På overflaten av Titan er hav av hydrokarboner. Strendene rundt dem er sammensatt av elektrifisert naftalenesand. Og under dem er det hav med flytende vann der livet kan eksistere. Tyngdekraften på denne månen av Saturn er syv ganger svakere enn vår, men atmosfæren er lik jordens og av en eller annen grunn er den fire ganger tettere. Hvordan kan alle disse oddititetene kombineres i en himmelsk kropp? Er det liv på det? Og hvorfor er det så vanskelig å undersøke?
Titan er den nest største månen i solsystemet. Den er 40 prosent større og 80 prosent tyngre enn Jordens måne. Nær jorden er dette en dverg - 2,5 ganger mindre i diameter og 44 ganger lettere på grunn av tre ganger mindre tetthet. Saturns største måne får hundre ganger mindre sollys. Derfor er det alltid –180 Celsius, og ultrafiolett lys er så svakt at under dekslet av en tett atmosfære kan det lagres hydrokarboner som utgjør lokale hav. Men til tross for den ekstreme kulden og "brennbare reservoarene", kan Titan, merkelig nok, godt være et tilfluktssted for livet av den jordiske typen. Men det er ekstremt vanskelig å finne ut det med sikkerhet - denne kroppen er veldig uvanlig.
Hvem drakk havet?
Bortsett fra Jorden og Titan, er det ingen kropper med overflatehav i systemet vårt. Og ved første øyekast er de på Titan mye mindre enn de på jorden. Selv Krakenhavet er litt mindre enn Frankrike, selv om det er større enn Kaspian. Saturnen til Saturn er imidlertid seks ganger mindre i området enn jorden. Derfor er dette mye for ham. Forresten, det er 300 ganger flere hydrokarboner i disse havene enn i alle de påviste feltene på planeten vår!
Titans hydrokarboner er et mysterium. I følge beregningene fra planetariske forskere, burde det være mye mer av dem. Fakta er at Titan i 2005 allerede ble besøkt av Huygens lander. I følge ham inneholder metan i atmosfæren til månen til Saturn opptil flere prosent. Samhandler med ultrafiolett lys, bør det danne etan. Og at det på sin side på grunn av den lave temperaturen må bli til en væske og falle ut i form av nedbør. Dessuten kan flytende etan fordampe tilbake i atmosfæren på grunn av kulden ikke mer enn en centimeter per år, men det kan falle ut i form av regn mye mer. Alle beregninger viser at Titan bør dekkes av et "globalt" etanhav som er hundre meter dypt. I virkeligheten er det imidlertid hav og innsjøer bare på den nordlige halvkule, og selv der er det færre av dem enn land.
Det er veldig vanskelig å forklare alt dette. I følge en ganske dristig hypotese er det ikke noe kontinuerlig hav på Titan fordi hydrokarboner har gjennomsyret de øvre lagene av satellittens overflate. De har dannet noe som de underjordiske akvifrene på planeten vår, og på overflaten er det bare det som "ikke passer" nedenfor. Da er ikke hydrokarboner på dette himmellegemet 300 ganger mer enn det jordiske, men mye mer.
Salgsfremmende video:
Denne hypotesen forklarte en rekke andre problemer perfekt. For eksempel er det veldig få kraterspor på satellitten. Ja, den lokale, for det meste nitrogenholdige (som på jorden), atmosfæren er fire ganger tettere enn vår, og dens relativt tette lag strekker seg til en utenkelig høyde på tusen kilometer. De fleste meteorittene bør brenne opp i den, før de når overflaten på satellitten. Men dette forklarer ikke fullstendig fravær av kratere - en virkelig stor asteroide og en slik atmosfære vil ikke stoppe. Det er en annen sak om Titan er dekket med sumper, som bare virker solide ovenfra. Krateret i en slik sump vil raskt dra på, og etterlate bare en liten overflate innsjø.
