Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

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.

У нас до сих пор нет четкого ответа на вопрос о том, как Титану удалось обзавестись толстой атмосферой. На сопоставимых с ним по размеру Ганимеде и Каллисто ничего подобного не появилось. Один из возможных ответов: из-за более сильной гравитации Юпитера столкновения его спутников с кометами проходили на высоких скоростях. В ходе этих мощных столкновений крупные спутники могли утратить свои газовые оболочки. Согласно другой гипотезе, благодаря более низкой температуре в окрестностях Сатурна, находящегося так далеко от Солнца, в период формирования спутника в составе льдов сохранялся больший объем газов. Позже в результате испарения эти газы попали в его атмосферу.

Может ли существовать жизнь на берегах метановых озер и рек? Ответ зависит от того, может ли метан заменить воду в качестве среды для биологических реакций. Такие рассуждения носят исключительно умозрительный характер. К тому же не стоит забывать о низких температурах, которые затрудняют растворение органических веществ.

Данные, полученные миссией «Кассини–Гюйгенс», подтверждают отсутствие на Титане каких-либо следов жизни. Хотя газы, образующие нечто похожее на смог в атмосфере Титана, и рассеивают свет, делая поверхность спутника недоступной для прямого наблюдения, благодаря большей длине волны через них способно проникать инфракрасное излучение. С его помощью приборам на аппарате «Кассини» удалось составить карту поверхности спутника. Еще одним источником данных стал зонд «Гюйгенс», который смог приземлиться непосредственно на поверхность Титана. Отделившись от «Кассини» в Рождество в 2004 г., он через три недели совершил спуск в плотной атмосфере Титана. В отличие от зондов на Марсе, где из-за небольшой толщины атмосферы попадающий в нее космический аппарат не успевает замедлиться до скорости, обеспечивающей безопасную посадку, зонду «Гюйгенс» удалось приземлиться, используя парашюты. Он коснулся поверхности в облаке углеводородной пыли 14 января 2005 г., став первым зондом, приземлившимся на объекте во внешней части Солнечной системы.

Батареи зонда «Гюйгенс» были рассчитаны на три часа автономной работы. Фактически их энергии хватило для управления аппаратом на последних этапах спуска и работы на поверхности в течение 72 минут. Зонд отправил около 80 изображений поверхности, и ни на одном из них не было признаков движения или растительной жизни. Допуская, что при наличии на Титане жизни она бы распространилась по всей его поверхности, как это произошло на Земле, можно сделать вывод об отсутствии на спутнике макроскопических форм жизни.