Изучение озёр Титана на Земле

Это исследование может также рассказать нам о химическом составе, который привёл к происхождению жизни на Земле.

Снимок космического аппарата Кассини демонстрирует Море Кракена (Kraken Mare), огромное озеро с жидким углеводородом вблизи северного полюса Титана (размер около 400,000 км2). (Фото: NASA/JPL/Space Science Institute)

Недавнее открытие озёр на спутнике Сатурна Титане делает его единственным объектом в солнечной системе, кроме Земли, на поверхности которого есть жидкость. Однако эти озёра определённо наполнены не водой, их температура ниже - 179°C.

Жидкость на Титане по всей вероятности представлена в форме углеводородной смеси главным образом из метана и этана, как следует из наблюдений Кассини-Гюйгенса. Точные пропорции неизвестны, поскольку учёные обладают недостаточным количеством данных о том, как ведут себя эти вещества при таких низких температурах. (На земле метан и этан обычно представлены в виде газов).

“Жидкие активы” Титана управляют геологическими и химическими процессами, которые могут происходить на нашей планете. Чтобы понять, какими геологическими и химическими процессами управляют жидкие активы Титана, Винсент Шевриер (Vincent Chevrier) из Университета Авканзаса вместе с коллегами при поддержке НАСА, сможет воссоздать поверхность Титана в лабораторных условиях.

Край озёр

Ровное, спокойное жидкое метано-этановое озеро Титана изображено на этой картинке. (Изображение: Copyright 2008 Karl Kofoed)

Благодаря радиолокационным картам, составленным с помощью Кассини, нам известно, что полярные районы Титана усеяны бесчисленными озёрами. Некоторые из них соизмеримы с Великими Озёрами в США.

Учёные не уверены, откуда произошли эти огромные бассейны с углеводородом. Есть теория “гидрологического цикла'', в которой метановый дождь и возможно этановый снег участвуют в образовании этих озёр.

С другой стороны Титан может иметь большие бассейны с жидкостью под поверхностью, и эти озёра могут быть результатом ударных кратеров, достаточно глубоких, открывших подповерхностный океан.

Очень сложно выделить какую-либо из этих гипотез, т.к. процесс испарения углеводородных озёр на Титане очень мало изучен. Если бы исследователи знали, насколько быстро исчезают эти озёра, они могли бы понять их происхождение.

Мини-озёра

Шевриер и его коллеги будут измерять скорость испарения метана и этана в камере, имитирующей условия на Титане. Чтобы смоделировать атмосферу спутника, в 2-метровый стальной цилиндр будет помещён сверхохлаждённый газообразный азот под давлением приблизительно на 50% выше, чем на Земле.

Учёные будут вводить небольшие количества метана и/или этана в камеру. При температуре ниже -178 градусов Цельсия газообразный углеводород будет конденсировать в мини-озеро глубиной примерно в 1 сантиметр на дне цилиндра. Затем исследователи немного повысят температуру и запишут скорость испарения.

Предположительно этан (чьи молекулы тяжелее молекул метана) будет испаряться намного медленнее, но насколько неизвестно. Также неизвестно, что происходит, когда метан и этан смешиваются, а азот растворяется в атмосфере.

Исследователи изучат отдельные составляющие, а затем их смеси. Кроме того, группа планирует изучить вероятность добавления других органических составляющих в титановую среду.

Аналог Земли

Внутри этой имитационной камеры в лаборатории Шевриера образцы метана и этана будут конденсировать в жидкость при температуре около -178 градусов Цельсия. (Фото: V. Chevrier)

Определение скорости испарения на Титане не только поможет выделить геологические процессы, которые формируют озёра, это обеспечит необходимую информацию о химическом составе атмосферы.

Титан – единственный спутник в нашей солнечной системе с плотной атмосферой. Поверхность спутника полностью окутана оранжевым туманом, состоящим из сложного органического соединения – толина, который формируется, когда метан разрушается под воздействием ультрафиолетового излучения от Солнца.

Именно такой вид органической химии мог запустить биологический механизм на Земле миллиарды лет назад.

Титан демонстрирует, как органические реакции могут происходить без жизни. Такие органические химические реакции, возможно, были первыми ключевыми шагами в направлении органической жизни на Земле.