Вопрос: Объясните, почему Титан - спутник Юпитера, смог сохранить свою атмосферу, а Меркурий - нет? Кто и как открыл титан? Интересные факты

Объясните, почему Титан - спутник Юпитера, смог сохранить свою атмосферу, а Меркурий - нет?

Ответы:

Mеркурий во многом похож на Луну: на его поверхности много кратеров и она очень стара; планета не имеет тектонической плиты. С другой стороны, Меркурий намного более плотный, чем Луна (5.43 гм/cм3 против 3.34). Меркурий - второе по плотности крупное тело Солнечной системы после Земли. Фактически такую плотность Земле обеспечивает гравитационное сжатие, и если бы не оно, то Меркурий был бы более плотным, чем Земля. Это указывает на то, что плотное железное ядро Меркурия больше, чем у Земли, и, возможно, составляет большую часть планеты. Поэтому у Меркурия относительно тонкая кремниевая мантия и кора. Итак, внутри Меркурий по большей части состоит из железного ядра, радиус которого составляет от 1800 до 1900 км. Толщина кремниевой внешней оболочки (аналогично мантии Земли и коре) составляет всего от 500 до 600 км. По крайней мере часть ядра, возможно, расплавлена. У Меркурия очень разреженная атмосфера (земной эквивалент-на высоте 600 км) , состоящая из атомов, выбиваемых солнечным ветром из его же поверхности. Так как Меркурий очень горяч, эти атомы быстро улетают в космос. Таким образом, в отличие от Земли и Венеры, чьи атмосферы устойчивы, атмосфера Меркурия постоянно меняется. Титан - самый крупный спутник Сатурна и второй по величине спутник в Солнечной системе (крупнее его только Ганимед, спутник Юпитера) . По своим размерам он даже немного больше Меркурия, хотя и уступает ему в массе (масса Титана составляет 40% от массы Меркурия и в 1,83 раза превышает массу Луны) . Титан вращается вокруг Сатурна по правильной круговой орбите на расстоянии 1,22 млн. км (в 3 раза дальше, чем Луна от Земли) и делает один оборот примерно за 16 дней. Видимый угловой размер Титана с Сатурна в 2 раза меньше видимого размера Луны в земном небе. Титан - единственный спутник в Солнечной системе, имеющий плотную атмосферу (давление у поверхности составляет 1,45 атмосфер) . Поверхность спутника скрыта за плотным слоем желто-оранжевого смога. Атмосфера Титана состоит основном из азота и метана, также в ней присутствуют в виде примесей аргон и продукты фотолиза метана, такие как этан, цианистый водород, ацетилен и молекулярный водород. Молекулярный водород медленно улетучивается из атмосферы в космос. При низких температурах, царящих на Титане (температура воздуха у поверхности составляет 94 К или -179 С) , метан и этан могут существовать в жидком виде и играют ту же роль, что играет на Земле вода: выпадают на поверхность в виде дождя, текут по речным руслам и образовывают моря и озера. Развитая метеорология, сложные и разнообразные формы рельефа и геологическая активность делают Титан одним из интереснейших небесных тел в Солнечной системе. Атмосфера Титана. Основной атмосферной составляющей на Титане является молекулярный азот (более 95%). Количество метана меняется от 2,7% на высоте 1174 км до 1,6% в стратосфере, а у поверхности достигает 4,9%. Кроме азота и метана, атмосфера содержит аргон-40 (43 молекулы на миллион) , углекислый газ (345 молекул на миллион) и продукты фотолиза метана: этан, ацетилен, бензол, дициан С2N2 и молекулярный водород. В момент посадки зонда Гюйгенс на поверхность Титана "метановая влажность" у поверхности составила 50%, на высоте 8 км она достигла 100%. Температурный минимум (тропопауза) в атмосфере Титана расположена на высоте 44 км над поверхностью при температуре 70 К и давлении 0,11 атм. Ниже температура начинает расти и достигает у поверхности значения 94 К. Выше тропопаузы лежит стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. На высоте 250 км температура достигает 186 К, а выше снова начинает падать. На высотах 500-1000 км расположено шесть инверсионных слоев с разницей температур между слоями 20-30 К. На высоте 1500 км над поверхностью температура составляет около 140 К. Понятно, что такая "переохлажденная" атмосфера из-за низких скоростей молекул газов не стремится покинуть Титан.

скачать Школьный этап Всероссийской олимпиады школьников

2012-2013 учебный год

Астрономия

Ключи

1. Может ли Венера наблюдаться в созвездии Близнецов? В созвездии Большого Пса? В созвездии Ориона?
Решение. Венера может наблюдаться в зодиакальном созвездии Близнецов. Также она может наблюдаться в северной части созвездия Ориона, так как это всего на несколько градусов южнее эклиптики, а отклонение Венеры от эклиптики может достигать 8°. Венера была видна в созвездии Ориона в августе 2004 года. В созвездии Большого Пса, далеком от эклиптики, Венера находиться не может.
2. Объясните, почему Титан - спутник Сатурна, смог сохранить свою атмосферу, а Меркурий - нет?
Решение. Титан и Меркурий имеют сходную массу и размеры, но Меркурий находится значительно ближе к Солнцу и получает от него намного больше тепла. В разогретой атмосфере частицы имеют большие скорости и легче уходят от планеты. Поэтому Меркурий не удержал атмосферу. Холодная атмосфера Титана значительно более устойчива.
3. Почему полные солнечные затмения очень интересны для наблюдателей комет?
Решение. Существует целый класс комет, имеющих очень малое перигелийное расстояние. Вдали от Солнца они могут быть очень слабыми, однако вблизи перигелия их блеск сильно увеличивается, нередко достигая отрицательных звездных величин. В это время они находятся вблизи Солнца, и во время полного солнечного затмения появляется единственная возможность найти эти кометы с помощью обычной оптики.
4. Поезд движется со скоростью 60 км/ч на запад вдоль параллели 60° с.ш. Какую продолжительность светлого времени суток зафиксирует пассажир этого поезда 21 марта?

Решение. Скорость суточного движения Земли направлена с запада на восток и равна

Здесь R - радиус Земли, T 0 - период ее вращения вокруг своей оси. На широте  =60 эта скорость составляет 835 км/ч. Движение пассажира поезда вокруг оси Земли будет происходить на 60 км/ч медленнее, и его скорость v составит 775 км/ч, что увеличит продолжительность солнечных суток до

то есть до 25.85 часов. В день весеннего равноденствия световой день будет длиться ровно половину солнечных суток (если не учитывать рефракцию), то есть для пассажира поезда он составит 12.93 ч или 12 ч 56 м.

5 . Почему на небе вблизи Млечного Пути наблюдается больше слабых звезд, а количество слабых галактик, наоборот, меньше, чем вдали от него?
Решение. Наблюдая области неба, близкие к Млечному Пути, мы видим звезды нашей Галактики, сконцентрированные в ее диске. Именно их излучение сливается в светлую полосу Млечного Пути. Вдоль Млечного Пути наблюдается много молодых горячих звезд, которые рождаются из уплотненного в галактической плоскости межзвездного вещества. Однако все это вещество, точнее, его пылевая составляющая, поглощает свет более далеких объектов. Поэтому галактики практически и не видны вблизи полосы Млечного Пути.

