На самом большом спутнике Сатурна Титане, возможно, всё-таки нет океана

Тщательный повторный анализ данных, полученных более десяти лет назад, показывает, что под ледяной поверхностью крупнейшего спутника Сатурна, Титана, нет огромного океана, как предполагалось ранее. Вместо этого под слоем льда, скорее всего, находятся рыхлые туннели и карманы талой воды вблизи каменистого ядра.

Данные, полученные в ходе миссии НАСА «Кассини» к Сатурну, изначально заставили исследователей предположить, что подо льдом на Титане находится большой океан, состоящий из жидкой воды. Однако когда они смоделировали луну с океаном, результаты не соответствовали физическим свойствам, описанным в данных.

Пересмотр данных «Кассини» и новые открытия

Новый взгляд позволил получить новые — более впечатляющие — результаты. Эти открытия могут стать поводом для аналогичных исследований других планет Солнечной системы и помочь сузить круг поиска жизни на Титане.

«Вместо открытого океана, как здесь, на Земле, мы, вероятно, увидим что-то вроде арктического морского льда или водоносных горизонтов, что повлияет на то, какие формы жизни мы можем обнаружить, а также на доступность питательных веществ, энергии и так далее», — сказал Батист Журно, доцент кафедры наук о Земле и космосе Вашингтонского университета.

Исследование было проведено НАСА при участии Журно и Улы Джонс, аспирантки Вашингтонского университета, изучающей науки о Земле и космосе в его лаборатории.

Миссия «Кассини», начавшаяся в 1997 году и продлившаяся почти 20 лет, позволила получить большой объём данных о Сатурне и его 274 спутниках. Титан, окутанный туманной атмосферой, — единственный мир, кроме Земли, на поверхности которого, как известно, есть жидкость. Температура колеблется в районе -297 градусов по Фаренгейту. Вместо воды в озёрах и в виде дождя выпадает жидкий метан.

Пока Титан вращался вокруг Сатурна по эллиптической орбите, исследователи наблюдали, как спутник растягивается и сжимается в зависимости от своего положения относительно Сатурна. В 2008 году они предположили, что под поверхностью Титана должен находиться огромный океан, который и вызывает столь значительные деформации.

«Степень деформации зависит от внутренней структуры Титана. Глубокий океан позволил бы коре сильнее прогнуться под действием гравитации Сатурна, но если бы Титан был полностью заморожен, он бы не деформировался так сильно», — сказал Журно.

«Деформация, которую мы обнаружили при первичном анализе данных миссии «Кассини», могла быть связана с глобальным океаном, но теперь мы знаем, что это не единственная причина».

Понимание внутренней структуры Титана

В новом исследовании учёные вводят новый уровень детализации: время. Изменение формы Титана происходит примерно на 15 часов позже пика гравитационного притяжения Сатурна. Чтобы сдвинуть густое вязкое вещество, требуется больше энергии, чем для перемещения жидкой воды. Измерение задержки позволило учёным определить, сколько энергии требуется для изменения формы Титана, и сделать выводы о вязкости его недр.

Количество энергии, потерянной или рассеявшейся на Титане, оказалось намного больше, чем ожидали исследователи, рассматривавшие сценарий с глобальным океаном.

«Никто не ожидал, что внутри Титана будет происходить такое сильное рассеивание энергии. Это стало решающим фактором, указывающим на то, что внутреннее строение Титана отличается от того, что предполагалось на основании предыдущих исследований», — сказал Флавио Петрикка, научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА, который руководил исследованием.

Вместо этого они предлагают модель, в которой больше слякоти и гораздо меньше жидкой воды. Слякоть достаточно густая, чтобы объяснить задержку, но в ней всё равно есть вода, что позволяет Титану трансформироваться при буксировке.

Петрикка пришёл к такому выводу, измерив частоту радиоволн, исходящих от космического аппарата «Кассини» во время пролёта мимо Титана, а Журно помог обосновать результаты с помощью термодинамики. Журно изучает воду и минералы под экстремальным давлением, чтобы оценить вероятность существования жизни на других планетах.

«Водяной слой на Титане настолько толстый, а давление настолько сильное, что физика воды меняется. Вода и лёд ведут себя иначе, чем морская вода здесь, на Земле», — сказал Журно.

Его лаборатория планетарной криоминералогии в Вашингтонском университете годами разрабатывала методы моделирования внеземных сред в лабораторных условиях. Он смог предоставить Петрикке и его коллегам набор данных, описывающий ожидаемые физические свойства воды и льда в недрах Титана.

«Мы могли бы помочь им определить, какой гравитационный сигнал они должны ожидать увидеть, исходя из результатов экспериментов, проведённых здесь, в Вашингтонском университете, — сказал Журно. — Это было очень полезно».

Последствия для жизни и будущих миссий

«Обнаружение слоя жидкой грязи на Титане также имеет большое значение для поиска жизни за пределами нашей Солнечной системы, — сказал Джонс. — Это расширяет диапазон сред, которые мы можем считать пригодными для жизни».

Хотя предположение о наличии океана на Титане активизировало поиски жизни на спутнике Сатурна, исследователи считают, что новые данные могут повысить шансы на обнаружение жизни. Анализ показывает, что участки с пресной водой на Титане могут нагреваться до 68 градусов по Фаренгейту. Любые доступные питательные вещества будут более концентрированными в небольшом объёме воды по сравнению с открытым океаном, что может способствовать росту простых организмов.

Хотя маловероятно, что исследователи обнаружат рыб, плавающих в каналах с жидкой грязью, если на Титане и есть жизнь, то она может быть похожа на полярные экосистемы Земли.

Журно входит в команду, которая будет участвовать в предстоящей миссии NASA «Dragonfly» на Титан, запуск которой запланирован на 2028 год. Собранные здесь данные помогут в проведении миссии, и Журно надеется вернуться с доказательствами существования жизни на планете и окончательным ответом о наличии океана.

Источник: Nature, Вашингтонский университет

На изображении:

Шесть инфракрасных изображений Титана, представленных выше, были созданы на основе данных, собранных в ходе миссии «Кассини». На них показано, как выглядит поверхность Титана под туманной атмосферой, и видна неоднородность поверхности спутника