Восторг от нового вида странного спутника Сатурна Титана, полученного с JWST

****

Статья

***

Восторг от нового вида странного спутника Сатурна Титана, полученного с JWST (Kосмического телескопа Джеймса Уэбба)

N.B. Несколько лет назад, меня очень заинтересовала статья о Титане, основанная на его исследованиях с помощью зондов и космических аппаратов "Гюйгенс", "Вояджер" и " Кассини". Статья была напечатана на сайте "astro--world.ru". К сожаленью, я так и не смог найти фамилию автора. 

И вот сегодня, через четыре (или около того) года я встретитил еще одну статью о Титане. На этот раз имя автора не потерялось. Это Меган Бартел.  В этой статье были приведены фотографии и видео на основе новейших фотографий, сделанных космической обсерваторией Джемса Веба (JWST). 

(Ссылки на оригиналы статей можно найти, как всегда в конце этой публикации). 

Я немного дополнил эту статью несколькими фотографиями, видео и текстовым материалом.

Титан

Титан - крупнейший спутник Сатурна и второй по величине естественный спутник в Солнечной системе. Известно, что это единственная луна с плотной атмосферой, и это единственный известный объект в космосе, кроме Земли, на котором были обнаружены четкие доказательства наличия стабильных поверхностных жидких тел.

На этом снимке крупным планом показана южная полярная область крупнейшего спутника Сатурна, Титана, и показано углубление в слоях оранжевой и голубой дымки Луны вблизи южного полюса. Космический аппарат НАСА "Кассини" сделал снимок 11 сентября 2011 года, а 22 декабря он был опубликован. (Фото предоставлено: NASA /JPL-Caltech /Институт космических наук)

Титан - один из семи гравитационно округлых спутников на орбите Сатурна и второй по удаленности от Сатурна из этих семи. Часто описываемый как планетоподобный спутник, Титан на 50% больше (в диаметре) Земной Луны и на 80% массивнее. Это второй по величине спутник в Солнечной системе после спутника Юпитера Ганимеда, он больше планеты Меркурий, но только на 40% массивнее.

Видео о Титане :

https://cdn.jwplayer.com/previews/YtHV6ZEu

N.B. Далее следует большая часть фрагментов безымяной статьи с "astro--world.ru" о Титане.

***

Спутник Сатурна Титан – один из самых загадочных и интересных миров, расположенных буквально по соседству с нами. Вообще, наша Солнечная система настолько разнообразна и содержит настолько отличающиеся друг от друга собственные миры, что здесь можно встретить самые причудливые условия и явления. Лавовые озера и водяные вулканы, моря из метана и чуть ли не сверхзвуковые ураганы – всё это есть буквально по соседству.

Наши ближайшие соседи гораздо интереснее, чем принято думать. И сейчас вы узнаете об одном из них – спутнике Сатурна по имени Титан. Это удивительное место, не похожее ни на одно другое.

Факты о Титане :

Титан – уникальное место, не имеющее аналогов в Солнечной системе.

