Главная Статьи Возраст атмосферы Титана

Возраст атмосферы Титана

27.04.2012 Тема: Титан

Титан с Диона на снимке Кассини (nasa.gov)
Титан с Диона на снимке Кассини (nasa.gov)

Огромный спутник Сатурна Титан прячется внутри толстой, малопрозрачной атмосферы. Это одна из самых сложных с точки зрения химического состава сред в Солнечной системе. Вся атмосфера Титана – сложная «фабрика» по переработке химических элементов, в которой углеводорода выпадают на поверхность в виде осадков, где они скрываются под слоем сажи или образуют озера из метана и этана в ледяных условиях – при температурах до минус 170 градусов Цельсия.

Основной компонент в этом процессе – метан, молекула, состоящая из одного атома углерода, окруженного четырьмя атомами водорода. Рано или поздно атмосфера-фабрика луны остановится, так как этот основной исходный материал закончится. Под действием солнечного света метан разрушается и образует более сложные соединения. Правда, пока что атмосфера работает, и оценка времени, когда этот процесс был запущен, является одной из важнейших работ в изучении атмосферы этого небесного тела.

Данному вопросу посвящена пара статей в Астрофизическом журнале. Они построены на основе анализа данных двух инструментов на борту аппарата Кассини и одного инструмента на борту спускаемого модуля Гюйгенс, севшего на поверхность Титана в январе 2005 года. Команда ученых под руководством Конора Никсона из Университета Мериленда использовала инфракрасные данные со спектрометра Кассини для оценки количества «тяжелого» метана, содержащего редкие изотопы, в атмосфере. В первую очередь, поиск был направлен на углерод-13, иногда замещающий наиболее распространенный изотоп углерод-12 в соединениях. Поскольку углерод-12 быстрее реагирует с образованием метана, процесс накопления метана с углеродом-13 в атмосфере происходит очень медленно. Моделируя скорость роста концентрации тяжелого метана и имея данные о его современной концентрации, можно оценить возраст атмосферы Титана.

Дымка из-за атмосферы Титана в псевдоцветах  (nasa.gov)
Дымка из-за атмосферы Титана в псевдоцветах (nasa.gov)
«С учетом сделанных нами при построении модели предположений, возраст метановой атмосферы ограничивается 1.6 миллиарда лет, то есть около трети возраста самого Титана, – говорит Никсон. – Однако, если еще добавить возможность потери метана из верхних слоев атмосферы, как было сделано в некоторых работах до нас, можно получить намного меньшую оценку, всего до 10 миллионов лет». Наиболее важным предположением как в работе Никсона, так и в предшествовавших, является единовременное обогащение атмосферы Титана метаном. Это могло случить, например, при перестроении внутренней части луны, когда тяжелые элементы опускались к ядру, а легкие поднимались вверх. Хотя это происходило долго, но в модели это выглядит одинаково – в начальный момент времени было сколько-то метана, и потом его количество не восполнялось.

«Однако, если метан постоянно восстанавливался за счет какого-то источника, в атмосфере постоянно появлялись новые изотопы, в этом случае мы не можем определить ограничение возраста атмосферы по нашей модели», – говорит Никсон. Таким источником могут быть метановые клатраты, соединения, в которых молекула метана включена в кристаллическую решетку более крупного соединения. Такие клатраты существуют на больших глубинах в земных океанах, а по мнению некоторых специалистов, под поверхностью (состоящей из водяного льда) Титана может существовать жидкий океан, состоящий из смеси воды и аммиака, работающего как антифриз. В этом случае метан может высвобождать из клатратов при извержениях вулканов на дне, или просто освобождаться медленно и постепенно.

Изображение метановых или этановых озер на Титане в псевдоцветах  (nasa.gov)
Изображение метановых или этановых озер на Титане в псевдоцветах (nasa.gov)

Во второй работе под руководством Катлин Мандт из Юго-западного исследовательского института проводилась аналогичная оценка. Ее команда использовала данные масс-спектрометра, определяющего в атмосфере небесного тела содержание молекул разных масс. Вместе с ними использовались показания масс-спектрометра спускаемого модуля Гюйгенс. Анализ этих данных позволил наложить ограничения на скорости потери тяжелого метана атмосферой Титана, при этом учитывалась и потеря метана, просто улетающего в космос.

«Мы рассчитали, что даже если метан постоянно пополнялся из внутреннего источника в количестве, достаточном для поддержания работы атмосферы все время, этот процесс не мог идти в течение более чем миллиарда лет, – говорит Мандт. – Если бы процесс начался ранее, мы бы заметили скопление метана в озерах на поверхности и в самой атмосфере, что не соответствует наблюдательным данным».

Вместе эти две статьи обеспечивают новый взгляд на историю метановой атмосферы Титана. Несмотря на принятые ограничения и расхождения в оценках ее возраста, можно точно утверждать, что атмосфера на Титане образовалась значительно позже самого спутника. В целом возраст, согласно обеим работам, составляет около 1 миллиарда лет. Это число неплохо согласуется с работами по оценке времени последнего крупного выброса метана в атмосферу – 0.35 – 1.35 миллиардов лет и возрастом поверхности, определенным по изучению кратеров – 0.2 – 1 миллиард лет. Получение похожих чисел при помощи совершенно другого источника информации – самой атмосферы Титана – вселяет уверенность в правдивости оценки около 1 миллиарда лет.


Читайте также в статьях:
Песок Титана засыпает его кратеры, делая поверхность луны геологически молодой.Омоложение Титана
Песок Титана засыпает его кратеры, делая поверхность луны геологически молодой.

Ледяная кора Титана особенно толста.Толстый лед
Ледяная кора Титана особенно толста.

Речные сети Титана указывают на непростую геологическую историю крупнейшего спутника Сатурна.Речные сети
Речные сети Титана указывают на непростую геологическую историю крупнейшего спутника...

Читайте также в новостях:
20-04-2012
На Титане найдена область, иногда заполняемая водой.
24-02-2012
Смена сезонов и дня и ночи на спутнике Сатурна похожи на земные.
24-01-2012
Анализ снимков Кассини показал, что дюны на Титане различаются в разных регионах.