“Чарівні острови” в морях Титана виявилися айсбергами з дивних матеріалів

У 2014 році місія “Кассіні-Гюйгенс” виявила в морях і озерах Титана, супутника Сатурна, яскраві плями, які переміщалися з часом. Довгий час учені не могли зрозуміти, що це за дивне явище. Схоже, тепер пояснення знайдено: йдеться про великі айсберги (щоправда, зовсім не з водного льоду).

Титан – це другий за величиною супутник Сонячної системи, діаметром близько 5150 кілометрів, за площею поверхні більший за Євразію та Африку разом узяті. Він обертається навколо Сатурна, тобто так далекий від Сонця, що отримує в сотню разів менше сонячної енергії на одиницю площі, ніж Земля. Тому температура його поверхні – майже -180 градусів. Відповідно, його поверхня складена з льодів, а місцевий аналог піщаних дюн включає навіть нафталін. На супутнику чимало річок, озер і морів. Але наповнені вони не водою, а рідким етаном, пропаном і метаном. Загальний обсяг вуглеводнів у цих морях у кілька разів більший, ніж усі відомі запаси такого роду на Землі.

Дослідження Титана вкрай ускладнене, тому що його переважно азотна атмосфера вчетверо щільніша за земну (тиск на поверхні в півтора раза вищий за земний). У такій щільній і холодній атмосфері постійно панує щільний серпанок і хмари. Спостерігати через них у видимому і низці інших діапазонів дуже складно. У 2005 році посадковий апарат “Гюйгенс” здійснив там першу (і поки що останню) в історії м’яку посадку за межами орбіти Марса, серйозно збільшивши наші знання про Титан, проте багато речей залишилися незрозумілими. З 2014 року апарат “Кассіні” виявив, за допомогою радара, якісь яскраві плями в морях Титана, причому плями ці з часом змінювали своє місце розташування. Це викликало досить серйозне здивування. Ідея про плаваючий лід тут напрошувалася, але що це був за лід?

Річ у тім, що основний компонент морів супутника Сатурна – рідкий етан із домішкою рідкого метану, зі щільністю близько 0,6 тонни на кубометр. Тобто йдеться про досить легку рідину. Однак твердий здебільшого етановий лід у таких умовах не особливо добре плаває – він має бути важчим за рідину, що його оточує. Крім того, рідкий етан і метан мають набагато менший поверхневий натяг, ніж вода, що додатково ускладнює плавання в ньому для занадто щільних об’єктів. Нарешті, чисто етановий формується тільки за температур нижче -182.

Однак на Титані така щільна атмосфера, що сезонні коливання температур навіть біля полюсів вкрай незначні. Отже, стійкий твердий етан там малоймовірний. Раніше можливість плавання вуглеводневих крижин в умовах Титана намагалися обґрунтувати їхньою великою пористістю: якщо вона перевищує п’ять відсотків, такий лід зможе плавати. Однак залишилося незрозумілим: з чого конкретно можуть складатися такі пористі льоди.

Автори нової роботи, опублікованої в Geophysical Research Letters, підійшли до проблеми з іншого боку. Вони зазначили, що в атмосфері Титана неминуче мають утворюватися молекули, істотно важчі за і азот, і метан (два основні гази місцевої газової оболонки). А отже, вони повинні випадати на поверхню, за типом земного снігу. Тільки місцевий сніг складатиметься здебільшого з нітрилів (сполуки вуглецю, водню й азоту), вуглеводнів із потрійним зв’язком і бензолів.

За допомогою розрахунків дослідники з’ясували, що подібний сніг, який складається з ціаністого водню, згодом може утворити лід з високою пористістю – до 25-60 відсотків за об’ємом. У такому разі, якщо йдеться про море багате на етаном, цей лід зможе плавати в ньому. Автори роботи дійшли висновку, що лід альтернативного складу матиме суттєві проблеми з тривалим плаванням у морях Титана.

© Xinting Yu et al.

Водночас такі пористі льоди навряд чи утворюються безпосередньо з вуглеводневих “сніжинок”, що падають у моря та озера. Вони мають бути занадто малих розмірів, щоб проплавати досить довго і не потонути. Найімовірніше, що такий “сніг” падає на береги морів Титана і встигає утворити там більші грудки, а потім хвилі підмивають пухкий лід, що утворився, і відколюють від нього великі ділянки, як це відбувається з айсбергами в земних морях.

Подібний сценарій може пояснити ще одну незвичайну особливість морів і озер супутника Сатурна: відсутність на них великих хвиль. У зоні насиченою плаваючим льодом формування і стійке існування великих хвиль серйозно ускладнене.

Такі роботи мають далеко не теоретичне значення. Титан – одне з найцікавіших для досліджень місць Сонячної системи. І справа не тільки в його екзотичних вуглеводневих морях, а й у тому, що під ними. У глибині супутника лежать великі водні підповерхневі океани. У перспективі їх розумно вивчити на предмет життя. Однак потрібні для цього місії вимагають важкого обладнання. У 2005 році “Гюйгенс” сів на поверхню, яка здавалася твердою при плануванні місії, але на практиці виявилася близькою до болота. Поліпшення розуміння складу поверхні Титана необхідне для успішності майбутніх висадок там.