Читать книгу "Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер"

Вдали от Солнца крошечный спутник Сатурна нагревается от тех же приливных деформаций, которые снабжают теплом трио спутников Юпитера. Энцелад находится в резонансе со своим соседом — спутником Диона (названным так в честь титана из греческих мифов). За то время, которое требуется Дионе на один оборот вокруг Сатурна, Энцелад облетает планету дважды. Как и в случае с внутренними галилеевыми спутниками, под воздействием притяжения Дионы орбита Энцелада принимает слегка эллиптическую форму, что приводит к периодическому ослаблению и усилению влияния Сатурна на движущийся по орбите спутник. Однако одним лишь этим явлением объяснить происхождение получаемой спутником энергии не получится. Согласно расчетам, нагрева, вызванного влиянием Сатурна, было бы недостаточно для обеспечения столь высокой активности гейзеров. Возможно, недостающая энергия берется из внутреннего тепла, накопленного в период формирования спутника или оставшегося с тех времен, когда его орбита была более вытянутой.

Легкий доступ к воде на Энцеладе делает его привлекательным объектом для изучения, способным помочь приоткрыть завесу над судьбой жизни на этих покрытых льдом спутниках. Например, чтобы изучить состав океана на Европе, космическому аппарату пришлось бы закрепиться на поверхности спутника и просверлить отверстие в слое льда толщиной в несколько километров. На Энцеладе все намного проще. Правда, расстояние до Сатурна и объектов вокруг него намного больше. Так что путешествие к нему от Земли — это весьма непростое предприятие. Для сравнения: миссии «Кассини–Гюйгенса» потребовалось семь лет, чтобы добраться до Сатурна, тогда как путешествие аппарата «Юнона» к Юпитеру продолжалось пять лет, завершившись в 2016 году. Поэтому в центре внимания большинства планируемых сейчас миссий именно Европа, хотя Энцелад остается весьма заманчивым объектом для будущих поисков внеземной жизни.

Луна с жидкими озерами

Однако у Сатурна есть спутники и покрупнее. Один из них — Титан — такого размера, что его бы с лихвой хватило на несколько спутников. На него приходится 96% массы всех 62 спутников, обнаруженных у окольцованного газового гиганта. Второй по величине спутник Сатурна — Рея. При массе в пятьдесят раз меньше, чем у Титана, Рея втрое меньше его размером. Таким образом, Титан — второй по величине спутник в Солнечной системе, он уступает лишь Ганимеду, который больше его на каких-то 2%.

Как и покрытые льдом спутники с водой, Титан движется по слегка эллиптической орбите, обеспечивающий приливный разогрев в результате взаимодействия с Сатурном. Если причины появления эксцентриситета орбит остальных спутников ясны, ситуация с Титаном выглядит не столь однозначно. У него нет соседей достаточно крупного размера, которые бы могли повлиять на его траекторию движения, поэтому в результате притяжения Сатурна он должен был бы занять круговую орбиту. Возможно, Титан относительно недавно пережил столкновение с другим объектом, и у него не было достаточно времени, чтобы вернуться на круговую траекторию движения вокруг газового гиганта.

В любом случае, наличие эксцентриситета приводит к деформации Титана под влиянием притяжения Сатурна при движении спутника по его 16-суточной орбите. Результаты проведенных аппаратом «Кассини» измерений изменения формы спутника показали, что его масштабы намного превышают те, которые бы можно было ожидать от твердого тела из горных пород. Вместо ожидаемого 1 м с небольшим поверхность Титана поднимается на 10 м. Для сравнения: под влиянием Луны и Солнца кора Земли поднимается приблизительно на 50 см, а уровень океанов на поверхности нашей планеты поднимается приблизительно на 60 см. Податливость Титана свидетельствует о наличии под его поверхностью океана. Учитывая размер спутника, можно предположить, что из-за большого давления его ядро заключено в оболочку изо льда. Поэтому, как и в случае с Ганимедом и покрытыми водой экзопланетами, вероятность развития глубоководных форм жизни там весьма невелика. Впрочем, поверхность Титана очень сильно отличается от поверхности других спутников, закованных в ледяную оболочку.

Если на них верхний слой льда покрывает тонкая газовая оболочка, то на Титане имеется толстая атмосфера, а давление на его поверхности на 50% превышает давление на поверхности Земли. Благодаря этому спутник входит в число четырех миров в нашей Солнечной системе, обладающих твердой поверхностью и внушительной атмосферой. Самая плотная атмосфера — на Венере, в то время как атмосферы Земли и Марса более разреженные, чем на Титане. Но, как и на соседних с нами планетах, воздух на Титане совсем не подходит для дыхания.

Факт наличия на Титане толстой атмосферы был установлен уже в 1908 г. Обнаружил этот спутник 25 марта 1655 г. нидерландский астроном и физик Христиан Гюйгенс. Он и его брат Константин Гюйгенс-младший сами делали инструменты для научных исследований. В один из своих телескопов им и довелось наблюдать спутник Сатурна. Приблизительно через 250 лет каталонский астроном Хосе Комас Сола зафиксировал изменение яркости центра поверхности спутника относительно его видимых краев. Он интерпретировал этот перепад как признак наличия атмосферы.

В 1940-е гг. Койпер (исследователь, в честь которого назван пояс Койпера) изучил длины волн света, поглощаемые атмосферой Титана. Он пришел к выводу, что в ней содержится метан, но точно установить, является ли этот газ доминирующим, ему так и не удалось. Ответ на этот вопрос был получен из данных, собранных двумя аппаратами «Вояджер» при пролете мимо спутника в 1980 и 1981 гг. Они подтвердили наличие на Титане толстой атмосферы. Выяснилось, что она приблизительно на 95% состоит из азота и на 5% — из метана. В результате взаимодействия с ограниченным количеством ультрафиолетового солнечного света, достигающего далекого спутника, метан участвует в формировании более сложных молекул из атомов водорода и углерода, таких, например, как молекулы этана[45]. Эти более тяжелые углеводороды оседают в виде твердых или жидких частиц, образуя дымку оранжевого цвета, которая не позволяет увидеть поверхность спутника. Из-за красновато-коричневого цвета эти оседающие углеводороды называют толинами — от греческого слова, обозначающего сепию.

Как и на Венере и Земле, в атмосфере Титана действует парниковый эффект, благодаря которому температура поверхности увеличивается приблизительно на 10 °C. Этого недостаточно, чтобы оградить спутник от низких температур, так как из-за колоссального расстояния от Солнца он получает лишь 1% того количества солнечного света, которое достигает Земли. Поэтому на поверхности Титана умопомрачительно холодно: –180 °C. Такая температура исключает возможность наличия воды в жидкой фазе. Ее место в озерах на поверхности Титана занимают жидкий метан и этан.

При температуре 0,01 °C, которую можно считать достаточно высокой по сравнению с температурой на поверхности Титана, вода может существовать в твердой, жидкой и газовой форме. Эту необычную температуру называют тройной точкой воды.

Как раз близость температур на Земле к этой тройной точке и обеспечивает большие количества льда, воды и пара на поверхности нашей планеты. Если объединить эти фазы вместе, мы получим полный цикл круговорота воды — от облаков и дождя до льда и снега. Температуры на Титане далеки от тройной точки воды, однако они близки к аналогичной точке метана. Этот газ может существовать во всех трех фазах при –182 °C, проходя через все этапы метанового цикла — от облаков через дождь к озерам.