Этот спутник является крупнейшим среди тех, которые есть у Сатурна. Также Титан занимает вторую позицию среди спутников в нашей системе, уступая первое место только Ганимеду, вращающемуся вокруг Юпитера. Также спутник Титан является единственным космическим объектом Солнечной системы, исключая Землю, на котором точно есть вода в жидком состоянии. Титан единственный спутник в нашей системе, у которого есть достаточно плотная атмосфера. Спутник Сатурна был открыт первым среди прочих лун этого газового гиганта. Подтверждение его существования было получено в 1655 году во время обнаружения голландским астрономом Христианом Гюйгенсом.

Размеры спутника и особенности рельефа

Космический объект, вращающийся вокруг Сатурна, имеет диаметр 5152 км, это примерно на 50 процентов больше, чем у Луны. В то же время масса Татана превышает массу нашего естественного спутника на 80 процентных пунктов. Спутник Сатурна больше, чем планета Меркурий, уступая ей только по массе. По силе тяжести спутник Титан уступает Земле, этот показатель равен всего 1/7 от земного. В то же время масса Титана равняется 95 процентам от веса всех лун газового гиганта.

Спутник Титан отличается ледяной корой, которая укрывает практически всю поверхность. Ландшафт покрывают органические осадочные вещества. Рельеф геологически молодой и ровный, если не брать в расчёт небольшое число горных хребтов и кратеров. На поверхности Титана обнаружены криовулканы. Из-за плотной атмосферы, которая окружает спутник, ученым долгое время не удавалось разглядеть ландшафт Титана. Ситуация изменилась в момент прибытия к Сатурну автоматического аппарата «Кассини» в 2004 году.

По преимуществу состав атмосферы представлен азотом, а также небольшим объемом метана с этаном, наличие которых приводит к образованию облаков. Именно они являются причиной осадков на спутнике, которые выпадают в жидком или твердом виде. Поверхность спутника имеет ряд озер, которые наполнены метан-этановым составом. Давление возле поверхности спутника почти в 1.5 раз больше, чем на Земле. Поверхность Титана прогревается до -170 градусов.

Низкая температура Титана, тем не менее, позволяет сопоставить его с нашей планетой, когда она пребывала на ранних стадиях формирования. В то же время не исключается возможность обнаружения простых форм жизни на поверхности или под ней, к примеру, в подземном водоеме, условия расположения которого более комфортны, чем на ледяном ландшафте спутника.

Открытие спутника Титан

Титан был впервые обнаружен Христианом Гюйгенсом, 1655 году. На это открытие астронома и математика вдохновил Галилей, поэтому Гюйгенс, которому помогал его брат, приступил к созданию телескопа с апертурой в 57 мм. Его кратность позволяла увеличить объекты в 50 раз. Сконструированный телескоп позволил Гюйгенсу наблюдать за различными планетами в Солнечной системе. Именно у Сатурна исследователю удалось обнаружить яркий объект, который проходил полный круг вокруг газового гиганта за 16-тидневный период.

После совершения нескольких оборотов, когда кольца планеты практически не влияли на точность наблюдений, астроном смог подтвердить свою находку. После этого ученый решил зашифровать наблюдение анаграммой admovere oculis distantia sidera nostris, vvvvvvvcccrrhnbqx. Письмо с этой строкой получил Джон Валлис в июле 1655 года. Расшифровкой анаграммы послужил следующий текст – «спутник обращается вокруг Сатурна за 16 дней и 4 часа».

Спутник Сатурна долгое время не имел собственного названия. Некоторые ученые решили называть его «Гюйгенсовым спутником». Но после того, как Кассини доказал существование еще четырех спутников газового гиганта, открытую Гюйгенсом луну начали называть Saturn IV. Это обозначение связано с тем, что спутник занимает четвертую позицию от своей планеты. Но уже 1789 году подобный метод наименования пришлось упразднить, так как были найдены новые спутники, некоторые из которых были более близко к планете, чем открытые ранее объекты.

Обозначение, которым мы пользуемся сегодня, было предложено Джоном Гершелем, сыном известного астронома. Он предложил вариант обозначить семь спутников Сатурна, которые были известны на тот момент, именами титанов из древнегреческой мифологии.

Вращение спутника Титана

Орбита Титана равняется 1221870 км. Это показывает, что спутник расположен за пределами колец газового гиганта, последнее из которых находится на расстоянии в ¾ млн. км от его поверхности. Ближайшие спутники расположены на расстоянии в 242 тыс. км и 695 тыс. км от Титана. Титан и Гиперион находятся в орбитальном резонансе с соотношением 3 к 4. Титан успевает сделать полный пролет по орбите Сатурна за 15 дней и 22 часа, а его средняя скорость вращения находится в пределах 5,57 км/с. У орбиты Титана отмечается наличие эксцентриситета, который составляет 0.02. Орбита имеет отклонение от экватора газового гиганта на 0.348 градуса.

Как и в случае с Луной, спутник вращается синхронно с планетой, что обусловлено приливными силами Сатурна. Это показывает, что спутник вращается вокруг оси и вокруг планеты с одинаковым периодом, поэтому Титан всегда развернут к Сатурну одной стороной. Благодаря наклону оси вращения Сатурна в 26,73 градусов происходит постоянная смена времен года не только на планете, но и на спутниках. Вокруг Солнца Сатурн делает оборот за 30 лет. Последний летний сезон на территории южного полушария на Титане завершился в 2009 году.

Центр массы между спутником и планетой находится всего в 30000 метров от ее собственного центра. Это обусловлено огромной разницей массы между космическими телами. По этой причине Титан практически не оказывает влияния на планету.

Долгое время астрономы приходили к мнению, что спутник имеет диаметр 5550 км. В этом случае он мог бы стать первым среди спутников в Солнечной системе. Тем не менее, исследовательский аппарат «Вояджер-1», сделавший снимки спутника, продемонстрировал наличие высокоплотной атмосферы, которая не позволяла ранее в точности определиться с размерами спутника.

По своему диаметру, массе и показателю плотности, спутник похож на луны Юпитера - Ганимед и Каллисто. Масса Титана на 4/5 превышает массу Луны, а его радиус наполовину больше, чем у естественного спутника Земли. Спутник имеет среднюю плотность на уровне 1,88 г/см³, которая является самой большой среди прочих лун Сатурна. Сегодня продолжаются споры о том, каким образом произошло формирование Титана. Имело ли место влияние пылевого облака, от которого был сформирован газовый гигант, или Титан был притянут гравитацией планеты уже в более поздний период. Именно благодаря последней теории удается объяснить, почему так неравномерно распределяется масса среди спутников Сатурна. Титан отличается довольно крупными размерами, поэтому он способен поддерживать высокую температуру ядра, что обеспечивает геологическую активность.

