Жидкость на Титане

Впервые предположение о возможности существования на Титане углеводородных озёр (углеводоёмов) было сделано на основе анализа данных, полученных АМС Вояджер 1 и Вояджер 2. Сопоставив состав, плотность и температуру атмосферы Титана, учёные сделали вывод, что на спутнике могут присутствовать углеводороды в жидком состоянии. Эта гипотеза подтвердилась в 1995 году, когда при помощи телескопа Хаббл в атмосфере Титана был обнаружен жидкий метан, хотя его количество на поверхности оставалось неясным^[3].

Окончательное подтверждение наличия на Титане крупных углеводоёмов было получено благодаря проекту «Кассини-Гюйгенс». Хотя снимки, полученные при спуске зонда «Гюйгенс», который сел вблизи экватора Титана, не обнаружили каких-либо значительных объёмов жидкости, рельеф поверхности явно свидетельствовал о воздействии на него жидкости в прошлом^[4]. Первое свидетельство существования крупных углеводоёмов нашлось на инфракрасном снимке южного полюса, сделанном 6 июня 2005 года, на котором заметно большое тёмное пятно^[5]. Радарное зондирование поверхности спутника с борта станции Кассини, проведённое 22 июля 2006 года, выявило в северном полушарии большие области с резко очерченными границами, которые сильно поглощали радиоволны^[6]. Эти данные позволили учёным в январе 2007 года уверенно заявить о наличии на Титане метановых озёр^[7][8].

Также 8 июля 2009 года камере VIMS «Кассини» удалось заснять на поверхности блики в инфракрасном диапазоне (длина волны 5 мкм),^[9] которые учёные долго надеялись увидеть как основное доказательство наличия жидкости на поверхности^[10].

В 2013 году с помощью радара «Кассини» были исследованы сети соединённых с морем Лигеи каналов Вид, которое показало, что их поверхность является такой же тёмной, как у углеводородных морей. Более поздний анализ этих данных подтвердил: блеск на их поверхности указывает на то, что они сейчас заполнены жидкостью^[11][12].

Для подробного исследования озёр Титана проектируется зонд TiME (англ. Titan Mare Explorer) в составе миссии Titan Saturn System Mission, запуск которой планируется на 2020 год.^[13]

Средняя температура на Титане составляет 93,7 К (−179,5 °C),^[14] а атмосферное давление у поверхности 146,7 кПа (1,45 атм)^[15]. При таких условиях многие газы переходят в жидкое состояние. Предположительный молярный состав жидкости, наполняющей титанские «водоёмы»^[16][17]:

• жидкий этан: 76÷79 %
• жидкий пропан: 7÷8 %
• жидкий метан: 5÷10 %
• жидкий бутилен: 1 %
• жидкие аргон, азот, угарный газ, водород: менее 1 %.

Также в жидкости растворены твёрдые (при данных температурах и давлении) вещества (в молярных долях):

• циановодород: 2÷3 % (насыщенный раствор)
• бутан: 1 %
• ацетилен: 1 %
• бензол, метилцианид, углекислый газ: менее 1 %

Поскольку смесь состоит из сжиженных газов с разной температурой кипения, то её состав меняется в зависимости от температуры: при нагревании уменьшается концентрация более летучих веществ (метан, азот) и увеличивается концентрация менее летучих (пропан, бутен). Поэтому состав жидкости на полюсах (где 90 К) отличается от состава на более тёплом экваторе (где 93,65 К)^[17].

Поскольку температура на Титане близка к температуре кристаллизации метана (−182,5 °C) и этана (−183,3 °C), то в озёрах может присутствовать также углеводородный лёд. Плотность смеси углеводородов в озёрах составляет примерно 516,3 кг/м³,^[2] что значительно меньше плотности твёрдых метана и этана, поэтому углеводородный лёд в этих озёрах будет тонуть, а не всплывать на поверхность. Однако, учёные предполагают, что при определённых условиях на поверхности озёр всё же могут образовываться плавучие льдины. Такой лёд должен быть насыщен газом (более 5 %) чтобы оставаться на поверхности озера, а не опускаться на дно^[18].

По оценкам учёных, количество углеводородов в озёрах Титана в сотни раз превышает их содержание в недрах Земли^[19].

На сегодняшний день многие углеводоёмы получили собственные названия.

Морями (лат. mare) называются наиболее крупные углеводоёмы Титана. Они получили свои названия по именам мифических морских существ.

Озёра (лат. lacus) — небольшие тёмные участки с чёткими очертаниями (впадины, заполненные жидкими углеводородами). Их названия происходят от названий земных озёр.

Лакуны (лат. lacuna) — объекты, похожие на озёра, но лучше отражающие радиоволны, что говорит об их малой глубине либо полном отсутствии жидкости. Их названия происходят от названий земных солончаков и пересыхающих озёр.

Каналы (лат. flumina) — система каналов, по которым, вероятно, текут жидкие углеводороды.

Залив (лат. sinus) — часть моря или озера.

Пролив (лат. fretum) — узкий участок жидкости, соединяющий два больших резервуара. Они получили свои названия в честь героев произведений Айзека Азимова из цикла «Основание».

Ряд учёных выдвинули гипотезу о существовании на Титане глобального подповерхностного океана^[93]. Мощное приливное действие Сатурна может привести к разогреву ядра и поддержанию достаточно высокой температуры для существования жидкой воды^[94]. Сравнение снимков «Кассини» за 2005 и 2007 годы показало, что детали ландшафта сместились примерно на 30 км. Поскольку Титан всегда повёрнут к Сатурну одной стороной, такой сдвиг может объясняться тем, что ледяная кора отделена от основной массы спутника глобальной жидкой прослойкой^[94].

Предполагается, что в воде содержится значительное количество аммиака (около 10 %), который действует на воду как антифриз^[95], то есть понижает температуру её замерзания. В сочетании с высоким давлением, оказываемым корой спутника, это может являться дополнительным условием существования подповерхностного океана^[96][97].

Согласно данным, обнародованным в конце июня 2012 году и собранным ранее КА «Кассини», под поверхностью Титана (на глубине около 100 км) действительно должен находиться океан, состоящий из воды с возможным небольшим количеством солей^[98]. В результатах нового исследования, опубликованных в 2014 году и основанных на гравитационной карте спутника, построенной на основании данных, собранных «Кассини», учёные высказали предположение, что жидкость в океане спутника Сатурна отличается повышенной плотностью и экстремальной солёностью. Скорее всего, она представляет собой рассол, в состав которого входят соли, содержащие натрий, калий и серу. Кроме того, в разных районах спутника глубина океана варьирует — в одних местах вода промерзает, изнутри наращивая ледяную корку, покрывающую океан, и слой жидкости в этих местах практически не сообщается с поверхностью Титана. Сильная солёность подповерхностного океана делает практически невозможным существование в нём жизни.^[99]