|
В конце прошлой недели Европейское космическое агентство (ESA) опубликовало научные результаты миссии «Гюйгенс» по исследованию Титана. Публикацию в журнале Nature сопровождают сразу пять (!) пресс-релизов на сайте ESA.
Европейский спускаемый аппарат «Гюйгенс» (Huygens) прибыл в систему Сатурна на борту американской межпланетной станции «Кассини» (Cassini). Он отделился от станции 25 декабря 2004 года и достиг Титана 14 января 2005 года. Парашютный спуск в атмосфере занял 2 часа 28 минут и завершился мягкой посадкой. Во время спуска «Гюйгенс» измерял температуру, плотность, химический и изотопный состав и другие параметры атмосферы. Также оценивалась скорость ветра на разных высотах, и, конечно, велась фотосъемка поверхности.Часть полученных снимков была опубликована вскоре после посадки. На их основе разные исследователи стали выдвигать гипотезы относительно условий на поверхности и в недрах Титана. Однако первые полноценные научные работы, основанные на всём массиве собранных данных, появились только сейчас, когда специалисты ESA опубликовали результаты первого этапа анализа данных. 30 ноября на сайте ESA выложили сразу пять пресс-релизов, касающихся миссии «Гюйгенс». Вот наиболее любопытные данные из них.
Одной из первых неожиданностей стало существование на Титане второго, нижнего, слоя ионосферы, лежащего между 40 и 140 км (максимум электропроводности на высоте 60 км). Другая неожиданность была менее приятного свойства — оказалось, что желтая дымка, которая так мешает наблюдать поверхность Титана, присутствует в атмосфере на всех высотах, хотя первоначально ожидалось, что ниже 60 км атмосфера будет практически прозрачной. К счастью, плотность дымки позволила снимать поверхность, когда аппарат опустился ниже 40 км.
Нижние слои атмосферы Титана, как и на Земле, делятся на тропосферу и стратосферу. В тропосфере температура с высотой падает — с 94 К на поверхности до 70 К на высоте 35 км (на Земле тропосфера заканчивается на высоте 10-12 км). 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.
В земной атмосфере инверсия температуры наблюдается также на высотах около 50 км (стратопауза) и 80-90 км (мезопауза). 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.
|
На высотах более 10 км в атмосфере Титана постоянно дуют ветры. Их направление совпадает с направлением вращения спутника, а скорость растет с высотой с нескольких метров в секунду на высоте 10-30 км до 30 м/с на высоте 50-60 км. На высотах более 120 км имеет место сильная турбулентность атмосферы — ее признаки были замечены еще в 1980-81 гг., когда через систему Сатурна пролетали космические аппараты «Вояджер» (Voyager). Однако полной неожиданностью для ученых оказалось то, что на высоте около 80 км в атмосфере Титана царит практически мертвый штиль — сюда не проникают ни ветры, дующие ниже 60 км, ни турбулентные движения, наблюдаемые вдвое выше. Причины такого странного замирания движений пока не удается объяснить.
Основу атмосферы Титана, как и на Земле, составляет азот. Второй по значимости газ — метан (CH4) — занимает место, в чём-то подобное водяному пару в земной атмосфере. Измерения, выполненные во время спуска «Гюйгенса», показали, что именно метан является основной составляющей дымки. А в нижних слоях атмосферы могут даже образовываться метановые облака.
Под действием солнечного ультрафиолетового излучения Солнца метан должен распадаться и приводить к образованию более сложных органических соединений. Такие соединения действительно были обнаружены в атмосфере. Это дает специалистам основание сравнивать атмосферу Титана с первичной атмосферой Земли. Однако вместе с тем встает вопрос о способах восполнения запасов метана в атмосфере. Согласно одному из предположений, он может постоянно или периодически поступать из недр спутника.
Данные «Гюйгенса» по изотопному составу атмосферы дают по крайней мере два разных косвенных подтверждения этой гипотезы. Первое было получено из анализа соотношения изотопов углерода (12С/13С) в составе метана. Второе вытекает из наличия в атмосфере тяжелого изотопа аргона 40Ar. Этот изотоп образуется только в результате радиоактивного распада долгоживущего изотопа калия 40Ka, который присутствует в недрах небесных тел с момента образования Солнечной системы. Выход 40Ar на поверхность говорит о геологической активности планеты — если не сейчас, то в недавнем прошлом.
Отдельный пресс-релиз посвящен измерениям, выполненным на поверхности Титана. Здесь в первую очередь отмечается неожиданная раскачка зонда перед самой посадкой. По-видимому, она связана с сильной турбулентностью атмосферы непосредственно у поверхности. Однако точно подтвердить это невозможно. Зато данные акселерометра и пенетрометра позволили определить характер поверхности, на которую опустился зонд. Она оказалась не твердой и не слишком мягкой. То есть это не лед, но и не толстый слой осевшего аэрозоля. По механическим свойствам поверхность напоминает мягкую глину, слегка утрамбованный снег или песок.
|
Акустические данные, полученные на последних 90 м полета, показали, что подстилающая 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. Впрочем, данные не противоречат возможности, что поверхность состоит из очень мелкого, но сухого песка. Пока окончательно выбрать между этими вариантами нельзя, поскольку анализ наличия в почве жидкости еще не завершен.
Надо отметить, что перечисленные факты — это лишь краткий обзор основных результатов миссии «Гюйгенс». Полностью материалы будут опубликованы в очередном номере журнала Nature. Именно для того, чтобы попасть в этот журнал, Европейское космическое агентство ранее придерживало информацию и теперь вынуждено было выпустить сразу пачку пресс-релизов, что, конечно, не способствует адекватному освещению исследований в прессе.
