Круговорот метана - про погоду Титана

Шестой спутник Сатурна Титан является одним из самых загадочных объектов Солнечной системы. Так, погода там зависит от круговорота метана, который пребывает как в жидком, так и в газообразном виде. Недавно исследователи из Калифорнийского технологического института и НАСА (США) построили компьютерную модель, имитирующую погодные процессы на Титане.

Фото:

Являясь вторым по величине после Ганимеда и самым крупным из спутников Сатурна (его вес в 20 раз превышает вес всех остальных сатурнианских спутников, вместе взятых), то есть почти планетой, Титан окружен плотной атмосферой. Правда, там очень холодно: температура у поверхности спутника составляет около 180 градусов по Цельсию ниже нуля. Предыдущие исследования показали, что это небесное тело примерно наполовину состоит из водяного льда, а наполовину — из каменистых пород.

В 1944 году в атмосфере Титана обнаружили метан, а еще спустя 30 лет — молекулярный водород, предположительно являющийся продуктом фотолиза метана и аммиака. Поскольку при таких реакциях должны были образоваться азотоводородные соединения, была выдвинута гипотеза о наличии в атмосфере спутника парникового эффекта.

Но в 1979 году радиометрические измерения в тепловом инфракрасном диапазоне показали, что никакого парникового эффекта нет и в помине, напротив, поверхность Титана даже холоднее его атмосферы, состоящей из азота, аргона, метана, а также небольших количеств этана, пропана, ацетилена, этилена, кислорода, водорода и других летучих газов.

Но все же Титан остается пока единственным, кроме Земли, объектом Солнечной системы, где тоже есть погодные циклы. На нем имеются реки, озера и облака, а кроме того, идут дожди. Правда, не из воды, а из жидких углеводородов, в частности, того же метана… Этот круговорот носит сезонный характер — например, водоемы пересыхают и появляются вновь в зависимости от времени года.

Что же касается метановых дождей, то до недавних пор их удавалось наблюдать только в районе полюсов. Но в марте прошлого года космический зонд "Кассини" зафиксировал вблизи экватора грозовое облако и огромную лужу из метана. Это объясняется наступлением на Титане весеннего сезона.

Построенная американскими учеными трехмерная модель предполагает, что поверхность сатурнианской луны представляет собой резервуар жидкого метана. Его слои имеют разную толщину. Распределение метана на поверхности управляется простой диффузией.

В рамках модели удалось учесть и более сложные атмосферные процессы. Так, из более ранних исследований стало известно, что метановые озера Титана располагаются в районе полюсов — прежде всего на севере. Но в то же время облака более распространены в южном полушарии. Исследователи выяснили, что озера на Титане действительно ограничены полюсами из-за низких температур. При этом атмосферная циркуляция переносит газ на летний полюс, где он оказывается в "холодной ловушке".

Так как высокое альбедо (отражающая способность) не позволяет основной части солнечного излучения достигать поверхности Титана, атмосфера на спутнике Сатурна остается довольно стабильной, поскольку в первую очередь нагревается сверху, а не снизу. Однако, достигая полюсов, солнечная энергия начинает испарять метан, вызывая "возмущения" в атмосфере. Возникающая конвекция приводит к образованию облаков.

Поскольку в настоящее время в сторону Солнца наклонено южное полушарие, облачность возникает в первую очередь именно там. Год на Титане составляет 29 земных лет, и в северном его полушарии сейчас весна. Из-за особенностей орбиты лето в северном полушарии Титана длится дольше, но оно более прохладное, чем на юге. Поэтому на севере спутника накапливается больше жидкого метана.

По словам авторов проекта, в ближайшие несколько лет мы будем наблюдать усиление облачности к северу от экватора, а кроме того, на Титане прибавится озер.

Читайте также: Весна. На Титане сегодня дожди…

Все это внушает определенную надежду на то, что на Титане теоретически все же могут существовать какие-то формы жизни — хотя бы микроорганизмы. Кстати, несколько лет назад сотрудник исследовательского центра Эймса Крис Маккей и Хитер Смит из Международного космического университета в Страсбурге высказали мнение о том, что часть метана в "титанианской" атмосфере представляет собой продукт метаболизма бактерий, которые дышат водородом и питаются ацетиленом, этаном и толинами, содержащимися в верхних слоях атмосферы.

Также выяснилось, что концентрация водорода вблизи поверхности Титана гораздо выше, чем в толще его атмосферы, а содержание ацетилена ниже, что может указывать на наличие жизнедеятельности бактерий. Но только косвенно. Увы, пока нет ни одного реального доказательства, что жизнь в какой бы то ни было форме существует где-то, кроме как на Земле…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"