхностью северных водоемов, что приведет к появлению ураганов со скоростью ветра в 70 км/ч!
    «Для развития ураганов нужна правильная смесь углеводородов в озерах, - говорит Тэцуя Токано (Tetsuya Tokano), автор модели. - Но мы до сих пор не знаем их точного состава. Если мы увидим ураганы, значит в озерах достаточно метана, чтобы поддерживать этот вид атмосферной активности».
    Еще один сюрприз атмосферы крупнейшего спутника Сатурна: Cassini обнаружил на Титане пропилен - химическое соединение, которое на Земле применяется для изготовления контейнеров для хранения пищевых продуктов, бамперов автомобилей и других потребительских товаров. Пропилен является первой новой молекулой, обнаруженной на Титане с помощью ИК-спектрометра CIRS. Выделяя один и тот же сигнал на разных высотах, не выходя за пределы нижних слоев атмосферы, исследователи идентифицировали химическое соединение с высокой степенью достоверности.
    «Это химическое соединение в повседневной жизни окружает нас повсюду, связываясь в длинноцепочечные молекулы, из которых формируется пластик, называемый полипропиленом», - рассказывает Конор Никсон (Conor A. Nixon), ученый из Центра космических полетов имени Годдарда и ведущий автор данной научной работы.
    Спектрометр CIRS может идентифицировать специфический газ, ярко светящийся в нижних слоях атмосферы, по его уникальной тепловой характеристике. Задача состоит в том, чтобы выделить сигнатуру этого газа из сигналов всех остальных окружающих газов.
    Обнаружение данного вещества занимает «пробел» в химии атмосферы Титана, существовавший с наблюдений «Вояджера-1». «Вояджер» идентифицировал многие углеводороды в туманной атмосфере Титана, где они образуются в результате разложения под действием солнечных лучей метана, второго по распространенности компонента атмосферы. Высвободившиеся фрагменты могут снова связываться с образованием цепей с двумя, тремя или большим числом атомов углерода.
    «Вояджер» обнаружил в атмосфере Титана все углеводороды с одним и двумя атомами углерода (к ним, в частности, относится этан). Из группы с тремя атомами углерода космический аппарат обнаружил наиболее тяжелый пропан и самый легкий пропин. Однако остальные соединения группы, в том числе и пропилен, отсутствовали.
    Со временем исследователи открыли с помощью наземных и космических инструментов много других соединений в атмосфере Титана, но пропилен так и оставался неуловимым. И вот наконец он обнаружен в результате более детального анализа данных спектрометра CIRS.
    «Данное измерение было очень сложно выполнить, потому что слабая сигнатура пропилена была «стиснута» родственными химическими соединениями с гораздо более сильными сигналами, - поясняет Майкл Флейзар (F. Michael Flasar), ученый из Центра космических полетов имени Годдарда и научный руководитель CIRS. - Успех, которого мы добились, прибавляет нам уверенности, что мы обнаружим еще много химических соединений, спрятанных в атмосфере Титана».
    Масс-спектрометр Cassini - другой прибор для изучения состава атмосферы Титана, - ранее уже наводил на мысль, что присутствие пропилена в верхних слоях атмосферы также вполне возможно. Однако уверенной идентификации добиться не удалось.
    «Я всегда волнуюсь, когда ученые обнаруживают молекулу, которую никогда прежде не находили в атмосфере, - делится впечатлениями Скотт Эджингтон. - Это новый элемент мозаики, который поможет нам понять, насколько хорошо мы представляем себе весь «зоопарк» химических соединений, из которых состоит атмосфера Титана».
    Под атмосферой и даже под ледяной поверхностью Титана загадок также немало: анализ данных о конфигурации гравитационного поля и топографии спутника показал, что внешняя оболочка ледяной луны сложнее, чем казалась. Ученые предполагают, что некоторые особенности рельефа могут быть связаны с ледяными «корнями», уходящими далеко в подповерхностный океан.
    Внимание планетологов Дугласа Хемингуэя (Douglas Hemingway) и Фрэнсиса Ниммо (Francis Nimmo) из Университета Калифорнии в Санта-Крусе привлекло странное и нелогичное совпадение между топографией и силой тяжести.
    «Обычно, если вы летите над горой, сила тяжести увеличивается из-за дополнительной массы горы, - рассказывает Ниммо. - А на Титане в таком случае сила тяжести снижается - это очень странно».
    Возможно, дело в том, что каждый выступ на поверхности Титана компенсируется глубоким «корнем», который настолько велик, что снимает гравитационный эффект рельефа на поверхности. Эти образования чем-то напоминают подводные части айсбергов, основная часть которых расположена ниже ледяного панциря в подледном океане. Поскольку плотность льда меньше плотности воды, Cassini обнаружил снижение силы тяжести там, где присутствуют крупные куски льда.

