Журнал «Вокруг Света» №11 за 2008 год

Журнал Вокруг Света

Оранжевая слякоть у черных дюн

День 14 января 2005 года принес тревожное ожидание профессору Гавайского университета Тобиасу Оуэну — спустя 23 года после начала работы над проектом автоматическая станция «Гюйгенс» достигла цели и в течение двух с половиной часов медленно снижалась на парашюте, проводя измерения характеристик атмосферы Титана. Полет напоминал головокружительный аттракцион, поскольку ветер постоянно крутил из стороны в сторону парашют с висевшим под ним зондом, похожим на летающую тарелку диаметром 1,3 метра и массой 318 килограммов.

Многократные измерения во время спуска показали, что в атмосфере Титана 98,4% азота (N sub 2 /sub ) и 1,6% метана (CH sub 4 /sub ), а вблизи поверхности метана становится 5%. В незначительных количествах присутствуют и другие газы, главным образом углеводородные — этан, пропан, ацетилен (C sub 2 /sub H sub 6 /sub , C sub 3 /sub H sub 8 /sub , C sub 2 /sub H sub 2 /sub ).

Наконец днище станции мягко коснулось неведомой поверхности, и установленный на ее борту микрофон зафиксировал странный звук — это был не глухой удар о твердую породу и не всплеск, как на жидкой поверхности, а нечто среднее между ними, похожее на шлепок. Звук этот свидетельствовал, что аппарат упал на грунт, сильно насыщенный жидкостью, почти в грязь. Это стало первым совпадением с описанием предполагаемых особенностей природы Титана, которое Оуэн сделал в учебнике планетологии еще 20 лет назад на основании скудных данных, полученных по наблюдениям с Земли и с межпланетных станций «Вояджер». В признание заслуг Тобиаса Оуэна коллеги из Международного астрономического союза сделали ему оригинальный подарок, присвоив одному из светлых участков на Титане имя Оаху — по названию острова, где находится Гавайский университет.

Дневная освещенность на Титане, расположенном в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля, примерно такая же, как у нас в послезакатных сумерках. Но этого хватило, чтобы телекамеры разглядели пейзаж неведомого мира. Под оранжевым небом на рыжевато-серой «земле» сквозь дымку розового тумана проступали очертания разбросанных по равнине округлых камней, похожих на крупную гальку — поперечник наибольшего из них достигал 15 сантиметров. Обычно камни получают такие сглаженные очертания при длительном перекатывании в потоке. Выяснилось, что эти валуны состоят из водного льда, который при сильном холоде — а на поверхности Титана –180° С — приобретает буквально каменную твердость. Жидкостью же, насыщающей грунт, оказался метан — тот самый природный газ, который горит под кастрюлями на кухне. Только вот на Титане из-за холода метан сгустился до жидкого состояния.

На снимках, сделанных бортовыми телекамерами космического зонда во время парашютного спуска, хорошо видно, что аппарат совершил посадку на равнинном участке, покрытом темными грядами очень длинных дюн, вытянутых по направлению постоянных ветров — с запада на восток. Первоначально была выдвинута гипотеза, что они состоят из «ледяного песка». Проверить ее смогли лишь в мае 2008 года, когда дистанционными методами со станции «Кассини» удалось исследовать химический состав дюн. Выяснилось, что содержание водного льда в них — наименьшее среди всех форм рельефа на Титане. Теперь наиболее вероятным считается, что частички, слагающие эти гигантские песчаные гряды протяженностью в сотни и тысячи километров, состоят из слипшихся в комочки мелких капелек углеводородного состава.

В атмосфере Титана под воздействием солнечного ультрафиолета после серии химических преобразований из метана, других углеводородных соединений и азота формируются довольно крупные молекулы. Это органическое вещество, которое в концентрированном виде сходно с темной смолой или дегтем, беспрерывно осаждается на Титан в виде аэрозольной мороси, напоминая отчасти густой смог — смесь дыма с туманом у нас на Земле. По расчетам, за тысячу лет накапливается коричневато-оранжевый слой таких отложений миллиметровой толщины, за миллион лет набирается метр. Однако слой этот расположен по Титану неравномерно, поскольку еще один вид атмосферных осадков — дождь, идущий время от времени из метановых облаков — смывает накапливающуюся органику с возвышенностей, оставляя их ледяные массивы светлыми. В низменностях слой органической грязи состоит и из того, что осело туда в аэрозольном виде, и что принесено потоками с высоких участков. Поэтому местность здесь темнее, а постоянные ветры формируют длинные гряды почти черных дюн.

