Спутник Сатурна Титан — аномалия среди спутников. Никакие другие спутники не имеют жидкости на поверхности, и, помимо Земли, это единственный объект Солнечной системы, на поверхности которого есть жидкости. Однако, поскольку Титан очень холодный, жидкости представляют собой углеводороды, а не воду. Вся вода Титана заморожена в поверхностный слой льда.
Новое исследование предполагает, что под поверхностью Титана скрывается еще одна аномалия: толстая корка метана.
Доказательства наличия метана в основном получены из кратеров. Наблюдения обнаружили несколько подтвержденных ударных кратеров на холодной луне, а те, которые наблюдались, на сотни метров мельче, чем кратеры такого же размера на других лунах. Если бы кора Титана была каменной, кратеры должны были быть намного глубже.
Новое исследованиеСтатья, опубликованная в журнале Planetary Science Journal, озаглавлена «Быстрая релаксация ударного кратера, вызванная изолирующей метан-клатратной корой на Титане». Лорен Шурмайер из Гавайского института геофизики и планетологии Гавайского университета в Маноа — ведущий автор..
Титан выделяется среди других спутников по нескольким причинам. В отличие от других естественных спутников Солнечной системы, он имеет плотную атмосферу. Его атмосфера примерно на 50% плотнее земной и простирается примерно на 600 км в космос. Дымка, состоящая из сложных органических молекул, называемых толинами, придает атмосфере характерный оранжевый цвет. Атмосфера настолько плотная, что блокирует оптический свет, что делает поверхность Титана почти непостижимой.
Космический корабль Кассини позволил нам лучше всего увидеть Титан. Чтобы увидеть поверхность Луны, он использовал радар и инфракрасные инструменты. Небольшой зонд «Гюйгенс», отправившийся к Сатурну вместе с «Кассини», был запущен на Титан в 2005 году для изучения атмосферы и поверхности. Именно благодаря Гюйгенсу у нас есть лучшие изображения поверхности Титана.
Новое исследование предполагает наличие связи между необычной атмосферой Титана, его мелкими кратерами на поверхности и слоем метана в лунной коре. Метан поддерживает конвекцию нижележащего слоя льда, изолируя его, и помогает ударным кратерам быстро восстанавливаться и оставаться неглубокими.
Нет единого мнения о том, сколько кратеров имеет Титан, поскольку его поверхность покрыта плотной атмосферой, но некоторые данные о кратерах имеются.
Исследования сосредоточены на том факте, что на Титане мало кратеров, а те, которые мы видим, неглубоки. Это отличает его от других спутников.
«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 ведущий автор Шурмайер. «Мы поняли, что что-то уникальное для Титана заставляет его становиться мельче и относительно быстро исчезать».
Было предложено несколько процессов, объясняющих уменьшение кратеров Титана. Обсуждались жидкие углеводородные осадки, заполнение эоловым песком и топографическая релаксация, вызванная изолирующим песчаным заполнением. «Здесь мы предлагаем дополнительный механизм: топографическую релаксацию благодаря изолирующему слою метанового клатрата в верхней ледяной оболочке Титана», — пишут авторы.
С Титана поступает очень мало новой информации, поэтому исследователям приходится работать с тем, что у них есть. Чтобы попытаться понять его мелкие кратеры, исследователи построили компьютерную модель. Они использовали его, чтобы попытаться понять, как топография Титана может отреагировать на удары, если под поверхностью окажется слой клатрата метана. Клатрат – это вещество, в котором молекулы одного типа заключены в структуру молекул другого типа. В этом случае метан задерживается в водяном льду.
Изоляционные свойства метана являются ключевыми.
«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 соединялся или медленно соединялся».
С помощью своей модели они протестировали клатратные коры толщиной 5, 10, 15 или 20 км. Они использовали кратеры диаметром 40, 85, 100 и 120 км, каждый из которых имел две начальные глубины, основанные на диаметре и глубине кратера Ганимеда. Результат?
«Мы обнаружили, что любая толщина клатратной коры приводит к быстрой топографической релаксации, несмотря на низкую температуру поверхности Титана», — пишут исследователи. «Клатратная кора толщиной 5 км может воспроизвести почти все наблюдаемые небольшие глубины, многие из которых менее 1000 лет».
Они также обнаружили, что 10-километровая клатратная кора может воспроизводить наблюдаемую глубину кратера Титана в геологических временных масштабах. «Если релаксация является основной причиной образования неглубоких кратеров, то толщина клатрата, вероятно, составляет 5–10 км», — пишут они.
Во всех моделях большая часть релаксации кратера произошла за 1000 лет. «Это открытие предполагает, что тонкие клатратные корки вызывают обмеление кратеров в геологический момент, подобно быстротекущему земному леднику», — объясняют авторы. Это, безусловно, могло бы объяснить, почему ни один из кратеров Титана не является глубоким.
Однако исследователи отмечают несколько предостережений. Они предположили, что первоначальные кратеры Титана имели глубину, подобную кратерам Ганимеда. Они могли образоваться на разной глубине и в разной форме. Их модель также не учитывала тепло, выделяемое самим ударом, и не учитывала вызванную ударом неоднородность слоя клатрата метана. «Эти термические и динамические изменения могут изменить морфологическую эволюцию кратера», — пишут они.
Это исследование еще больше увеличивает загадку Титана и усиливает наше восхищение необычной луной. Это также добавляет еще один элемент к сравнению с Землей. Земля и Титан имеют поверхность жидкости и являются единственными двумя объектами в Солнечной системе, которые имеют ее. В полярных регионах Земли также есть клатраты метана.
«Титан — это природная лаборатория для изучения того, как парниковый газ метан нагревается и циркулирует в атмосфере», — сказал Шурмайер. «Гидраты клатрата метана Земли, 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».
В конце концов, их результаты очевидны: «Мы приходим к выводу, что если релаксация кратеров является основной причиной неожиданно мелких кратеров Титана, то толщина клатратной коры составляет 5–10 км», — пишут авторы.