• Титан – крупнейший спутник Сатурна и второй по размеру спутник в Солнечной системе вообще после Ганимеда – спутника Юпитера. Он больше Луны и даже Меркурия, который является самостоятельной планетой.
• Титан тяжелее Луны на 80%, и вообще его масса составляет 95% от массы всех спутников Сатурна.
• Титан имеет очень плотную атмосферу, чем не может похвастать ни один другой спутник, и даже не каждая планета. Например, у Меркурия её практически нет, а у Марса гораздо разреженнее. Даже земная атмосфера по плотности ей сильно уступает – давление у поверхности там в 1.5 раза больше земного, а толщина атмосферы в 10 раз больше.
• Атмосфера Титана состоит из метана и азота и совершенно непрозрачна из-за облаков в верхних слоях. Поверхность через неё увидеть нельзя.
• На поверхности Титана текут реки и есть озера и даже моря. Но состоят они не из воды, а из жидкого метана и этана. То есть этот спутник Сатурна сплошь покрыт углеводородами.
• В 2005 году на Титан совершил посадку зонд «Гюйгенс», который был доставлен туда аппаратом «Кассини». Зонд не только сделал первые фотографии поверхности во время спуска, но и передал запись шума ветра.
• У Титана нет своего магнитного поля.
• Небо Титана имеет желто-оранжевый цвет.
• На Титане постоянно дуют ветры и часто случаются ураганы, особенно бурное движение происходит в верхних слоях атмосферы.
• Дожди на Титане из метана.
• Температура на поверхности – около -180 градусов по Цельсию.
• Под поверхностью Титана есть океан из воды с примесями аммиака. Поверхность преимущественно состоит из водяного льда.
• На Титане есть криовулканы, которые извергаются водой и жидкими углеводородами.
• Титан – перспективное место для поиска внеземной жизни, хотя бы в виде бактерий.
• Титан геологически активен.

Такой вот спутник Сатурна – бурлящий, кипящий и извергающийся, где вместо воды в основном углеводороды, хотя и воды тоже вполне достаточно. Так что не случайно ученые предполагают, что там может зародиться и некая примитивная жизнь – все компоненты для этого там есть, да и условия имеются вполне комфортные, пусть и не на самой поверхности.

Титан хоть и не планета, но это самое похожее на Землю место в Солнечной системе. Атмосфера, реки, вулканы, вода – все это там есть, хотя и в несколько ином качестве.

Открытие Титана

Христиан Гюйгенс

Спутник Сатурна Титан был открыт 25 марта 1655 года Христианом Гюйгенсом, голландским астрономом, математиком и физиком. Он имел самодельный 57-мм телескоп с увеличением около 50 крат. Вооружившись им, Гюйгенс наблюдал планеты, и у Сатурна обнаружил некое тело, которое за 16 дней делало полный оборот вокруг планеты.

До июня Гюйгенс наблюдал за этим странным объектом, пока кольца Сатурна не оказались в наименьшем раскрытии и не стали мешать наблюдениям. Тогда ученый убедился, что это спутник Сатурна, и подсчитал период его обращения – 16 дней и 4 часа. Назвал он его просто – Saturni Luna, то есть «Луна Сатурна». После открытия Галилеем спутников Юпитера это было второе открытие спутника у другой планеты с помощью телескопа.

Современное название спутник получил, когда Джон Гершель в 1847 году предложил все спутники Сатурна назвать именами сеттер и братьев бога Сатурна, а их к тому времени было известно семь.

В 1907 году Комас Сола, испанский астроном, наблюдал явление, когда центральная часть его диска становится ярче, чем края. Это послужило доказательством наличия на Титане атмосферы. В 1944 году Джерард Койпер с помощью спектрометра установил, что его атмосфера содержит метан.

Атмосфера Титана

Чем замечателен Титан, так это своей шикарной атмосферой, которой позавидовали бы многие планеты земного типа, кроме разве что Венеры. Толщина её 400 км, что десятикратно превышает земную, а давление у поверхности —  1.5 земных атмосферы. Марс бы точно обзавидовался!

Таким Титан увидел «Вояджер»

В верхних слоях дуют мощные ветры, случаются сильные ураганы, однако возле самой поверхности ощущается всего лишь слабый ветерок. Чем выше, тем ветра сильнее, они совпадают с направлением вращения спутника. Выше 120 км очень сильная турбулентность. Но на высоте 80 км царит полный штиль – здесь некая зона затишья, куда не проникает ветер из нижних областей, и бури, расположенные выше. Возможно, на этой высоте разнонаправленные потоки воздуха компенсируют и гасят друг друга, хотя точно природа этого явления пока не выяснена.

На Титане идет дождь или снег из метана или этана из метановых и этановых облаков.