Спутник представляет собой сферу, которая на 50% состоит изо льда, а еще на 50% из горных пород. Состав структуры спутника делает его в значительной степени похожим на Ганимед, Каллисто или Тритон. В то же время отличием его от указанных лун является структура плотной атмосферы.

Титан по своим габаритам похож на Меркурий или Ганимед, но у него также есть обширная атмосфера, толщина которой достигает 400км. Современные исследования позволяют говорить о том, что она составлена азотом, который присутствует в атмосфере на уровне 95 процентов. Поэтому на поверхность спутника действует давление, на 1.5 раза превышающее атмосферу Земли. Метан, который есть в атмосфере, может запускать процесс фотолиза в верхнем слою. Спутник Сатурна является единственным среди присутствующих в Солнечной системе, рельеф которого невозможно разглядеть с помощью оптического диапазона.

Сегодня в научном сообществе не успело сложиться единое мнение о том, откуда возникла атмосфера Титана. Существует несколько разных теорий, каждая из которых сталкивается с серьезными контраргументами. Один из вариантов рассматривает возможность того, что первоначально спутник имел аммиачную атмосферу. Но со временем произошел процесс дегазации Титана, которому активно помогало ультрафиолетовое излучение. Под его воздействием аммиачная атмосфера была разложена на азот и водород, которые стали в последующем молекулами N2 и H2. Азот, имеющий большую массу, опустился ниже, а водород начал улетучиваться в космос ввиду низкой гравитации спутника.

Но ученые, не поддерживающие данную теорию, отмечают, что такой процесс может происходить только в том случае, если космический объект имеет высокую температуру, чтобы обеспечить процесс дифференциации недр на твердое ядро и ледяной покров. Но полученные данные с аппарата «Кассини» показывают, что структура Титана не имеет насколько четкого подразделения на слои.

Согласно другой теории сохранение азота могло быть связано с периодом, когда спутник только находился на стадии формировки. Но в этом случае в атмосфере должен быть аргон-36, который участвовал в образовании планет и спутников в Солнечной системе. Но исследования показывают, что этот изотоп представлен в незначительном количестве.

Одна из публикаций журнала Nature Geoscience содержит статью с теорией о том, что Титан получил свою атмосферу ввиду интенсивной кометной бомбардировки, имевшей место свыше 4 млрд. лет назад. Как заявлено авторами теории, образование азота из аммиачной атмосферы возможно при ударении тел о рельеф спутника. Такие столкновения происходят на высокой скорости, а в местах, куда падают кометы, существенно идет вверх температура, а также многократно увеличивается давление. По этой причине становится возможным протекание необходимой реакции между элементами. Чтобы проверить свою теорию, ученые воспользовались лазерными пушками, которыми была проведена бомбардировка застывшего аммиака золотыми и платиновыми снарядами. Во время опыта удалось продемонстрировать, что в момент столкновения аммиак разлагается на составные компоненты в виде водорода и азота. Ученые пришли к выводу, что интенсивная бомбардировка поверхности спутника в древности привела к высвобождению 300 квадриллионов тонн азота. Такого объема вещества, как они считают, хватает для создания существующей атмосферы спутника.

Недавние исследования потерь атмосферы спутника в сравнении с первоначальным уровнем удалось провести благодаря сравнению изотопов азота. Их соотношение примерно в 4 раза выше, чем на нашей планете. Это показывает, что уровень первозданной атмосферы Титана был приблизительно в 30 раз больше, чем сегодня. К такому выводу удалось прийти по причине того, что небольшая масса изотоп 14N должна приводить к его быстрой потере.

Атмосфера Титана удалена от его поверхности примерно в 10 раз выше, чем в случае с земной атмосферой. В частности, тропосфера находится на уровне 35 км. До 50 км от поверхности располагается тропопауза. В этом слое температурный режим остается стабильным, после чего начинается постоянный нагрев атмосферы. Возле поверхности планеты зафиксирована температура на уровне -180 градусов по Цельсию, но при подъеме с поверхности она повышается и достигает -121 градуса. Структура ионосферы спутника значительно сложнее земной. Основной ее массив отмечается на уровне 1200 км над поверхностью. Ученое сообщество было немало удивлено открытием второго слоя ионосферы, залегающего на расстоянии в 40-140 км над поверхностью.

Единственными телами в солнечной системе, которые обладают плотной атмосферой и имеют большое содержание азота, выступает спутник Сатурна и Земля. Состав атмосферы на Титане включает примерно 98 процентов азота, и лишь менее двух процентов метана и аргона. Во время исследований удалось обнаружить диацетилен, метилацетилен, цианоацетилен, гелий и другие компоненты. Но атмосфера Титана практически лишена свободного кислорода.

У спутника Сатурна практически нет магнитного поля, поэтому атмосфера постоянно подвергается влиянию солнечных ветров. В то же время она разрушается космическим и солнечным излучением, что приводит к разложению азота и метана на углеводородные радикалы. Из этих элементов создается ряд сложных соединений, к которым относят бензол.

Поверхность Титана имеет температуру в пределах -180 градусов. Плотная и непрозрачная атмосфера приводит к тому, что разница температуры на экваторе и полюсах незначительна. Такая низкая температура в связке с высоким давлением не позволяет таять ледяному покрову, поэтому в атмосфере очень мало жидкости. Высокие слои демонстрируют существенное содержание метана. Его наличие должно было стать причиной процессов, запускающих парниковый эффект, что должно было бы повысить температуру на Титане. Но Титан окутан оранжевым туманом, в котором содержатся молекулы органических соединений, что приводит к поглощению солнечных лучей. Через этот туман проходят только инфракрасные лучи, поэтому на Титане создались условия антипарникового эффекта, который не дает повысить температуру над поверхностью.

Порывы ветра на спутнике не обладают достаточной силой. Обычно наблюдается ветер со скоростью в 0,3 м/с. На большой высоте возможно изменение направления ветра. На удалении в 10 км от поверхности ветер значительно усиливается. Здесь скорость порывов может составлять 30 м/с, поэтому возникает дифференциальное вращение. При достижении высоты в 120 км над спутником отмечен высокий уровень турбулентности. Такие данные были получены еще в 1980-х, когда к Сатурну был отправлен первый «Вояджер». Но самым ошеломляющим открытием стало то, что на высоте в 80 км над поверхностью спутника существует зона штиля. Такое невероятное явление остается без объяснения.

Информация, которую удалось получить во время спуска зонда «Гюйгенс», была использована для создания модели движения атмосферной массы над спутником. После проведенных вычислений ученые получили ячейку Хадли. Она характеризуется тем, что теплый воздух летом переносится с юга на север, где после остывания он возвращается на южную сторону. Период смены циркуляции происходит раз в 14.5 лет.

Облачность на Титане

Благодаря конденсации метана на высоте в несколько десятков км образуются облака. По данным, которые удалось получить «Гюйгенсу», показатель относительной влажности метана увеличивается в зависимости от высоты. У поверхности его значение находится в пределах 45%, а на высоте 7-8км повышается до 100%. В то же время снижение содержания метана происходит в обратном порядке. На высоте в 16 км замечены разряженные облака, которые состоят из метана и азота. На поверхности Титана может постоянно выпадать изморозь, компенсация которой происходит под действием испарения.

