Внимательный повторный анализ данных, полученных более десяти лет назад, показывает, что крупнейший спутник Сатурна, Титан, не имеет обширного океана под своей ледяной поверхностью, как предполагалось ранее.
Данные миссии NASA Cassini
Данные, полученные в ходе миссии NASA Cassini к Сатурну, первоначально заставили исследователей подозревать наличие большого океана, состоящего из жидкой воды, под слоем льда на Титане. Однако, когда они смоделировали спутник с океаном, результаты не соответствовали физическим свойствам, описанным в данных.
Новые результаты
Свежий взгляд на данные принёс новые — более «слякотные» — результаты. Исследование может подтолкнуть к аналогичным изысканиям в отношении других миров Солнечной системы и помочь сузить поиск жизни на Титане.
«Вместо открытого океана, как у нас на Земле, мы, вероятно, имеем дело с чем-то вроде арктического морского льда или водоносных горизонтов», — сказал Батист Журно, доцент кафедры наук о Земле и космосе в Вашингтонском университете. «Это имеет значение для типа жизни, который мы можем найти, а также для наличия питательных веществ, энергии и так далее».
Исследование опубликовано в Nature
Исследование, опубликованное в журнале Nature, было проведено под руководством NASA при участии Журно и Ула Джонс, аспирантки Вашингтонского университета в его лаборатории.
Миссия Cassini
Миссия Cassini, начавшаяся в 1997 году и продлившаяся почти 20 лет, дала огромный объём данных о Сатурне и его 274 спутниках. Титан, окутанный туманной атмосферой, является единственным миром, кроме Земли, где на поверхности есть жидкость. Температуры там колеблются около -297 градусов по Фаренгейту. Вместо воды на Титане озёра образует жидкий метан, который также выпадает в виде дождя.
Деформация Титана
Когда Титан вращается вокруг Сатурна по эллиптической орбите, исследователи наблюдают, как спутник растягивается и сжимается в зависимости от его положения относительно Сатурна. В 2008 году они предположили, что Титан должен обладать огромным океаном под поверхностью, чтобы допускать такие значительные деформации.
«Степень деформации зависит от внутренней структуры Титана, — сказал Журно. — Глубокий океан позволил бы коре больше прогибаться под гравитационным притяжением Сатурна, но если бы Титан был полностью замёрзшим, он бы деформировался не так сильно».
Задержка в деформации
В новом исследовании учёные вводят новый уровень детализации: время. Изменение формы Титана отстаёт от пика гравитационного притяжения Сатурна примерно на 15 часов. Подобно ложке, перемешивающей мёд, для перемещения вязкой субстанции требуется больше энергии, чем для жидкой воды. Измерение задержки позволило учёным определить, сколько энергии требуется для изменения формы Титана, что позволило им сделать выводы о вязкости его внутренних слоёв.
Количество потерянной или рассеянной энергии на Титане было намного больше, чем ожидали исследователи в сценарии с глобальным океаном.
«Никто не ожидал столь сильного рассеяния энергии внутри Титана, — сказал Флавио Петрикка, научный сотрудник Лаборатории реактивного движения NASA, возглавлявший исследование. — Это стало явным признаком того, что внутреннее строение Титана отличается от того, что предполагалось в предыдущих анализах».
Модель с учётом вязкости
Вместо глобального океана модель, предложенная учёными, включает больше слякоти и гораздо меньше жидкой воды. Слякоть достаточно густая, чтобы объяснить задержку, но всё ещё содержит воду, позволяя Титану деформироваться при внешнем воздействии.
Петрикка пришёл к такому выводу, измерив частоту радиоволн, исходящих от космического аппарата Cassini во время пролётов над Титаном, а Журно помог обосновать результаты с точки зрения термодинамики.
Лаборатория планетарной крио-минеральной физики Журно в Вашингтонском университете потратила годы на разработку методов моделирования внеземных сред в лаборатории. Он смог предоставить Петрикке и его коллегам набор данных, описывающих ожидаемые физические свойства воды и льда глубоко внутри Титана.
«Мы могли помочь им определить, какой гравитационный сигнал они должны ожидать увидеть, основываясь на экспериментах, проведённых здесь, в Вашингтонском университете, — сказал Журно. — Это было очень полезно».
«Открытие слякотного слоя на Титане также имеет захватывающие последствия для поиска жизни за пределами нашей Солнечной системы, — сказала Джонс. — Это расширяет диапазон сред, которые мы можем считать пригодными для жизни».
Хотя идея океана на Титане активизировала поиск жизни там, исследователи считают, что новые находки могут повысить шансы на её обнаружение. Анализ показывает, что карманы пресной воды на Титане могут достигать 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 рыбу, извивающуюся по слякотным каналам, если на Титане будет найдена жизнь, она может напоминать полярные экосистемы на Земле.
Журно входит в команду предстоящей миссии NASA Dragonfly на Титан, запуск которой запланирован на 2028 год. Собранные данные будут направлять миссию, и Журно надеется вернуться с доказательствами существования жизни на планете и окончательным ответом о наличии океана.