za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Как астрономы с Земли впервые заглянули под облака Титана



         Хорошо известно, что в Солнечной Системе есть лишь два небесных тела, твердая поверхность которых всегда закрыта плотными облаками от человеческого взгляда. Это Венера и Титан. История исследования Венеры хорошо освещена в литературе. В тоже время история исследования Титана имеет множество малоизвестных фактов. О многих из них я узнал, когда готовил вопрос к сегодняшнему конкурсу. Поэтому пользуясь случаем стоит их перечислить.


        В 1981 году в 4 тысяч км от Титана пролетел космический аппарат “Вояджер-1“. На этот пролет возлагались большие надежды. Считалось, что зонду удастся разглядеть поверхность, однако это не получилось:

     Как и опасались ученые, плотный облачный покров Титана не позволил увидеть на снимках его поверхности. Однако инфракрасные и ультрафиолетовые приборы, а также радиозондирование Титана дали возможность получить информацию о составе атмосферы, температуре и давлениях, а также о размерах Титана.

    Судя по снимкам, Титан окружен слоем дымки, которая, по-видимому, образует в северном полушарии выпуклую полярную шапку. У южного полюса такого вспучивания нет. Толщина слоя дымки составляет не менее 280 км, причем, по-видимому, над основным слоем дымки имеются еще три четко различимых отделенных друг от друга слоя. Исследования Титана показали, что его атмосфера состоит в основном из азота (молекулярного, атомарного и ионизированного), а не из метана, как предполагали ранее. Содержание метана в атмосфере не превышает 1 %. В атмосфере обнаружен также цианистый водород, который, возможно, и придает Титану красновато-коричневатый цвет. Высота атмосферы Титана в 10 раз больше высоты атмосферы Земли, а плотность атмосферы Титана у поверхности в пять раз больше. Провести измерения характеристик атмосферы у поверхности Титана не удалось, но на расстоянии ~ 2600 км от центра Титана зарегистрировано давление ~1,5 бар. На основании этого было сделано заключение, что атмосферное давление у поверхности может составлять 2—3 бар. Температура вершин облаков составляет минус 135 °С, температура на уровне давления ~1,5 бар — минус 181 °С. Измерений температуры у поверхности не проводилось, но, согласно предположениям, там, примерно, минус 200 °С, что близко к температуре кипения азота (минус 196 °С). Низкая температура на Титане, очевидно, не дала развиться там процессам органической химии, которые привели к возникновению жизни на Земле. По мнению некоторых американских ученых, облачный покров Титана образован каплями жидкого азота. Эти ученые считают, что на Титане могут выпадать дожди жидкого азота и часть поверхности, возможно, покрыта озерами жидкого азота. На поверхности Титана могут выпадать также частицы углеводородов, возникающих в облачном покрове и в верхней атмосфере вследствие взаимодействия солнечных лучей с метаном. Эти частицы образовывали бы на поверхности Титана маслянистую пленку. Титан не имеет собственного магнитного поля. По данным магнитометров AMС «Вояджер-1», напряженность магнитного поля Титана не превышает 10-3 напряженности магнитного поля Земли. Это означает, что Титан не имеет жидкого электропроводящего ядра, а состоит изо льда и некоторого количества скальных пород. При пролете AMС «Вояджер-1» около Титана было зарегистрировано сильное радиоизлучение, идущее от полушария Титана, обращенного к Сатурну. Очевидно, плазма в магнитосфере Сатурна, взаимодействуя с плотной атмосферой Титана, возбуждает электростатические колебания.



     После того, как попытки разглядеть поверхность Титана с “Вояджера-1 закончились неудачей, астрономы задумались о радиолокации и наблюдениях в инфракрасном диапазоне с Земли.

