Крупнейший спутник Сатурна, Титан, — единственное известное место, кроме Земли, где есть атмосфера и жидкости в виде рек, озёр и морей на поверхности. Из-за чрезвычайно низких температур жидкости на Титане состоят из углеводородов, таких как метан и этан, а поверхность состоит из твёрдого водяного льда.
Новое исследование под руководством учёных-планетологов из Гавайского университета в Маноа, показало, что газ метан также может задерживаться во льду, образуя отдельную корку толщиной до шести миль, которая нагревает лежащую под ней ледяную оболочку и может также объяснять богатую метаном атмосферу Титана.
Исследовательская группа под руководством научного сотрудника Лорен Шурмайер, в которую также входят Гвендолин Брауэр, кандидат наук, и Сара Фэджентс, заместитель директора и научный сотрудник Гавайского института геофизики и планетологии (HIGP) при Школе наук об океане, Земле и технологиях Университета Гавайев в Маноа (SOEST), на основе данных НАСА обнаружила, что ударные кратеры на Титане на сотни метров мельче, чем ожидалось, и на этом спутнике было выявлено всего 90 кратеров.
«Это было очень неожиданно, потому что, судя по другим спутникам, мы ожидали увидеть гораздо больше ударных кратеров на поверхности и кратеров, которые намного глубже, чем те, что мы наблюдаем на Титане, — сказал Шурмейер. — Мы поняли, что что-то уникальное для Титана, должно быть, делает их менее глубокими и относительно быстро исчезающими.»
Чтобы выяснить, что может скрываться за этой загадкой, исследователи протестировали в компьютерной модели, как может измениться топография Титана после удара, если ледяная оболочка покрыта слоем изолирующего метанового клатратного льда — твёрдого водяного льда с газообразным метаном, заключённым в кристаллическую структуру.
Поскольку первоначальная форма кратеров Титана неизвестна, исследователи смоделировали и сравнили две вероятные первоначальные глубины, основываясь на свежих кратерах схожего размера на ледяном спутнике Ганимеде.
«Используя этот подход к моделированию, мы смогли ограничить толщину метановой клатратной коры от 5 до 10 километров (примерно от 3 до 6 миль), потому что моделирование с использованием такой толщины дало глубину кратеров, которая лучше всего соответствует наблюдаемым кратерам», — сказал Шурмайер.
«Метановая клатратная кора нагревает недра Титана и вызывает удивительно быструю топографическую релаксацию, которая приводит к углублению кратеров со скоростью, близкой к скорости быстро движущихся тёплых ледников на Земле».
Богатая метаном атмосфера
Оценка толщины метановой ледяной оболочки важна, поскольку она может объяснить происхождение богатой метаном атмосферы Титана и помочь исследователям понять углеродный цикл Титана, «гидрологический цикл» на основе жидкого метана и изменение климата.
«Титан — это естественная лаборатория для изучения того, как парниковый газ метан нагревает атмосферу и циркулирует в ней, — сказал Шурмейер. — Клатратные гидраты метана на Земле, обнаруженные в вечной мерзлоте Сибири и под арктическим морским дном, в настоящее время дестабилизируются и высвобождают метан. Таким образом, уроки, извлечённые из изучения Титана, могут дать важное представление о процессах, происходящих на Земле».
Структура Титана
Топография, наблюдаемая на Титане, имеет смысл в свете этих новых открытий. А ограничение толщины ледяной коры из клатрата метана указывает на то, что недра Титана, скорее всего, тёплые, а не холодные, твёрдые и неактивные, как считалось ранее.
«Клатрат метана прочнее и лучше изолирует, чем обычный водяной лёд», — сказал Шурмейер. «Клатратная кора изолирует внутреннюю часть Титана, делает водяную ледяную оболочку очень тёплой и пластичной и подразумевает, что ледяная оболочка Титана медленно конвектирует».
«Если жизнь существует в океане Титана под толстой ледяной оболочкой, то любые признаки жизни (биомаркеры) должны были бы подняться по ледяной оболочке Титана туда, где мы могли бы с лёгкостью получить к ним доступ или увидеть их во время будущих миссий, — добавил Шурмейер. — Это более вероятно, если ледяная оболочка Титана тёплая и подвержена конвекции».
Миссия NASA «Стрекоза» на Титане, запуск которой запланирован на июль 2028 года, а прибытие — на 2034 год, даст исследователям возможность провести детальные наблюдения за этим спутником и продолжить изучение его ледяной поверхности, в том числе кратера Селк.
Источник: The Planetary Science Journal, Гавайский университет в Маноа
На изображении:
Снимок Титана, сделанный НАСА с помощью прибора Cassini VIMS (визуальный и инфракрасный картографический спектрометр). Вблизи центра виден один ударный кратер. Тёмные области вблизи экватора — это песчаные дюны, богатые органическими веществами, а тёмные области в северном полярном регионе — это озёра жидкого метана/этана. В северном полушарии также видны белые облака.
Источник: NASA/ Cassini VIMS
Дополнительные материалы