Во время пролета над поверхностью Титана в 2006 году аппарат «Кассини» запечатлел наличие громадного облака, которое расположилось на высоте 40 км. Ученым давно известно о возможности метана формировать облака, но в этом случае скопление газа было представлено этаном, так как размеры частиц указывали на него. К тому же, именно этан может быть конденсирован на такой высоте. Также космический зонд нашел облака над полюсом, которые представлены метаном, этаном и другими органическими соединениями. Диаметр облака был равен 2400 км. Повторно облако было заснято уже через месяц, когда зонд «Кассини» встретил его снова на том же месте. Исследователи делают предположение о том, что в тот момент над полюсом спутника шел дождь или выпал снег, если температурный режим был достаточно низким.

В различное время фиксировались скопления облаков над южным полушарием. Они занимали примерно 1 процент поверхности, но этот показатель может повышаться до 8 процентов. Различия можно объяснить тем, что в южной части спутника в тот момент времени был летний сезон, поэтому там происходил подогрев атмосферы. В подобном случае наблюдается способность метана к образованию облачного покрова, хотя уровень влажности этана равен 100%. В сентябре 2010 года исследователи приступили к анализу снимков космического зонда «Кассини», после чего они сделали вывод, что в экваториальной части Титана временами происходят сильные дожди. В качестве подтверждения своей теории они приводят высокий уровень изрезанности, который наблюдается только при речных потоках.

Во время наблюдений удалось определить, что облачность на Титане определяется широтой. В высокой широте во время зимнего периода часто образуются скопления постоянных облаков, которые формируются над тропосферой. В низкой широте облака расположены на уровне 15 км, поэтому их размеры остаются небольшими, и они не отличаются постоянством. Длительные наблюдения за спутником с поверхности Земли показывают сезонность облачности в атмосфере Титана. Во время полного оборота Сатурна вокруг Солнца, который занимает 30 лет, на его спутнике 25 лет происходит формирование облаков, после чего они пропадают из атмосферы на 5 лет, чтобы снова сформироваться с началом повторения цикла.

Радарные изображения Титана, которые получилось сделать в 2006 году, демонстрируют наличие горных хребтов на его поверхности. Их высота не превышает 1 км. Исследователям удалось заметить также долины с многочисленными руслами рек, которые стекают с возвышенности. Пятна темного цвета, которые показаны на снимках, обычно ассоциируют с высохшими озерами. Эксперты отметили присутствие существенной эрозии хребтов. Из-за потоков жидкого метана, которые проливаются на поверхность в период сильных ливней, в горных грядах могли образоваться пещеры. Недалеко от Ксанаду был обнаружен необычный объект под названием Hotei Arcus. Его особенностью является дугообразная форма, а также высокая яркость объекта. Возможно объект выступает в качестве активного вулканического района, или здесь расположены крупные отложения определенного вещества. На сегодня определить точно значение этого открытия не удается.

На экваторе спутника находится светлый регион Адири, где распложены горные хребты, высота которых достигает несколько сот метров. Ученые не исключают возможность открытия на поверхности южного полушария крупной горной цепи, протяженность которой составляет 150 км. Горы Митрим имеют пик, высота которого более 3.3км. Все эти открытия подтверждают тектонические процессы, которые привели к формированию рельефа спутника.

Поверхность спутника довольно гладкая. Допускается вариация высоты, не превышающая 2 км. Но существуют также местные серьезные изменения высоты, которые фиксируют стереоизображения и радарные данные, которые удалось получить «Гюйгенсу». На поверхности спутника есть много крутых склонов. Их наличие можно считать доказательством постоянных эрозионных процессов, в которых участвует жидкость и ветер. Наличие ударных кратеров на поверхности спутника подтверждается, но их довольно мало. Причиной сложности в их выявлении является быстрое заполнение кратеров осадками, а также действие эрозии ветра. Контрастность ландшафта снижается при приближении к полюсам.

На поверхности Титана найдены темные участки, которые похожи по габаритам с Ксанаду. Они находятся в экваториальной зоне, поэтому исследователи первоначально ассоциировали их с метановыми морями. Благодаря радарным исследованиям удалось отметить, что темные пятна практически всегда накрывают ряды дюн, которые вытянуты в направлении преобладающего ветра.

Наличие темного оттенка низменностей обычно объясняют тем, что в этих местах большое скопление пыли, которая выпадает из атмосферы и смывается осадками в низменности. Не исключено, что пыль может быть смешана с ледяной крошкой.

Метановые реки и озёра Титана

Ученые уже много лет рассматривали вероятность наличия на Титане озер, заполненных метаном в жидком виде. Но впервые такую гипотезу удалось подтвердить во время экспедиции «Вояджер». Космические аппараты продемонстрировали наличие плотной атмосферы определенного состава и необходимого температурного режима, который позволяет сохранять жидкое состояние метана. Уже в 1995 года благодаря работе телескопа «Хаббл» удалось получить информацию о том, что на поверхности спутника есть несколько озер, заполненных метаном. Старт программы «Кассини», который произошел в начале 2004 года, позволил провести более детальное изучение поверхности Титана. Благодаря нескольким запланированным пролетам над Титаном была получена информация, подтверждающая гипотезу. Первоначально исследователи рассматривали возможность получения данных благодаря отражению света, но блики от поверхности спутника так и не были зафиксированы. Только в 2009 году аппарат отправил на Землю сведенья о фиксации отражения солнечных лучей от гладкой поверхности. Нею оказалось озеро, заполненное жидким веществом. Это стало первым достоверным подтверждением гипотезы.

До этого на приполюсном участке Титана автоматический аппарат уже фиксировал ровную поверхность с хорошим поглощением, которая была ассоциирована с этановыми или метановыми озерами. Еще в 2005 году аппаратура «Кассини» зафиксировала темную зону на поверхности, имеющую отчетливые границы. Ее также идентифицировали в качестве жидкого озера. Теперь объект носит название Онтарио. Во время радарного исследования региона Меццорамия удалось обнаружить развитую речную систему, береговая линия которой имела следы сильной эрозии. Русло реки был покрыто жидкостью или она протекала по нему относительно недавно.

В 2007 году «Кассини» пролетал над северным полюсом и зафиксировал гигантские озера, самое большое из которых было названо морем Кракена. Его размеры превышали 1000 км по длине, а площадь водоема идентична Каспийскому морю.

Позднее учеными, во время исследования изображений, полученных от «Кассини» в 2004-2008 годах, был найден объект, который похож на озеро. Его глубина достигает метра, а находится он в пустынном регионе спутника. Обнаружение объекта было бы невозможно без использования инфракрасной съемки во время исследований космического аппарата. Протяженность озера составляет 60 км, а в ширину оно составляет 40 км. Помимо этого озера удалось найти еще четыре объекта, которые напоминают по форме болота, которые можно обнаружить на поверхности Земли.