     Впервые радиолокация системы Сатурна была проведена ещё в 1973 году. Астрономы отправили мощный радиосигнал к Сатурну, и к удивлению приняли его отраженное эхо. Оказалось, что сигнал радара отразился от колец Сатурна. Это открытие позволило оценить размер кусков льда в этих кольцах, как не менее 8 см.

     В тоже время тогда считалось, что поверхность Титана покрыта океаном из жидких углеводородов (метана и этана). Поэтому радиоастрономы считали, что радиолокация Титана бессмысленна: хорошее эхо возможно лишь от твердой поверхности, которой на Титане нет. Лишь в 1990 году была произведена первая попытка радиолокации Титана. В роли излучателя выступала 70-метровая антенна в Калифорнии, отраженное эхо пытался в свою очередь обнаружить радиотелескоп VLA в Нью-Мексико. И тут снова эксперимент удивил радиоастроном. Вопреки скептикам четкое эхо от поверхности Титана было действительно обнаружено. Это открытие навсегда поставило крест на существование глубокого глобального океана на Титане. Характер принятого сигнала говорил, что поверхность крупнейшей луны Сатурна похожа на галиллевы луны, то есть, вероятно, состоит из водного льда. В тоже время полученные данные полностью не исключали наличие жидких углеводородов на Титане: глубина таких водоемов не должна была превосходить 200 метров.



     Системе VLA, состоящей из 27 25-метровых радиотелескопов, первой удалось принять 15 лет назад отраженный земной радиосигнал от поверхности Титана. Источник.


     Спустя 4 года, в октябре 1994 года впервые удалось увидеть поверхность Титана и в инфракрасном диапазоне. Это получилось у космического телескопа Хаббл на длине волны около 1 микрона. Снимки показали наличие на поверхности большой области на экваторе с более высоким альбедо (позже её назвали Ханаду):



      В 1999 году такие же наблюдения смог повторить и наземный телескоп Кек. Благодаря адаптивной оптике он обнаружил темные пятна на поверхности Титана:



      Поначалу астрономы предположили, что темные пятна представляют собой водоёмы жидких углеводородов. В следующие годы новые наблюдения позволили составить глобальную карту поверхности Титана с разрешением в 200 км:



      Эти же наблюдения позволили усомниться, что том, что темные пятна представляют собой водоёмы жидкости. Альбедо в инфракрасном диапазоне говорило, что, скорее всего эти участки поверхности также состоят из водного льда.


     Параллельно в 2001-2002 годах была проведена более мощная радиолокация Титана – с помощью 300-метрового радиотелескопа в Аресибо. Мощность передатчика радара составляла 1 мегаватт. Эхо принимал 100-метровый телескоп в Виржинии. Наблюдения проводились примерно на 30 градусах южной широты Титана:



     Эти наблюдения позволили обнаружить блики от очень ровной поверхности. Ученые посчитали, что наблюдаемые блики вызваны озерами жидких углеводородов. Их размер согласно наблюдениям должен был составлять от 100 до 400 км. Теоретики предположили, что эти озера лежат в ударных кратерах.

     Однако для опровержения этой гипотезы хватило лишь инфракрасных данных с наземных телескопов. Они показали, что, скорее всего блики при радиолокации связаны с ровными участками поверхности. Позже уже космическая станция “Кассини“ обнаружила в экваториальных районах большое количество участков с песчаными дюнами. Вероятно, они и стали причиной бликов при экспериментах по радиолокации Титана с Земли.



      В целом, вышеперечисленные факты говорят, что наземная астрономия оказалась достаточно эффективной для изучения поверхности Титана, скрытой плотной облачностью. Она впервые дала возможность правдоподобно оценить в общих чертах характер поверхности задолго до специализированных космических аппаратов. Это позволяет говорить, что и для внесолнечных планет (экзопланет) наземная астрономия станет таким эффективным инструментом для исследования поверхности задолго до первых полетов к ним земных звездолетов.
Tags: Титан, инфракрасный диапазон, история исследования, наземная астрономия, радиолокация
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 7 comments