Титан и «Гюйгенс»: посадка на спутник Сатурна, озёра метана и миссия Dragonfly

Титан — единственный спутник Солнечной системы с плотной атмосферой и вообще единственное известное тело кроме Земли, на поверхности которого стабильно лежат жидкости. Диаметр около 5150 км: он больше планеты Меркурий. Тайну его поверхности, скрытую оранжевой дымкой, раскрыл зонд «Гюйгенс» Европейского космического агентства.

Что знали до «Гюйгенса»

Титан — первый открытый спутник Сатурна: его нашёл Христиан Гюйгенс в 1655 году. Плотную атмосферу заподозрили ещё по наблюдениям с Земли, а зонды «Вояджер» показали её состав: азот, метан и другие углеводороды. Давление и температура у поверхности оказались такими, что там могли держаться озёра из углеводородов. Одно время даже высказывали мнение, что атмосфера обязана своей плотностью жизни на спутнике, но для земных организмов там слишком холодно. Зато Титан интересен астрохимикам: по мнению планетологов, его азотно-углеводородный воздух напоминает атмосферу молодой Земли.

Посадка 14 января 2005 года

«Гюйгенс» летел к Сатурну как часть миссии Cassini–Huygens. Отделился от орбитального аппарата 25 декабря 2004 года, вошёл в атмосферу Титана и затем опускался на парашюте около двух с половиной часов. Он сел 14 января 2005 года — это самая далёкая от Земли посадка, когда-либо выполненная людьми. На поверхности зонд передавал данные около 72 минут, пока Cassini не ушёл за горизонт; за весь спуск и работу на поверхности он прислал около 350 снимков.

Что увидел

Поверхность выглядела как мокрый песок: твёрдая корка, под которой мягкий грунт. Вокруг лежали округлые «камни» из водяного льда размером до пятнадцати сантиметров, обкатанные, как галька в русле реки.
Рельеф — тёмные каналы и разветвлённые русла, дренажные сети и светлые «берега»: на Титане идёт круговорот метана, как на Земле — воды. Метан испаряется, собирается в облака, выпадает дождём и стекает в низины.
Условия: температура около −179 °C, давление примерно в полтора раза выше земного. Воздух — преимущественно азот (около 95 %) с метаном.
Атмосфера уже при спуске показала слои дымки из органических молекул, которые образуются под действием ультрафиолета.

Строение

Титан примерно наполовину состоит из водяного льда и наполовину из горных пород. Диаметр около 5150 км, масса почти вдвое больше лунной, но меньше, чем у Меркурия; сила тяжести на поверхности — около одной седьмой земной. По гравитационным измерениям Cassini, под ледяной корой, вероятно, лежит слой жидкой воды или талого льда; точное устройство недр остаётся предметом исследований.

Атмосфера и метановый цикл

Атмосфера простирается на сотни километров и на 95 % состоит из азота, ещё около 5 % приходится на метан; есть следы этана, ацетилена, цианистого водорода и других соединений. Откуда столько азота? Первичных благородных газов в атмосфере почти нет, а если бы Титан захватил азот готовым газом, вместе с ним в лёд попал бы и аргон. Значит, азот пришёл в составе аммиачного льда и выделился позже. На то, что газы выходили из недр, указывает и радиогенный аргон-40, найденный «Гюйгенсом». Ультрафиолет Солнца разрушает метан и азот в верхних слоях, из продуктов реакций — углеводородов и нитрилов, предшественников аминокислот, — складывается оранжевая дымка. Метан при этом расходуется за десятки миллионов лет, значит, его запас кто-то пополняет, возможно, недра спутника. У поверхности метан играет ту же роль, что вода на Земле: испаряется, собирается в облака и выпадает дождём. Облака этана Cassini заметил в высоких северных широтах на высоте нескольких десятков километров.

Поверхность

Рельеф сравнительно ровный: на сотнях километров высоты обычно меняются не больше чем на сотню метров, ударных кратеров мало, то есть поверхность обновляется ветром и жидкостью. Вдоль экватора тянутся тёмные области, покрытые длинными параллельными дюнами из органических частиц: ветер вытянул их с запада на восток. Самая яркая деталь — светлая область Ксанаду размером с Австралию. Есть и горы высотой до трёх километров.

Озёра и моря

Позже орбитальный аппарат Cassini (до 2017 года) с помощью радара нашёл на Титане озёра и моря из жидких метана и этана, преимущественно возле северного полюса. Самые крупные — Кракен (больше тысячи километров в поперечнике) и Лигейя. В южных широтах озеро Онтарио подтверждено как жидкое в 2008 году. Часть озёр, вероятно, наполняется во время углеводородных дождей и бывает сухой.

Следующая миссия

NASA готовит к запуску аппарат Dragonfly. Это вертолёт-октокоптер, который будет перелетать с места на место и изучать состав грунта. Старт намечен не раньше июля 2028 года, прилёт — в конце 2034-го. Плотная атмосфера и малая гравитация делают полёты на Титане куда проще, чем на Земле.

О системе Сатурна — на странице «Сатурн», об остальных спутниках планет-гигантов — в разделе «Спутники».

Титан и «Гюйгенс»