Исходя из информации, которую удалось собрать «Кассини», а также компьютерной модели, ученые смогли определить следующий состав жидких водоемов - этан (76%), пропан (8%), метан (10%). Из других исследований можно заметить, что главными элементами вещества, наполняющего озера, выступают метан и этан. Запасы газов, которые наполняют озера на поверхности спутника Титан, в разы больше, чем объем нефти или газа на нашей планете. Ранее специалисты из NASA сделали предположение, что при определенных условиях на озерах спутника Сатурна можно даже наблюдать плавающие льдинки. Такие ледяные осколки должны содержать не менее пяти процентов газа, чтобы они оставались над поверхностью озера.

Самое большое скопление водоемов на поверхности Титана соотносится с северным полюсом, а на южном они практически отсутствуют. Такая тенденция объясняется климатическими условиями на Титане. Каждый сезон в среднем продолжается примерно 7 земных лет. За этот период времени вещество, наполняющее водоемы, может испариться на одном полушарии и снова появиться на другом.

Во время снижения «Гюйгенса» на Титан, удалось отснять ряд изображений, где отчетливо видны светлые зоны в виде холмов, которые пересекают русла, берущие начало их темной области. Посадка аппарата произошла, вероятно, на темной поверхности, так как под ним был твердый рельеф. Грунт, который находился в месте приземления аппарата, был похож на песок. Его состав, возможно, представлен ледяной крошкой вперемежку с углеводородами. Влажность грунта может изменяться под действием выпадающей изморози.

Изображения с поверхности Титана демонстрируют множество камней, имеющих круглую форму. По всей видимости они представлены глыбами льда. Свою форму камни могли получить при продолжительном эффекте, оказываемом на них жидкостью. Ученые предполагают, что на экваторе, где прошла посадка «Гюйгенса», пересыхание озер может быть только временным и сезонным.

Криовулканизм Титана

На Титане есть ряд однозначных признаков того, что его вулканическая активность продолжается по сей день. Уже давно отмечено, что большинство вулканов имеют схожие черты, но на Титане не обнаружены силикатные вулканы, которые есть на второй, третьей или четвертой планете от Солнца. Титан располагает криовулканами, извержение которых происходит с участием аммиачной смеси, в которую входят вкрапления углеводородов.

Первоначально вулканизм на Титане удалось спрогнозировать благодаря обнаружению в его атмосфере изотопа аргона-40. Его образование происходит только при радиоактивном распаде. После отправки миссии «Кассини» к Сатурну, ученым удалось найти источники метана, которые по своей структуре напоминают криовулканы. В то же время на поверхности Титана до сегодня не было обнаружено других источников этого газа, то принято считать, что наполнение ним атмосферы спутника обеспечивается криовулканами.

В то же время астрономы уже давно заметили светлые объекты, которые носят временный характер. Но они были признаны сильно продолжительными, чтобы классифицировать их в качестве обычного погодного явления. По предположениям специалистов, это места, где активно извергается один из действующих криовулканов.

Вулканизм на Титане, как и на планетах, связан с радиоактивным распадом, который происходит глубоко в недрах космического объекта. На Земле магму представляет расплавленная порода, которая отличается более низкой плотностью, чем земная кора. Поэтому и происходят извержения на поверхность планеты. Но на спутнике Сатурна все обстоит иначе. Плотность аммиака значительно выше, чем уровень плотности застывшего льда. По этой причине криовулканы должны задействовать больше энергии для извержения на поверхность. Как считают исследователи, получить такое количество энергии можно благодаря приливному эффекту, который оказывает газовый гигант на Титан.

Возможное внутреннее строение Титана

Ученые пришли к мнению, что у Титана есть твердое ядро. Его состав представлен скальными породами, диаметр которого 3400 км. Ядро окружают слои льда. Внешнюю часть мантии Титана представляет лед с гидратом метана, а внутри находится плотно спрессованный лед. Между ними расположена прослойка, которая включает жидкую воду.

Как и в случае с другими спутниками газовых гигантов, на Титан воздействует мощная приливная сила, которая проявляется во время тектонической активности. Приливное воздействие позволяет разогреть ядро и обеспечить желаемый уровень вулканической активности.

Возможный подповерхностный океан Титана

Некоторые исследователи склонны считать гипотетическую возможность расположения под поверхностью Титана жидкого океана вполне вероятной. Из-за мощного приливного воздействия, которое исходит от Сатурна, ядро может разогреваться до достаточно больших значений, чтобы поддерживать воду под поверхностью в жидком состоянии.

Доказательством такой теории ученые считают изображения, которые были предоставлены аппаратом «Кассини» за 2005-2007 года. На них можно заметить, что элементы рельефа постепенно смещаются. За два года смещение составило более 30 км. Так как Титан вращается синхронно с Сатурном, то подобный феномен можно объяснить только тем, что под внешней корой спутника есть жидкость, отделяющая его от основной массы космического тела.

По предположениям группы ученых в жидкости может быть довольно большой уровень аммиака. Именно он выполняет функции антифриза, не позволяя воде застыть. Другими словами, он снижает порог ее замерзания. Если учесть при этом высокое давление, которое оказывает кора Титана, то это можно считать дополнительной возможностью для наличия океана под ледяным покровом Титана.

Используя данные, которые были получены за время миссии «Кассини», под корой Титана, на глубине до 100 км, вполне может располагаться жидкий океан. В воде должно быть большое количество соли. Новый эксперимент, результаты которого были опубликованы в 2014 году, основан на гравитационных чертежах Титана. С его помощью ученые доказали, что жидкость в океане под корой спутника может иметь высокую плотность и невероятный уровень солености. Можно говорить о настоящем рассоле, в котором содержится множество солей, натрия, калия и серы.

В различных участках спутника залегание океана может варьироваться. В некоторых точках вода может промерзать, что приводит к внутреннему наращиванию ледяной корки, но слой жидкости практически нигде не имеет непосредственного доступа к поверхности. Благодаря высокому уровню содержания солей, в океане исключена возможность образования жизни в известном человечеству виде.

Времена года на Титане

Как это ни странно, но на Титане, как и на Земле, существуют определенные времена года. Во время движения газового гиганта вокруг звезды, на его спутнике сменяются сезоны. Временами на поверхности спутника также можно наблюдать шторм. Из-за нагрева от солнечных лучей начинает генерироваться восходящий поток воздуха, что приводит к серьёзной конвекции. Но в отличии от земных условий, на Титане более плотные облака, которые сильно смещены по широте. На Земле же они почти не смещаются к полюсам.

Наблюдения и исследования Титана

До полета в космос «Пионера-11» наблюдать за Титаном можно было только с поверхности Земли. Только в 1979 году этот аппарат вышел на орбиту планеты Сатурн и приступил к измерениям самой планеты и ее лун.

До этого ученый Хосе Комас Сола в 1907 году доказывал, будто был свидетелем потемнения края диска спутника, что позволило ему разглядеть несколько светлых пятен в центре. Атмосферу Титана открыл Джерард Койпер в 1943 году. Спутник Сатурна невозможно заметить без специального оборудования. Но его можно разглядеть даже с помощью любительского телескопа при благоприятных обстоятельствах. Видимая звездная величина для этого космического тела находится в пределах +7,9.