Det beste kriteriet for sannhet er praksis. I 2005 nådde "Huygens", etter to og en halv times nedstigning gjennom en enorm atmosfære, likevel overflaten - og stupte ned i den med 15 centimeter støtte. På samme tid registrerte gassanalysatorer ombord kjøretøyet en økning i metankonsentrasjon. Tilsynelatende sto han ut fra bakken. Som vi bemerket ovenfor, er tyngdekraften på Titan syv ganger svakere enn vår, og en slik senking av støttene betyr at overflaten på den knapt kan kalles solid. Snarere ser det ut som snø. Hvis noe lander på en sumpet overflate på jorden, vil støttene også falle gjennom, og metanutslipp er ganske mulig.
Det ser ut til at hydrokarbonhavene til Titan "drakk" de lokale hydrokarbonmyrene og etanbærende lagene. Ok, men hva ligger under dem?
Forkledd i møllkuler
Satellittens største problem og mysterium er den interne sminken. Slike kropper må inneholde mye vannis. Den bretter overflaten til Europa, Ganymede og mange andre store satellitter i solsystemet. Hvis jorden var i samme avstand fra solen som de er, ville hoveddelen av skallet også være dekket med et tykt lag med is. På satellittene til gigantiske planeter er det ikke så solrik, og det er derfor det er mer vann enn jordens "norm", og mindre solide bergarter. De er hovedsakelig sammensatt av en steinete kjerne. Hvis det er mye vann, er det vanskelig å unngå utseendet til et vannhav. På en viss dybde blir nok varme fra det radioaktive forfallet av tunge elementer i kjernen, og et salt og potensielt organisk rikt hav dannes - som for eksempel på Enceladus.
Titan er ti ganger diameteren til Enceladus, og havene der kan være mye større. Å finne vannis på Titan og identifisere det var imidlertid ikke så lett. Det er mange hydrokarboner på overflaten - de danner ikke bare hav, men også sanddyner som består av naftalen. Slike "naftalen-åser" dekker en betydelig del av satellitten og når hundrevis av meter i høyden. Deres bredde når en kilometer, og deres lengde - opptil mange kilometer. I området der Huygens landet, lignet overflaten svakt på normal skinnende vannis. Det viste seg å være mye mørkere enn forventet: tilsynelatende er en type hydrokarbonis blandet med vannis.
Nyere arbeid har vist at naftalengranulatene på Titan er mye mer vedhenger av hverandre enn det som er mulig på jorden. Når de periodevis ristes av vinden, elektrifiseres de og fester seg sammen til klynger, noe som gir sanddynene betydelig stabilitet. Så isflaten er pålitelig kamuflert under sanddyner og myrer mettet med etan / propan. Noen områder med erodert vann ser ut til å eksistere, men så langt har de kun blitt fjernutforsket.
Tank satt fast i en sump
Hvordan man kan utforske den sumpnaftale verdenen er ennå ikke veldig tydelig. Ingen sendte noen "titanisk rover" dit og vil ikke sende den i nær fremtid. Titan ligger 1,3 milliarder kilometer fra Jorden, og NASA har fremdeles ikke nok penger til å fly til Månen 400.000 kilometer unna. Og andre romfartsorganer kan generelt ikke sende en anstendig rover dit.
I tillegg er det veldig vanskelig å lage en "lunar rover" for en så kompleks overflate. Hvis det er sumpete, vil hjulene ikke passe, og larvene kan tette seg opp med en grøtete jord. Det ideelle alternativet er en drone i en varmluftsballong og et lite utforkjøretøy, muligens flytende. Han kunne navigere i de grunne hydrokarbonhavene uten å risikere å bli fastkjørt.
Det mest interessante vil imidlertid være å bore på overflaten og finne ut dens detaljerte sammensetning. Til og med på en hard overflate er rovere dårlige til å bore. Et spesialisert stasjonært apparat av typen "Luna-24" kan gå dypere og to meter. Men en rover med en slik drill vil sannsynligvis være tung og kompleks, noe som øker kostnadene for hele oppdraget.