Горы на Титане.     На карте отмечены горы, которые уже получили собственное название в Международном Астрономическом Союзе. По соглашению, горы на Титане получили названия гор из Средиземья фентези романов Дж. Р. Р. Толкиена.

КАССИНИ: ГОРЫ ТИТАНА

    «Представьте себе большой надувной шар, который погружен в воду под ледниковым щитом, - поясняет Хемингуэй. - Удержать его там можно только в том случае, когда ледяной покров достаточно силен. Если корни под ледяной оболочкой действительно есть, оболочка Титана должна быть очень толстой и жесткой».
    Согласно модели, толщина такого слоя должна достигать 40 км. Ученые в новом исследовании доказали, что необходимы сотни метров поверхностной эрозии и осаждения для объяснения наблюдаемого дисбаланса между большими корнями и малыми выступами на поверхности. Аналогичную оценку давали и предыдущие расчеты эрозии кратеров и других топографических особенностей Титана.
    Из этого следует, что на Титане, скорее всего, отсутствуют ледяные вулканы, с помощью которых ранее пытались объяснять наблюдаемые особенности поверхности. По-видимому, конвекция или тектоника плит также не перемешивает ледяную оболочку Титана, как это происходит с геологически активной земной корой.
    «Она сидит на одном месте, погода и эрозия воздействуют на нее, перемещая материал туда-сюда и перекладывая отложения, - комментирует Ниммо. - Если «выключить» тектонику плит, поверхность Земли была бы такой же».
    Откуда взялись «корни» под ледяной броней Титана - пока точно не известно. Приливное воздействие вызывает разогрев недр спутника, который теоретически может привести к вариациям толщины ледяной оболочки. Возможно, причина именно в этом.
    Конечно, цели для наблюдений Cassini есть и на поверхности Титана: зонду впервые удалось сделать качественные снимки морей и озер из жидкого метана и этана. Для удачной съемки ученым пришлось ждать весны, когда густая туманная оболочка над северным полюсом спутника слегка рассеялась. Ранее эту область удавалось запечатлеть лишь частично, издалека или под большим углом. Однако и новые фото не приблизили ученых к разгадке происхождения водоемов на Титане.

Северная полярная область Титана. Выделены моря (Mare) и озера (Lacus) в этой области. Kraken Mare является крупнейшим морем, Ligeia Mare второе по величине море на Титане. Оранжевые участи это эвапоритовые отложения (evaporite) из частиц дымки Титана, эквивалент солончаков на Земле. Почти все моря и озера на Титане сосредоточены в этой полярной области.

КАССИНИ: ТИТАН

    Еще в марте 2007 г. Cassini обнаружил несколько гигантских водоемов: один из них достигает в длину 1000 км и по площади сравним с Каспийским морем. Тогда ученые удивлялись, что озера сосредоточены в одном конкретном районе, и признавались, что север спутника является одним из самых интригующих и самых похожих на Землю мест во всей Солнечной системе. Действительно, геологические и климатические условия на Титане - ветры, дожди, тектонические и вулканические процессы, горы и дюны - напоминают земные. Правда, происходят все процессы при гораздо более низкой температуре - до -180°С.
    Подходящих для съемки северного полюса погодных условий Cassini пришлось ждать девять лет. Напомним: зонд был запущен в 1997 г., а на орбиту Сатурна вышел в 2004 г. С тех пор мимо Титана Cassini пролетел несколько десятков раз, приближаясь к спутнику на расстояние до 950 км. Ученые уже получали снимки озер на Титане, но их тщательному изучению мешали облачность и осадки: специалисты предполагают, что над северным полюсом спутника зимой постоянно идет метано-этановый снег.