Космический аппарат, который первым пролетел возле Титана, был «Пионер-11». Его миссией было изучение газовых гигантов нашей системы – Юпитера и Сатурна. Уже в сентябре 1979 года космический зонд смог отправить первую серию изображений Титана. Информация, полученная от аппарата, позволила понять, что Титан не подходит для жизни по причине слишком низкого температурного режима. Фотоснимки, которые доставил этого зонд, имели низкое качество, поэтому не позволили начать детальное изучение Титана.

Существенный прогресс удалось получить только благодаря миссии «Вояджеров». В 1980 году первый аппарат миссии был всего в 5600 км от поверхности спутника, но сделанные фотографии были довольно расплывчатыми и не детализированными. Причиной этого стала атмосфера, постоянно мешающая в изучении спутника. Космический аппарат смог лишь предоставить дополнительную информацию относительно размеров спутника.

Второй аппарат добрался до газового гиганта в 1981 году. Его целью был Уран, а возле Сатурна он проводил маневры для дальнейшего полета, поэтому практически не предоставил данных о Титане. Появление первых качественных снимков, которые позволили узнать о структуре спутника, произошло в 1990 году, когда был запущен «Хаббл». Полученные изображения были выполнены с помощью инфракрасного спектра, и на них удалось заметить несколько облаков из метана с органическим смогом. Наличие отчетливого контраста между темной и светлой областью Титана делало его уникальным для Солнечной системы. Привычные кратерированные участки на поверхности Титана «Хабблу» не удалось обнаружить. Было сделано предположение, что более светлые участки располагаются выше темных. Также их состав был различным. Было сделано предположение о том, что структура светлых участков представлена льдом, а темные представляют скальную породу или органический материал.

В 1997 году к спутнику Титан отправился аппарат «Кассини», который был разработан совместными усилиями NASA и ESA. Его создали для того, чтобы изучить газовый гигант. Также большое внимание уделялось его лунам. Именно этому аппарату был присвоено звание первого искусственного спутника, который появился у Сатурна. Первоначально предполагалось, что автоматический аппарат будет работать на протяжении четырехлетнего периода.

Зонд «Кассини» благополучно добрался на орбиту газового гиганта уже в 2004 году. Впервые он пролетел возле спутника Титана уже через 3 месяца после появления в его системе. Как оказалось в дальнейшем, именно спутник Титан является наиболее отдаленным космическим объектом, на который когда-либо совершалась запланированная посадка. Радиолокационное изучение, которое провел аппарат, показало сложную структуру спутника Титана.

За период 2006-2008 годов аппарат провел более двадцати пролетов над Титаном. За этот период удалось получить множеством снимков, которые доказали наличие на его поверхности озер с жидким веществом. Позднее специалисты приняли решение о продлении миссии по изучению Сатурна до 2017 года. Это позволило «Кассини» сделать еще 56 пролетов над спутником Титан.

Отделение специального зонда под названием «Гюйгенс» произошло в конце декабря 2004 года. Он спустился на поверхность Титана через 20 дней после запуска. Этот зонд является первым аппаратом, который создал человек для исследования спутников других планет. Скорость, с которой зонд опустился на поверхность, составила 4,5 м/с. Во время полета к поверхности спутника Титан, зонд успел собрать ряд проб его атмосферы. На высоте в 16 км над поверхностью были зафиксированы порывы ветра в 26 км/ч. Первоначально температура составляла -202 градуса, но затем она поднялась до -179 градусов возле поверхности.

Изображения, которые удалось сделать во время приземления, показали наличие сложного рельефа, на котором видны следы воздействия воды. Но темный участок, на котором зонд совершил свою посадку, имел твердую структуру. Изображения, которые были сделаны на спутнике Титан, демонстрируют большое количество камней, имеющих округлую форму, в зоне приземления. Ученые считают, что это своеобразная галька.

Планируемые миссии на спутник Титан

Будущие совместные проекты NASA и ESA позволят приступить к более подробному изучению системы Сатурна. Особое внимание будет уделено Титану и Энцеладу. Новый космический аппарат будет состоять из орбитальной станции и двух зондов, которые планируется использовать для изучения рельефа Титана. По форме один из спускаемых аппаратов будет являться аэростатом, который будет находиться среди плотных слоев атмосферы. Разработчики считают, что этот зонд сможет сделать как минимум один облет спутника Титана.

В качестве второго зонда будет использоваться специальное плавучее средство, которое будет спущено на поверхность полярного озера. Термин его использования рассчитан на полгода исследований, а отчет будет начат через шесть часов с момента приводнения. Кстати, он станет первым аппаратом надводного типа, используемым за пределами нашей планеты. Первоначально новую миссию было запланировано начать уже в 2010 году. Но за год до предполагаемого старта в NASA и ESA было сделано объявление о продлении миссии «Кассини», а исследование Сатурна было отложено на более поздний срок. Теперь датой старта программы называют 2020 год. Интерес к Титану связан с планами освоения космоса в ближайшем будущем. Многие астрономы считают, что лунная или марсианская поверхность плохо подходит для основания первой колонии. Но именно спутник Титан станет отличным вариантом для размещения подобного объекта.

Вероятность обнаружения жизни на Титане

Как известно, газовые гиганты и их луны, которые находятся в пределах Солнечной системы, расположены за пределами обитаемой зоны. По этой причине шансы на развитие высокоразвитой жизни на их поверхности фактически исключены. Тем не менее, ученые не исключают возможность нахождения на поверхности таких космических объектов простых организмов.

Хотя на поверхности спутника Сатурна наблюдается очень низкая температура, здесь есть много других факторов, от которых зависит химическая эволюция. Благодаря плотной азотистой атмосфере с органическими соединениями ученые получили отличные возможности для изучения небесных тел с условиями, приближенными к обитаемым. По этой причине спутник Титан является целью изучения для многих экзобиологов, которые предполагают, что схожие условия были на нашей планете на раннем этапе ее развития. Тем не менее, из-за слишком низкой температуры возможность пребиотического развития исключается.

Стивен Беннер, который работает во Флоридском университете, предположил, что жизнь на спутнике могла появиться в озерах, заполненных жидкими углеводородами. Метан может выступать в качестве растворителя в процессах живых организмов. Стоит отметить, что степень агрессивности метана или этана значительно меньше, чем у водной среды. Это доказывает, что макромолекулы, среди которых можно назвать белки и нуклеиновые кислоты, можно стабилизировать в подобной среде.

Еще в 2010 году команда исследователей из NASA сообщили, что им удалось найти на поверхности спутника вероятные следы простых органических форм. К таким заключениям они пришли после того, как проанализировали данные, которые были предоставлены аппаратом «Кассини». Во время изучения того, как ведет себя водород на Титане, астробиологу Крису Маккею пришла в голову идея о возможном «дыхании» простейших форм жизни. Они имеют отличное от земной формы строение, когда привычная нам вода и кислород заменены метаном и водородом.