Det ville være enda bedre å slippe folk der. Heldigvis, med en tett atmosfære, vil de motta mye mindre ioniserende stråling enn en beboer i Moskva, og start og landing fra et legeme, hvor tyngdekraften er mindre enn månen, vil ikke kreve mye drivstoff. Dessverre er det å fly frem og tilbake minst 2,6 milliarder kilometer - titalls ganger lenger enn til Mars. Dette kan bare gjøres på veldig store skip, der det kan settes strålevern (slik er planen om å lage Elon Musk). Eller i et romdrag med en kjernefysisk installasjon (Roscosmos vil lage den), der hastigheten underveis er så høy at det ikke kreves beskyttelse i det hele tatt. Så langt er begge prosjektene ekstremt langt fra å bli realisert, og flyreisen til Titan er utrygg for astronauter.
Under vannhavene
Men likevel kan noe læres, til tross for den sumpete overflaten og den lange reisen. Så i atmosfæren til Titan er det metan, og hovedsakelig på overflaten - i høyde blir det dekomponert av ultrafiolett lys. Men hvis metan blir spaltet av solstrålene, bør det om milliarder av år være over for lenge siden. Dette betyr at den blir matet av en eller annen kilde, sannsynligvis under overflaten.
Titan har fjell som er opptil 3,3 kilometer høye. Det er også cryovolcano Pater Sotra, med et imponerende krater og bekker av stivnet fast stoff, som ser ut som lavaen til den jordiske Etna. Alt dette indikerer at på Saturn-månen er det, selv om det er svakt, men kryovolkanisme - utbrudd der flytende vann spiller rollen som lava. Og med vann kan den føre metan opp.
Hvis slike utbrudd forekommer, er det mye flytende vann under overflaten av Titan. Ifølge beregninger kan dybden av det globale underglacialhavet nå over 30 kilometer under de øverste 30 kilometerne med is. Det er så mye nitrogen i Titans atmosfære at forskere mistenker at det drives av et ammoniakk-rikt hav. Blanding med vann, ammoniakk kan fungere som en frostvæske, slik at den kan forbli flytende i mange titalls grader under null.
Selv om ammoniakk vanligvis er giftig for livet på jorden i store doser, betyr ikke det at det lokale havet faktisk vil være ubebodd. Som vi bemerket over, kommer metan stadig inn i atmosfæren fra et sted nedenfor. Imidlertid kunne ingen metan stige over havet 200 eller 60 kilometer dypt, fordi trykket i bunnen av dette er for høyt. Metan der ville umiddelbart bli til gasshydrater som de som finnes på bunnen av jordens hav. Slike forbindelser er relativt stabile. Metan fra dem kan ikke være en atmosfærisk kilde. En ganske sannsynlig kandidat for en slik kilde er livet.
Er atmosfæren fra avfallsstoffer?
Det finnes encellede archaea-metanogener på jorden (ikke å forveksle med bakterier) som lever av hydrogen og karbon. Hydrogen er nesten uunngåelig uansett hvor silikater (Titans steinete kjerne) og vann (under-ishav) er til stede. Når de samvirker, skjer serpentinisering og hydrogen frigjøres. Avfallet med metanogener er, som du kanskje antar, metan. Denne gassen både under kryo-utbrudd og ganske enkelt gjennom sprekker kunne stige ganske raskt.
I tillegg er det til og med på planeten vår to grupper av bakterier som, når de interagerer, lever av ammoniakk fra Titans underglacialiske hav, og som lager nitrogen. Den første av disse er aerob oksiderende ammoniakk. I dette tilfellet gir to molekyler av ammoniakk pluss tre oksygen to molekyler nitrogendioksyd, hydrogen og vann.
Den andre gruppen er anaerobe bakterier som Anammoxoglobus. Selv profesjonelle biologer som ikke er interessert i nitrogensyklusen, vet ofte ikke om sistnevnte. De bruker normalt giftig ammoniakk og nitrogendioksid fra forrige reaksjon. Etter svimlende mellomreaksjoner, hvor til og med supertoksisk hydrazin (rakettbrensel) dannes, frigjør disse eksotiske bakteriene rent nitrogen og vann som avfall.