Однако состав воздуха там совсем не радует – 95% азота, а остальное в основном метан. Кстати, лишь на Земле и на Титане атмосфера состоит преимущественно из азота! В верхних слоях в метане под действием Солнца происходят процесс фотолиза и образуется смог из углеводородов, который мы видим в виде плотной облачной завесы. Это не позволяет видеть поверхность Титана.

Происхождение столь обширной атмосферы пока неясно, однако наиболее правдоподобной версией представляется активная бомбардировка Титана кометами на заре образования, 4 миллиарда лет назад. При столкновении кометы с поверхностью, богатой аммиаком, под действием огромного давления и температуры выделяется большое количество азота. Ученые подсчитали утечку атмосферы и пришли к выводу, что первоначальная атмосфера была в 30 раз тяжелее нынешней! А ведь она и сейчас очень даже не хилая.

Небо Титана примерно такого цвета, как на рисунке.

Верхние слои атмосферы подвергаются действию солнечного света, ультрафиолета и радиации. Поэтому там постоянно происходят процессы расщепления молекул метана на различные углеводородные радикалы и ионы. Также происходит ионизация азота. В результате эти химически активные элементы постоянно образуют новые органические соединения азота и углерода, в том числе и очень сложные. Прямо какая-то биофабрика! Именно благодаря этим органическим соединениям атмосфера Титана выглядит желтой.

По расчетам, весь метан в атмосфере таким образом был бы теоретически израсходован за 50 миллионов лет. Однако спутник существует миллиарды лет и метана в его атмосфере меньше не становится. Это значит, что его запасы все время пополняются, возможно благодаря вулканической деятельности. Есть также теории, что метан могут выделять особые бактерии.

Поверхность Титана 

Горы Титана, снятые зондом «Гюйгенс» с высоты 10 км.

Поверхность Титана в основном ровная, без сильных перепадов. Однако кое-где встречаются и настоящие горные хребты высотой до 1 километра. Обнаружена и гора высотой 3337 метров. Также на поверхности Титана есть множество озер из этана, и даже целые моря – например, море Кракена по площади сравнимо с Каспийским морем. Имеется множество этановых рек или их русла. В месте приземления зонда «Гюйгенс» видно много камней округлой формы – это следствие воздействия на них жидкости, в земных реках камни также постепенно обтачиваются.

Камни в месте посадки зонда «Гюйгенс» имели округлую форму.

Кратеров на поверхности Титана найдено немного, всего 7. Дело в том, что этот спутник обладает мощной атмосферой, которая спасает от небольших метеоритов. А если падают большие, то кратер довольно быстро засыпается разными осадками, обрушивается, размывается… В общем, погода делает свое дело, и довольно быстро от огромного кратера остается лишь аккуратная впадина. Да и большая часть поверхности Титана пока представляется белым пятном, изучена лишь небольшая её часть.

Одно из морей Титана — море Лигеи площадью 100 000 кв. км.

***

N.B. Переходим к переводу статьи Меган Бартелс о Титане, спутнике Сатурна. 

Это был облачный сезон для Титана.

Видео :
https://cdn.jwplayer.com/previews/vfe6g8DN

Титан — странный мир, немного похожий на Землю, если бы суша была сделана из водяного льда, реки и моря были заполнены жидким метаном и другими углеводородами, а атмосфера была плотной и туманной, усеянной облаками метана. И теперь космический телескоп Джеймса Уэбба (Webb или JWST) во время наблюдений 4 ноября наблюдал два из этих облаков, которые взволновали ученых, согласно заявлению НАСА.
"Фантастика! Люблю наблюдать за облаком и очевидными отметками альбедо", - написала Хайди Хаммель, планетолог из Ассоциации университетов по исследованию астрономии и руководитель проекта JWST по работе с солнечной системой, в электронном письме, опубликованном в заявлении, ссылаясь на проблески ярких и темных областей поверхности Титана.