Исходя из данной теории, образцы жизни могут использовать водород в виде газа для питания. Во время их жизнедеятельности происходило бы образование метана. В результате на спутнике Титан со временем должна была возникнуть нехватка ацетилена, что привело бы к падению уровня водорода. Благодаря проведенным исследованиям, которые были получены зондом «Кассини», в атмосфере не наблюдается ацетилен вовсе, хотя его наличие является обязательным в связи с воздействием УФ-лучей на плотную атмосферу спутника.

По косвенным факторам возникает возможность сделать предположение о том, что водород возле ледяной коры Титана также постепенно уменьшается в объеме. Астробиолог Маккей, во время публикации своей теории, сообщает, что подобные наблюдения весьма не стандарты и сейчас очень сложно дать для них однозначное объяснение. По его словам «это не доказывает наличия жизни, но весьма интригует». В то же время исследователь не исключил возможность того, что полученные данные можно интерпретировать иначе.

Спустя длительный период времени появление жизни на поверхности спутника Титана является вполне прогнозируемым. Приблизительно через 5-6 млрд. лет наше Солнце существенно расширится, перерождаясь в красного гиганта, после чего на спутнике температура поверхности поднимется выше -70 градусов. Эта отметка является допустимой для того, чтобы океаны заполнила настоящая вода и аммиак. В подобных условиях на протяжении нескольких миллионов лет будет находиться Титан, на котором за это время смогут появиться сравнительно сложные живые организмы.

Задания для 5-6 классов, 7-8 классов, 9 класса

Примечание. В комплект для 5-6 классов входят задания 1-4, в комплект для 7-8 и 9 класса –задания 1-6.

1. Условие.

1. Решение.

1. Условие. Какие предметы, находящиеся на звездном небе в виде созвездий, можно использовать на различных уроках в школе?

1. Решение. На уроках математики вы неоднократно пользовались Треугольником, Циркулем.

На уроках физики вы неоднократно пользовались Весами, Часами.

На уроках биологии вы неоднократно пользовались Микроскопом.

На уроках географии вы неоднократно пользовались Компасом.

На уроках труда вы неоднократно пользовались Насосом, Печью, Резцом, Сеткой.

И, наконец, на уроках астрономии вы вполне могли пользоваться Октантом, Секстантом, Телескопом, а также изучать имена всех 88 созвездий.

2. Условие. Луна кульминировала в 15 часов по местному времени. Нарисуйте ее фазу в этот день.

2. Решение. Луна кульминировала примерно на 3 часа позже Солнца. Если это была верхняя кульминация, то Луна была растущей, примерно посередине между фазами новолуния и первой четверти. При наблюдении из северного полушария Земли она будет иметь вид серпа с рогами, направленными влево (рисунок a ), при наблюдении из южного полушария рога будут направлены вправо. Если кульминация была нижней, то это была ущербная Луна посередине между полнолунием и последней четвертью. При наблюдении из северного полушария ущерб будет справа (рисунок b ), из южного - слева.

3. Условие. Два поезда выехали с одинаковой скоростью на запад и восток из пункта А в момент захода Солнца. Пассажиры какого из поездов раньше встретят рассвет?

3. Решение. Суточное движение поверхности Земли за счет осевого вращения направлено с запада на восток. Поэтому скорость поезда, отправившегося на восток, сложится со скоростью суточного вращения, что уменьшит наблюдаемую с поезда продолжительность солнечных суток. Пассажиры этого поезда встретят рассвет раньше пассажиров другого поезда, который поехал в западном направлении, и на котором солнечные сутки будут длиться более 24 часов.

4. Условие. Бывает ли на северном полярном круге полярный день? полярная ночь?

4. Решение. Как известно, на северном полярном круге (широта около +66.6) точка летнего солнцестояния касается горизонта в нижней кульминации, а точка зимнего солнцестояния - в верхней кульминации. Однако вспомним о том, что Солнце имеет достаточно большие угловые размеры, кроме этого, вблизи горизонта оно наблюдается выше своего истинного положения вследствие эффекта атмосферной рефракции. Поэтому в полночь 21 июня, равно как и в полдень 22 декабря, Солнце будет видно, хотя и низко над горизонтом. То есть, на северном полярном круге летом ненадолго наступает полярный день, а полярной ночи зимой там не наступает.

5. Условие.

5. Решение. R M ,

связан с периодом обращения T следующим соотношением:

Рефракцией пренебречь.

3. Решение. Скорость суточного движения Земли направлена с запада на восток и равна

https://pandia.ru/text/79/095/images/image007_8.gif" width="94" height="39 src=">

4. Условие. Белый карлик имеет массу 0,6 масс Солнца, светимость 0.001 светимости Солнца и температуру, вдвое большую температуры Солнца. Во сколько раз его средняя плотность выше солнечной?

4. Решение. Как известно, светимость звезды по закону Стефана-Больцмана пропорциональна R 2T 4. Радиус белого карлика со светимостью в 1000 раз меньше солнечной и температурой поверхности вдвое большей, чем у Солнца, составляет по отношению к радиусу Солнца

https://pandia.ru/text/79/095/images/image009_6.gif" width="147" height="41 src=">

5. Условие. Гелиостационарной называется круговая орбита, лежащая в плоскости экватора Солнца, с периодом обращения, равным сидерическому периоду осевого вращения Солнца (25.4 суток). Найти ее большую полуось.

5. Решение. Радиус круговой орбиты спутника R , вращающегося вокруг тела с массой M , связан с периодом обращения T следующим соотношением:

0 " style="border-collapse:collapse;border:none">

По ряду сходных признаков в регистрируемых на Земле спектрах отражения к Урану и Нептуну примыкает самый большой спутник Сатурна — Титан. За последнее время его атмосфера, открытая еще в начале этого столетия испанским астрономом К.Сола, привлекала очень большое внимание. В 40-х годах XX века известный американский астроном Д. Койпер подтвердил наличие атмосферы на Титане, обнаружив полосы поглощения метана в его спектре, а еще позднее было сообщено об отождествлении слабых квадрупольных линий молекулярного водорода. Что обусловливает нерезонансное поглощение, пропорциональное квадрату давления газа. Это привело к предположению о наличии у Титана довольно плотной газовой оболочки.

Этот феномен можно было бы объяснить, если опять же допустить, что Титан обладает плотной атмосферой, в которой основная непрозрачность создается в диапазоне длин волн около 20 мкм. Тогда измеряемая на этих длинах волн температура будет относиться к излучающему слою, расположенному на определенной высоте в атмосфере, а температура у поверхности вследствие парникового эффекта может достигать почти 200 К. Другими словами, климатические условия на Титане могли бы оказаться сравнительно благоприятными, почти такими же, как на Марсе!