Det ble allerede bemerket ovenfor: nitrogen i atmosfæren til Titan er sinnsykt stort, og metan, selv om det hele tiden er delt av ultrafiolett lys, er ikke så lite. Det er praktisk talt ingen logiske forklaringer på dette, basert på kjente fakta. Titans tyngdekraft er svakere enn månen. Månen stammer fra samme materiale som jorden. Den har imidlertid ikke hatt en merkbar nitrogenatmosfære på lenge - på grunn av svak tyngdekraft fløy den ut i verdensrommet nesten umiddelbart. Det er ingen andre satellitter i solsystemet med noen merkbar atmosfære. Titan er i fantastisk isolasjon, og det er usannsynlig at det bare er det. Noe må være kilden til dets nitrogen og metan, og kanskje den eneste konsistente kandidaten for denne rollen er livet.
Hvis det er noe i live i det 200 kilometer lange havet, bør en betydelig del av det være nær den øvre grensen til reservoaret: det er ikke så hensynsløst trykk. Det vil si at metan "lages" i de øvre 30 kilometerne. Trykket der er fremdeles moderat, så det danner ikke hydrater, men renner oppover gjennom sprekker, og fyller på atmosfæren. Nitrogen fra bakterier som bruker ammoniakk kan stige på samme måte.
Det er også klart hvorfor det er mer nitrogen i satellittens gasskonvolutt enn metan. Ammoniakk skal i utgangspunktet være iboende i innvollene til Titan. Det er generelt typisk for de grunnleggende forbindelsene som solsystemets kropper oppsto fra. Det skal være mye mindre karbon der, og uten det vil det være vanskeligere for metanogener. Et karbonatom er nødvendig for ett molekyl av avfallet deres (dvs. metan).
Ammoniakspisende bakterier trenger mye mindre karbon. Derfor bør de skaffe hovedparten av den hypotetiske biomassen til Saturns største måne. Beregninger viser at selv med en bioproduktivitet tre ganger mindre enn jordas hav, kunne de produsere nok nitrogen til å gi konsentrasjonen av denne gassen observert i den lokale atmosfæren.
En unik verden
Så Titan, til tross for minus 180 på overflaten, ser virkelig ut som et sted der livet er mulig. Selv om dette ikke er veldig vanlige forhold, kan i teorien til og med bakterier fra jorden finnes i dem. Spørsmålet gjenstår: hva er grunnen til dets unike? Hvorfor er det så forskjellig fra resten av månene i systemet?
Kanskje er det ikke noe svar på dette spørsmålet ennå. Det sies ofte at Titan skaffet seg nitrogenatmosfære på grunn av det faktum at det en gang var dekket med ammoniakk, og at det under virkningen av ultrafiolett stråling av solen ble spaltet til hydrogen og nitrogen. Lett hydrogen "fløy bort", tungt nitrogen svelget. Forklaringen er ujevne: ammoniakk "i samlingsstadiet" var på alle kroppene i systemet, men av en eller annen grunn har ingen andre en nitrogenatmosfære, bare Titan og jorden.
Og det er til og med forståelig hvorfor. Så snart nitrogen danner et tilstrekkelig tett skall, faller mengden ultrafiolett stråling som kommer inn i overflaten kraftig. Det er ikke noe lenger å spalte ammoniakk. Hvis Titan nå hadde pluss 26 og gassene som er nødvendige for å puste, ville det være mulig å sole seg der på ubestemt tid. Men du kan ikke oppnå en solbrun: atmosfæren er praktisk talt ugjennomsiktig for ultrafiolett stråling.
Hvis eksistensen av den tetteste kjente nitrogenatmosfære og metan som kompletterer den blir forklart av livet, er ikke alt enkelt her heller. Jupiter har en enda større måne, Ganymede. Den har også et hav under isen, selv om skallet over det er tykkere. Det antyder også spor av ammoniakk, som kan føde på levende ting. En steinete kjerne og et dypt underglacialt hav i Ganymedes er også til stede. Vann pluss silikater bør gi hydrogen også her. Men ingen atmosfære som er verdig å nevne - verken nitrogen eller metan - er ikke der. Hvorfor er det ingenting der, men det er på Titan? Vel, mens Saturn-månen med rette beholder tittelen på den mest mystiske kroppen til systemet vårt.
Alexander Berezin
