Разведка далеких планет - Владимир Сурдин

Итак, Титан — это замерзший вариант Земли, где метан вместо воды, вода вместо камня, а погодные циклы длятся столетиями. Весьма вероятно, что атмосфера Титана напоминает атмосферу юной Земли в период зарождения на ней жизни. Более того: средняя плотность Титана (1,88 г/см3) указывает, что он наполовину состоит из камня (ядро), наполовину из воды (мантия и кора) и покрыт углеводородами. Математические модели предсказывают, что толщина ледяной коры составляет около 50 км, а ниже лежит океан жидкой воды, возможно, с аммиаком. Глубина этого «нашатырного» океана должна достигать сотен километров. Некоторые ученые полагают, что там может быть жизнь.

Запланировано, что работа аппарата «Кассини» продолжится до 2017 г. С июля 2004 г. по сентябрь 2010 г. он совершил 72 пролета вблизи Титана, передавая радиолокационные изображения его поверхности и снимки в ИК — диапазоне. Когда исследователей заинтересовал источник смога в атмосфере Титана, «Кассини», пролетая сквозь верхние слои его атмосферы, на высоте около 1000 км, собрал и проанализировал образцы этого тумана. Ученые ожидали, что туман состоит из легких углеводородов, таких как этан с молекулярной массой 30. Но «Кассини» обнаружил неожиданное обилие тяжелых органических молекул, включая бензол, антрацен и макромолекулы с массой 2000 и более. Эти вещества формируются из атмосферного метана под действием солнечного света. Вероятно, они постепенно конденсируются в более крупные частицы и опускаются на поверхность, но детали этого процесса не ясны.

Как видим, замечательная маленькая планета Титан становится все интереснее. Принципиальных трудностей при исследовании Титана не предвидится. Для экспедиций к нему уже разрабатываются «титаноходы», а также плавающие и летающие зонды. Увлекательное занятие для космических инженеров!

Энцелад — долина супергейзеров

Среди всех спутниковых систем именно система Сатурна наиболее богата планетами — спутниками: их 5 или 6 (если включить Энцелад), и они чрезвычайно разнообразны. В то время как огромный Титан занимает в группе планет — спутников одну из верхних ступеней, скромный Энцелад расположился на одной из нижних, возможно — на самой низкой ступеньке. Но это не означает, что он наименее интересен, скорее наоборот!

Рис. 8.16. Титан (справа) и Энцелад из системы Сатурна. Этот снимок довольно точно передает соотношение их размеров (10:1). Фото получено аппаратом «Кассини» 5 февраля 2006 г., когда расстояние от него до Энцелада составляло 4,1 млн км, а до Титана — 5,3 млн км.

Невысокая средняя плотность Энцелада (1,6 г/см3) говорит о преимущественно водном составе его недр. На это же указывает идеально сферическая форма этого весьма небольшого тела. Действительно, вся его поверхность покрыта льдом, причем очень чистым, прекрасно отражающим солнечный свет, не хуже, чем свежевыпавший снег. Кстати, по этой причине там очень холодно, почти -200 °C на поверхности. Поразительной особенностью Энцелада является неоднородное распределение метеоритных кратеров по его поверхности: северное полушарие покрыто ими довольно густо, а южное почти лишено кратеров. Учитывая, что метеориты не падают прицельно, остается заключить, что ледяная поверхность южного полушария в геологическом смысле более молодая, т. е. существуют процессы, «стирающие» там кратеры.

Все это было известно довольно давно. Высказывались даже предположения, что несколько сотен миллионов лет назад на Энцеладе происходили извержения ледяных вулканов, выбросы которых омолодили поверхность. Однако никто не ожидал, что в наши дни на поверхности спутника бьют фонтаны. