Что общего у Титана и Земли?

Титан является крупнейшим спутником Сатурна и второй по величине луной в Солнечной системе после Ганимеда – спутника Юпитера. Кроме того, это единственный спутник, обладающий плотной атмосферой. Атмосфера там преимущественно состоит из азота, что роднит ее с земной атмосферой, а также в ней имеется небольшое количество метана и этана, которые образуют местный океан и облака, являющиеся источником жидких и, возможно, твердых осадков. 

Получается, что Титан удивительно похож на Землю — у него густая атмосфера (в четыре раза более плотная, чем у Земли), и это единственное известное нам место, где есть жидкие озера, океаны, дожди и реки. Ключевое отличие в том, что они заполнены не водой, а жидким метаном и этаном. Таким образом, Титан может оказаться домом для странных инопланетных форм жизни, которые используют биологические процессы, отличные от земных.

В то время как большая часть ландшафта Титана очень отличается от земного, другие особенности ледяного спутника не так уж далеки от наших. Например, на Титане есть высокие песчаные дюны, существование которых представляет собой некоторую загадку. На Земле осадок, из которого состоят песчаные дюны, состоит из неорганических силикатов, но химический состав песка Титана совсем другой.

«Считается, что отложения на спутнике Сатурна в основном состоят из механически слабых органических «зерен», склонных к быстрому истиранию в пыль», – Матье Лапорт, ведущий автор исследования из Стэнфордского университета.

Это быстрое истирание означает, что в течение достаточного времени частицы песка в дюнах Титана должны становиться все мельче и мельче, пока в конце концов они не превратятся в пыль. А невесомая пыль в конечном итоге станет настолько мелкой, что ее унесет ветром в атмосферу, и она не сможет образовывать сплоченные структуры – вроде тех самых гигантских дюн, для срздания которых требуются более крупные и грубые частицы.

Однако на Титане эти песчаные дюны все-таки есть. Исследователи предполагают, что на спутнике Сатурна должен действовать какой-то неизвестный механизм роста, способный укреплять частицы и противостоять силам истирания. И что бы это ни было, длится оно уже очень давно.

«Экваториальные дюны Титана, вероятно, существуют от десятков до сотен тысяч лет. Поддержание дюн Титана в геологических временных масштабах требует механизма, который производит частицы размером с песчаные в экваториальных широтах», – авторы исследования.

В новом исследовании ученые предполагают, каким может быть этот загадочный механизм, вдохновленный существованием ооидов – маленьких округлых осадочных бобовин, которые исследователи находили на морском дне на нашей планете.

В отличие от большинства других форм песка (обычно образующихся в результате истирания), ооиды представляют собой аккреционные образования, которые формируются из более мелких частиц в результате химического осаждения в морской среде.

Согласно моделированию исследователей, подобное явление может объяснить существование собственного органического осадка Титана, позволяющего частицам уплотняться вместе в расплавленные комки, противодействуя одновременной силе истирания и поддерживая частицы в равновесном размере.

«Это легко допускает образование активных песчаных дюн в экваториальных широтах с некоторым образованием пыли, но без значительного накопления пыли из-за уплотнения пылинок в песок с течением времени», – объясняют исследователи. Они отмечают, что их расчеты также учитывают существование характерного песчаника, которое мы наблюдаем на равнинах спутника и на его полюсах. 

«На Титане – точно так же, как на Земле и на Марсе – у нас есть активный цикл осадконакопления, который может объяснить широтное распределение ландшафтов посредством эпизодической абразии и уплотнения, обусловленных сезонами на Титане», – говорит Лапорт. 

Хотя команда признает, что их объяснение цикла осадконакопления Титана на данный момент является лишь гипотезой, поскольку нельзя полностью исключить другие сценарии, они уверены, что оно совпадает с тем, что мы видим на этом странном спутнике, который когда-то назвали «ненормальной версией» Земли».

«Мы смогли решить парадокс, почему на Титане так долго могли существовать песчаные дюны несмотря на то, что материалы там очень непрочные. Очень увлекательно думать о существовании этого альтернативного далекого мира, где есть такие отличающиеся от наших, но и одновременно похожие явления», – резюмирует Лапорт. 

Ученые считают, что примерно 2,8 миллиарда лет назад атмосфера Земли могла быть похожей на атмосферу Титана.

Это соответствует мезоархейской эре — периоду, когда фотосинтезирующие цианобактерии создали первые системы рифов и медленно преобразовывали атмосферный углекислый газ Земли в газообразный кислород. В конечном итоге этот процесс привел к нынешнему балансу азота и кислорода.