Предлагаемая схема внутренней части Титана (не в масштабе), показывающая клатратную корку метана над конвективным ледяным панцирем. Фото: Шурмайер и др., 2024 г.
Самый большой спутник Сатурна, Титан, — единственное известное место, кроме Земли, на поверхности которого есть атмосфера и жидкости в виде рек, озер и морей. Из-за чрезвычайно низкой температуры жидкости на Титане состоят из углеводородов, таких как метан и этан, а поверхность состоит из твердого водяного льда.
Новое исследование, опубликованное в The Planetary Science Journal, проведенное учеными-планетологами из Гавайского университета в Маноа, показало, что метан также может задерживаться внутри льда, образуя отчетливую корку толщиной до шести миль, которая нагревает нижележащие слои льда. ледяная оболочка и может также объяснить богатую метаном атмосферу Титана.
Исследовательская группа, возглавляемая научным сотрудником Лорен Шурмайер, в которую также входят Гвендолин Брауэр, докторант, и Сара Фэджентс, заместитель директора и научный сотрудник Гавайского института геофизики и планетологии (HIGP) в Школе океанических и океанических исследований UH Mānoa. Наука и технология Земли (SOEST) по данным НАСА заметила, что ударные кратеры Титана на сотни метров меньше, чем ожидалось, и на этой луне было обнаружено только 90 кратеров.
«Это было очень удивительно, потому что, судя по другим спутникам, мы ожидаем увидеть гораздо больше ударных кратеров на поверхности и кратеров, которые намного глубже, чем те, которые мы наблюдаем на Титане», — сказал Шурмайер. «Мы поняли, что что-то уникальное для Титана заставляет его становиться мельче и относительно быстро исчезать».
Чтобы выяснить, что может скрываться за этой загадкой, исследователи проверили на компьютерной модели, как топография Титана могла бы расслабиться или восстановиться после удара, если бы ледяной панцирь был покрыт слоем изолирующего метан-клатратного льда, своего рода твердого водяного льда с метан, запертый внутри кристаллической структуры.
Поскольку первоначальная форма кратеров Титана неизвестна, исследователи смоделировали и сравнили две вероятные начальные глубины, основываясь на свежих на вид кратерах аналогичного размера на ледяном спутнике такого же размера, Ганимеде.
«Используя этот подход к моделированию, мы смогли ограничить толщину метановой клатратной коры от 5 до 10 километров. [about 3 to 6 miles] потому что моделирование с использованием такой толщины давало глубину кратеров, которая лучше всего соответствовала наблюдаемым кратерам», — сказал Шурмайер.
«Метановая клатратная кора нагревает недра Титана и вызывает удивительно быструю топографическую релаксацию, что приводит к обмелению кратеров со скоростью, близкой к скорости быстро движущихся теплых ледников на Земле».
Изображение Титана, полученное НАСА с помощью прибора Cassini VIMS (спектрометр визуального и инфракрасного картирования). Рядом с центром виден один ударный кратер. Темные области вблизи экватора — это песчаные дюны, богатые органическими веществами, а темные области в северном полярном регионе — это озера жидкого метана и этана. Белые облака также видны в северном полушарии. Фото: НАСА/Кассини ВИМС.
Атмосфера, богатая метаном
Оценка толщины метанового ледяного панциря важна, поскольку она может объяснить происхождение богатой метаном атмосферы Титана и помочь исследователям понять углеродный цикл Титана, «гидрологический цикл» на основе жидкого метана и изменение климата.
«Титан — это природная лаборатория для изучения того, как парниковый газ метан нагревается и циркулирует в атмосфере», — сказал Шурмайер. «Земные клатратные гидраты метана, обнаруженные в вечной мерзлоте Сибири и под арктическим морским дном, в настоящее время дестабилизируют и выделяют метан. Таким образом, уроки Титана могут дать важную информацию о процессах, происходящих на Земле».
Снимки ударных кратеров Титана с помощью Cassini SAR (радар с синтезированной апертурой). Стрелки указывают на потенциальные формы процессов модификации кратеров, в том числе: дюны и пески (фиолетовый), каналы (синий) и значительную эрозию края кратера (розовый). Фото: НАСА/Кассини.
Структура Титана
Топография Титана имеет смысл в свете этих новых открытий. А ограничение толщины ледяной корки клатрата метана указывает на то, что внутренняя часть Титана, вероятно, теплая, а не холодная, жесткая и неактивная, как считалось ранее.
«Клатрат метана более прочный и изолирующий, чем обычный водяной лед», — сказал Шурмайер. «Клатратная корка изолирует внутреннюю часть Титана, делает водяной ледяной панцирь очень теплым и пластичным, а это означает, что ледяной панцирь Титана медленно конвекционирует или находился в процессе медленной конвекции».
«Если жизнь существует в океане Титана под толстым ледяным панцирем, любые признаки жизни (биомаркеры) необходимо будет переносить вверх по ледяному панцирю Титана туда, где нам будет легче получить к ним доступ или увидеть их в будущих миссиях», — добавил Шурмайер. «Это более вероятно, если ледяной панцирь Титана теплый и конвекционный».
Поскольку миссия NASA Dragonfly к Титану запланирована на июль 2028 года и прибудет в 2034 году, у исследователей будет возможность провести тщательные наблюдения за этой луной и дополнительно исследовать ледяную поверхность, включая кратер Селк.
Информация от: Гавайским университетом в Маноа.