Радарный снимок Моря Лигеи (Ligeia Mare) в северной полярной области Титана.

КАССИНИ: МОРЯ ТИТАНА

    С началом лета туман и облака, которые покрывают половину поверхности Титана, рассеялись - и Cassini обнаружил на севере еще одно крупное озеро, окруженное несколькими мелкими водоемами. Все они имеют своеобразную форму - очень крутые склоны, как будто вырезанные округлыми формочками для выпечки. Ученые уже выдвинули несколько предположений об их происхождении: они могли образоваться в результате вулканических процессов или из-за разъедания твердых пород жидкостью.
    Удивление вызывает и расположение озер: процессы, из-за которых водоемы формируются на севере, остаются невыясненными. Новые снимки, по мнению специалистов, могут сузить круг возможных объяснений происхождения водоемов.
    Еще в 2005 г., после получения снимков Cassini, некоторые ученые предположили, что под ледяной корой спутника есть жидкая прослойка, из-за которой объекты на поверхности Титана за пару лет сдвигаются на десятки километров. При этом в составе подповерхностной воды может быть до 10% аммиака, который понижает температуру ее замерзания. Океан под поверхностью гипотетически мог бы обеспечить благоприятные условия для возникновения простейших живых организмов. Другие исследователи в своих гипотезах идут еще дальше и считают, что живые организмы могут существовать и в метаново-этановых озерах на поверхности.

Таинственные изменения в Море Лигеи. Яркие области на изображениях это поверхность над и под ватерлинией.

КАССИНИ: МОРЯ ТИТАНА

    В свою очередь, на основе радарных данных Cassini была построена самая подробная на сегодняшний день модель северной полярной области Титана. На ней можно увидеть, как самые крупные моря - Море Кракена (Kraken Маге) и Море Лигеи (Ligeia Маге), так и некоторые близлежащие озера.
    «Узнавая больше о морях и озерах Титана, мы можем лучше понять, как взаимодействуют на нем твердые, жидкие и газообразные вещества, делая его настолько похожим на Землю, - полагает Стив Уолл (Steve D. Wall), член команды ученых, которые в JPL занимаются обработкой данных, полученных радаром Cassini. - Несмотря на то что эти два мира совсем не одинаковые, получая новые изображения, мы видим все больше и больше процессов, которые роднят Титан с Землей».
    Эти новые изображения показывают, что Море Кракена является более обширным и сложным, чем считалось ранее, и что почти все озера Титана находятся в области размером приблизительно 900 на 1800 км. Только три процента жидкости на Титане встречается за пределами этой области.

Самая подробная карта северного региона на Титане.

КАССИНИ: ТИТАН

    «Ученые давно пытались понять, почему озера Титана расположены именно там. Эти снимки показывают нам, что сама геология материка в этом месте благоприятствует образованию озер, - разъясняет Рэндольф Кёрк (Randolph L. Kirk) из Геологической службы США. - Мы думаем, что они, возможно, образовались таким же образом, как древние высохшие озера в Неваде и Калифорнии, где благодаря деформации коры получились трещины, которые позже могли быть наполнены водой».
    С помощью метода, который раньше использовался для анализа данных с Марса, удалось узнать, что глубина Моря Лигеи около 170 м. Впервые ученым удалось измерить глубину моря или озера на Титане - отчасти этому помогло то, что жидкость оказалась чрезвычайно прозрачной для сигнала радара. Новые результаты показывают: жидкость - это в основном метан, в чем-то похожий на жидкую форму природного газа на Земле.
    Благодаря последним данным, ученые наконец смогли установить полный объем жидкости на Титане. Расчеты показывают, что это около 9000 км³ жидкого углеводорода - примерно в 40 раз больше, чем во всех известных нефтяных месторождениях на Земле.