Два вида спутника Сатурна Титана, снятые прибором NIRCam космического телескопа Джеймса Уэбба. (Фото предоставлено: НАСА, ЕКА, CSA, команда Webb Titan GTO Team/ Алисса Паган (STScI))

Конор Никсон, астроном из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде, организовал для JWST в общей сложности 15 часов в течение первого года изучения Титана. В частности, команда Никсона хотела изучить атмосферу Титана, стремясь, среди прочего, составить карту распределения дымки и выявить новые газы.

И ученые были в восторге от данных, присланных им JWST. "На первый взгляд, это просто экстраординарно", - написал Себастьен Родригес, астроном из Университета Париж Сите и коллега по исследованию, в электронном письме, опубликованном в заявлении. "Я думаю, мы видим облако!"
Изучая данные, исследователи выявили не одно, а два облака, в том числе, что интересно, одно, расположенное над Кракен-Маре, самым большим из морей Титана. Вскоре ученые вдохновились на то, чтобы найти способ вернуться к этим облакам, чтобы понять, как они менялись с течением времени. Команда связалась с обсерваторией Кека на Гавайях, которая смогла получить данные наблюдений Титана всего через два дня после JWST.

Слева - наблюдения Титана космическим телескопом Джеймса Уэбба 4 ноября 2022 года; справа - обзор обсерватории Кек два дня спустя. (Фото предоставлено: НАСА, ЕКА, CSA, команда Webb Titan GTO Team/ Алисса Паган (STScI))"

Мы были обеспокоены тем, что облака исчезнут, когда мы с Кеком посмотрели на Титан два дня спустя", - говорится в заявлении Имке де Патер, астронома из Калифорнийского университета в Беркли, который руководит наблюдениями Кека за Титаном. "Но, к нашей радости, облака были на тех же местах, выглядя так, как будто они изменили свою форму".Однако такое выравнивание не обязательно означает, что Кек видел те же облака, что и JWST. Ученые ожидали высокой облачной активности, потому что северное полушарие Титана переживает конец лета и улавливает больше солнечной радиации, поэтому облака Кека, возможно, были свежеобразованными.
И ученые еще не закончили анализировать результаты наблюдений. Они идентифицировали облака на снимках, сделанных камерой ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRCam), мощной камерой, которая может отображать цель в нескольких различных длинах волн света, что в случае Титана позволяет ученым отделить нижние слои атмосферы.

Слева - космический телескоп Джеймса Уэбба 4 ноября 2022 года, наблюдения Титана; в середине - вид обсерватории Кек два дня спустя; справа - вид Кека 7 ноября 2022 года. (Фото предоставлено: NASA/STScI/обсерватория У. М. Кека / Джуди Шмидт)

Но исследователи даже не закончили оценку всех данных NIRCam, и второй инструмент также был в работе. Спектрограф обсерватории в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRSpec) собирал спектры. Этот метод расщепляет свет, отраженный, например, от атмосферы Титана, и измеряет, какая часть каждой длины волны света присутствует. Спектры должны помочь ученым составить карту того, какие соединения присутствуют в нижних слоях атмосферы, включая странное яркое пятно над южным полюсом Луны.Согласно заявлению, JWST также планирует вернуть свой "острый взгляд" на Титан в мае или июне 2023 года, на этот раз используя свой прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI), который улучшит понимание учеными химических веществ в странной, туманной атмосфере Луны.Наблюдения за Титаном особенно важны сейчас, в период затишья между посещениями ледяной Луны космическими аппаратами. Миссия НАСА "Кассини" прибыла на Сатурн в 2004 году и пролетела мимо Луны более ста раз до гибели космического корабля в 2017 году. А НАСА работает над новой миссией под названием Dragonfly, которая посвящена Титану и позволит увидеть беспилотник, летящий в туманном небе, что позволит ученым изучать Луну примерно с двух десятков точек обзора.

***

***

N.B. Друзья прислали в догонку:

***

***