Промоины и овраги на склоне крупного марсианского кратера говорят о периодическом истечении жидкой воды из подтаивающего слоя вечной мерзлоты. Справа: древнее речное русло на Марсе. Фото: NASA (слева), SPL/EAST NEWS (справа)

Слезы марсианской мерзлоты

Длительные поиски воды на Марсе, выполненные несколькими спутниками и марсоходами, показали, что постоянных водоемов на этой планете сейчас нет. Однако надежды на то, что жидкая вода

хотя бы временно показывается на поверхности, весьма обоснованны. В прошлом водоемы на Марсе были — неоспоримые следы их сохранились до сих пор. Сухие русла рек с притоками и островами встречаются повсеместно. Некоторые русла «вытекают» из кратеров, что говорит о былом наличии там озер. На этой планете найдены и минералы, которые могли образоваться только в водной среде. А сейчас климат там холодный и сухой. Средняя температура составляет –60 °C. Расчеты показывают, что весь Марс скован вечной мерзлотой, толщина которой на экваторе достигает одного километра, а к полюсам увеличивается до шести. Тем не менее отчетливые овраги-промоины внутри некоторых крупных кратеров говорят о периодическом истечении жидкой воды из подтаивающего слоя вечной мерзлоты. В 2008 году автоматическая станция «Феникс» в районе близ северной полярной шапки Марса вскрыла своим мини-экскаватором слой водного льда на глубине нескольких сантиметров от поверхности. Изменения облика некоторых оврагов, произошедшие за несколько лет наблюдений, впервые замеченные в 2005 году, до сих пор остаются предметом спора: образованы они жидкой водой или же это следы осыпания сухого грунта по крутому склону. В пользу воды аргументов больше. Но все равно это лишь эпизодические появления жидкости на марсианской поверхности. В целом эта планета остается скованной вечной мерзлотой, в которой и скрыта вся вода, некогда заполнявшая ныне сухие русла рек и впадины многих кратеров.

Метановые реки, ледяные берега

Исследования Титана открыли за последние четыре года мир, сильно отличающийся от всех ранее изученных планет и спутников. Первое, что удивляет — практически полное отсутствие метеоритных кратеров, столь характерных для большинства планетных тел. Эта же особенность присуща и Земле, где следы древних столкновений с метеоритами стерты активными геологическими процессами. Механизмы преобразования поверхности на Земле и на Титане выглядят сходными — речная эрозия, ветровой перенос вещества с формированием дюн, излияния лавы из вулканических куполов, поднятия горных хребтов вдоль разломов коры. И даже основной химический компонент атмосферы на Земле и Титане совпадает — это азот. Такой атмосферы нет больше ни на одном объекте Солнечной системы.

Однако химический состав других элементов природы Титана резко отличается от их земных аналогов. Атмосферные осадки на Титане состоят не из воды, а из органики, как, впрочем, и песок. Вулканическая лава — это не нагретый до температуры плавления камень, как на Земле, а желеобразная водно-аммиачная смесь, не застывающая и при –100 °C. Роль каменных горных пород отведена водному льду, а роль воды выполняет жидкий метан. Поэтому на Титане текут метановые реки в ледяных берегах.

Неподалеку от места посадки «Гюйгенса» находится светлая возвышенность — своего рода материк, прорезанный разветвленными речными долинами, сбегающими к темной низменности. Слева и справа к крупным руслам подходят основные притоки, а к ним в свою очередь — более мелкие. Подобные структуры развиваются там, где по склонам, собираясь в потоки, стекают атмосферные осадки. Эти речные бассейны можно было бы назвать водосборными, если бы не сильнейший мороз, который исключает возможность существования жидкой воды на поверхности Титана.

Происходящий на спутнике Сатурна круговорот метана аналогичен круговороту воды на Земле. Из недр газообразный метан попадает в атмосферу при вулканических и тектонических процессах. Затем он частично превращается в другие углеводородные соединения под воздействием солнечных лучей, а частично конденсируется в облака, из которых капельки жидкого метана выпадают мелким дождем на поверхность. Стекая в низменные регионы, метан образует озера и моря. С поверхности этих резервуаров он вновь испаряется, поступая в атмосферу и участвуя в дальнейшем круговороте.

По диаметру (5150 километров) Титан значительно, в 2,5 раза, меньше Земли, однако он превосходит ее по мощности атмосферы. Давление у поверхности Титана в полтора раза выше, а сам «воздух» — вдвое плотнее, чем на Земле. При небольшой силе тяжести — она на Титане в семь раз меньше земной — человек смог бы там летать, прикрепив к рукам крылья — плотный газ выдержал бы легкого воздухоплавателя. Произойди это сегодня или в ближайшие несколько лет — крылатый путешественник увидел бы, что речные русла в экваториальной зоне, близ места посадки «Гюйгенса», не заполнены жидкостью. Возможно, потоки были здесь в геологическом прошлом, либо это сезонные русла, наполняющиеся лишь в определенный период года, когда выпадают осадки, а в настоящее время там как раз сухой сезон.