«Волшебные острова» в морях Титана оказались айсбергами из странных материалов

Титан — это второй по величине спутник Солнечной системы, диаметром около 5150 километров, по площади поверхности больше Евразии и Африки вместе взятых. Он вращается вокруг Сатурна, то есть так далек от Солнца, что получает в сотню раз меньше солнечной энергии на единицу площади, чем Земля. Поэтому температура его поверхности — почти -180 градусов. Соответственно, его поверхность сложена изо льдов, а местный аналог песчаных дюн включает даже нафталин. На спутнике немало рек, озер и морей. Но наполнены они не водой, а жидким этаном, пропаном и метаном. Общий объем углеводородов в этих морях в несколько раз больше, чем все известные запасы такого рода на Земле.

Исследование Титана крайне затруднено, потому что его в основном азотная атмосфера вчетверо плотнее земной (давление на поверхности в полтора раза выше земного). В столь плотной и холодной атмосфере постоянно царит плотная дымка и облака. Наблюдать через них в видимом и ряде других диапазонов очень сложно. В 2005 году посадочный аппарат «Гюйгенс» совершил там первую (и пока последнюю) в истории мягкую посадку за пределами орбиты Марса, серьезно увеличив наши знания о Титане, однако многие вещи остались неясными. С 2014 года аппарат «Кассини» выявил, с помощью радара, некие яркие пятна в морях Титана, причем пятна эти со временем меняли свое местоположение. Это вызвало достаточно серьезное недоумение. Идея о плавающем льде здесь напрашивалась, но что это был за лед?

Дело в том, что основной компонент морей спутника Сатурна — жидкий этан c примесью жидкого метана, с плотностью порядка 0,6 тонны на кубометр. То есть речь о весьма легкой жидкости. Однако твердый в основном этановый лед в таких условиях не особенно хорошо плавает — он должен быть тяжелее окружающей его жидкости. Кроме того, жидкий этан и метан имеют намного меньшее поверхностное натяжение, чем вода, что дополнительно затрудняет плавание в нем для слишком плотных объектов. Наконец, чисто этановый лед формируется только при температурах ниже -182.

Однако на Титане такая плотная атмосфера, что сезонные колебания температур даже у полюсов крайне незначительны. Значит, устойчивый твердый этан там маловероятен. Ранее возможность плавания углеводородных льдин в условиях Титана пытались обосновать их большой пористостью: если она превышает пять процентов, такой лед сможет плавать. Однако осталось неясным: из чего конкретно могут состоять такие пористые льды.

Авторы новой работы, опубликованной в Geophysical Research Letters, подошли к проблеме с другой стороны. Они отметили, что в атмосфере Титана неизбежно должны образовываться молекулы существенно тяжелее и азота, и метана (двух основных газов местной газовой оболочки). А значит, они должны выпадать на поверхность, по типу земного снега. Только местный снег будет состоять во многом из нитрилов (соединения углерода, водорода и азота), углеводородов с тройной связью и бензолов.

С помощью расчетов исследователи выяснили, что подобный снег, состоящий из цианистого водорода, со временем может образовать лед с высокой пористостью — до 25-60 процентов по объему. В таком случае, если речь идет о море богатом этаном, этот лед сможет плавать в нем. Авторы работы пришли к выводу, что лед альтернативного состава будет иметь существенные проблемы с длительным плаванием в морях Титана.

В то же время такие пористые льды вряд ли образуются напрямую из углеводородных «снежинок», падающих в моря и озера. Они должны быть слишком малых размеров, чтобы проплавать достаточно долго и не утонуть. Более вероятно, что такой «снег» падает на берега морей Титана и успевает образовать там более крупные комки, а затем волны подмывают образовавшийся рыхлый лед и откалывают от него крупные участки, как это происходит с айсбергами в земных морях.

Подобный сценарий может объяснить еще одну необычную особенность морей и озер спутника Сатурна: отсутствие на них больших волн. В зоне насыщенной плавающим льдом формирование и устойчивое существование больших волн серьезно затруднено.

Такие работы имеют далеко не теоретическое значение. Титан — одно из самых интересных для исследований мест Солнечной системы. И дело не только в его экзотических углеводородных морях, но и в том, что под ними. В глубине спутника лежат крупные водные подповерхностные океаны. В перспективе их разумно изучить на предмет жизни. Однако нужные для этого миссии требуют тяжелого оборудования. В 2005 году «Гюйгенс» сел на поверхность, которая казалась твердой при планировании миссии, но на практике оказалась близкой к болоту. Улучшение понимания состава поверхности Титана необходимо для успешности будущих высадок там.