Длительное время дискутировался вопрос о том, какой агент может быть ответственным за высокую непрозрачность атмосферы. Метан не обладает сильными полосами поглощения в области длиннее 7,7 мкм. Что касается молекулярного водорода, то его потребное количество должно было бы соответствовать давлению у поверхности не менее 0,5 атм, и вряд ли тело такой массы, как Титан, могло удержать столько водорода, а его постоянный интенсивный подвод в атмосферу маловероятен. Более приемлемым казалось предположение, что уходящее излучение экранируется за счет индуцированного поглощения молекулярного водорода при давлении порядка 1 атм. Столь высокое давление могло бы создаваться, например, неоном или азотом, при относительно небольшом содержании водорода. Космически распространенный неон мог сохраниться со стадии аккумуляции, а азот образоваться за счет фотолиза аммиака.

Однако реальность этой гипотезы сильно уменьшилась после того, как сам факт обнаружения водорода в спектрах Титана был поставлен под сомнение. Поэтому продолжали рассматриваться две модели: неплотной атмосферы с давлением у поверхности ~20 мбар и плотной атмосферы с давлением у поверхности около 1 атм. Основной атмосферной компонентой считался метан. Между тем приемлемого объяснения возможного повышения температуры нижней атмосферы по-прежнему найдено не было.

Исходя из представлений о возможном образовании углеводородов под действием ультрафиолетового излучения на поверхности или в слое облаков, предпринимались попытки объяснить природу красноватой окраски Титана: его альбедо в красной части спектра столь же велико, как у Марса или Ио, и, вообще говоря, может обусловливаться поверхностью или атмосферой. Присутствие в спектре довольно размытых, трудно выделяемых признаков поглощения, присущих, в отличие от газов, отражению от твердых тел, казалось бы, не исключает такой возможности. Однако ряд особенностей в структуре полос метана и результаты измерений зависимости степени поляризации отраженного излучения от фазового угла определенно свидетельствовали о том, что, подобно Юпитеру и Сатурну, отражающий материал скорее всего является аэрозолем, сосредоточенным в облаках.

Результаты оптических и радиоизмерений параметров атмосферы Титана при пролете «Вояджера-1» существенно прояснили все эти вопросы. Оказалось, что атмосфера Титана на 90% атмосфера состоит из азота и, вероятно, содержит также до 10 % первичного аргона, а относительное содержание метана всего около 1 %; есть также немного аммиака, цианистый водород, этан, этилен и ацетилен.

Облака и аэрозольная дымка плотной пеленой закрывают Титан и не дают возможности увидеть его поверхность. Облака состоят почти целиком из капелек жидкого метана. Интересно, что при сопоставимых значениях поверхностного давления атмосфера Титана почти вдесятеро массивнее земной, что объясняется различием ускорений силы тяжести на этих телах.

Плотная азотная атмосфера в какой-то мере роднит Титан с Землей. Но сходство, возможно, этим не ограничивается. Высказывалось предположение, что метан мог бы играть на Титане ту же роль, что вода на Земле: находясь на поверхности в жидком состоянии, он, испаряясь и конденсируясь в атмосфере, образует облака, из которых вновь выпадает на поверхность в виде метанового дождя. Такой круговорот метана должен был бы определяющим образом влиять на метеорологию этого во многих отношениях уникального небесного тела.

Однако справедливость столь интересного предположения была поставлена под сомнение анализом измеренных высотных профилей температуры, так как не было обнаружено сколько-нибудь заметного отклонения от сухоадиабатического градиента в подоблачной атмосфере. Соответственно под вопросом оказалось и предположение о метановом океане, покрывающем поверхность Титана, хотя при названных выше значениях температуры и давления метан должен находиться на поверхности в жидком состоянии. Разрешить данное противоречие можно, если принять во внимание, что в результате фотохимического процесса в атмосфере метан легко превращается в этан, также остающийся жидким при существующих на поверхности условиях. Гипотеза об этановом океане, высказанная Дж. Люнайном с сотрудниками и независимо С. Дермоттом и К. Саганом, кажется довольно привлекательной, В этом океане могли бы быть растворены другие атмосферные компоненты, прежде всего азот и метан (предполагаемый состав: 70% этана, 25% метана и 5% азота), а на его дне накапливаться в виде осадков более тяжелые органические соединения, первоначально образующиеся в атмосфере. Некоторые исследователи склонны считать их «замороженными» аналогами первичных органических комплексов на Земле. Данная гипотеза выглядит значительно более обоснованной по сравнению с упоминавшимися представлениями о «густой органической массе» на поверхности. Тем не менее только прямой эксперимент позволит получить окончательный ответ, и не случайно Титан рассматривается сейчас как один из наиболее привлекательных объектов для будущих космических исследований.

Очень немного пока есть данных для того, чтобы ответить на вопрос, обладает ли атмосферой Плутон. Спектральные и спектрофотометрические измерения не показали следов поглощения метана в газовой фазе (который мог бы находиться в виде насыщающих паров в равновесии с поверхностным льдом) или каких-либо других атмосферных составляющих. Естественным образом это можно объяснить чрезвычайно низкой температурой на поверхности Плутона, которая ниже температуры конденсации большинства газов. Пожалуй, единственный газ, который мог быть удержан на Плутоне и не испытать конденсации,— это неон, Однако такое предположение маловероятно, поскольку он обладает небольшой атомной массой и не может быть удержан на небесном теле столь малой массы. Аналогичная ситуация, очевидно, характерна для еще одного относительно крупного тела на периферии Солнечной системы — спутника Нептуна Тритона. Как и на Плутоне, на нем не обнаружено заметных следов атмосферы, что можно объяснить прежде всего за счет вымерзания газа, которое в условиях слабой инсоляции и отсутствия внутренних источников тепла становится определяющим.

В семействе галилеевых спутников основным механизмом, контролирующим наличие атмосферы при более высоких температурах на поверхности, служит диссипация (убегание) атомов и молекул в космос. Экспериментально, путем наземных наблюдений и по измерениям с космических аппаратов «Пионер», была обнаружена атмосфера у Ио с давлением у поверхности около 10~5 мбар и существование тороидального облака плазмы вдоль его орбиты. С учетом интенсивной диссипации для удержания даже такой разреженной атмосферы требуется постоянный подвод газов, источник которого стал ясен только после открытия на Ио активного вулканизма. В ультрафиолетовых спектрах плазменного тора этого спутника были отождествлены ионы серы и кислорода, что не оставляет сомнения в их вулканическом происхождении. Над отдельными теплыми районами поверхности, отождествляемыми с очагами вулканической деятельности, обнаружена менее разреженная атмосфера, состоящая из диоксида серы (SO2). На при летающих холодных участках поверхности содержание SO2 резко падает, т. е. он вымерзает на поверхности, а атмосфера коллапсирует, становясь экзосферой.

Подобных источников поступления газов в атмосферу нет на других телах данного семейства. Поэтому только на самом крупном Ганимеде предполагалось существование древней атмосферы с давлением у поверхности даже более высоким, чем у Ио. Отсутствие обнаружимых атмосфер на таких почти одинаковых по размерам телах, как Плутон, Тритон, Европа и тем более на Ганимеде или Каллисто и в то же время наличие атмосферы на Титане представляет собой один из любопытных феноменов в Солнечной системе, ждущих своего объяснения.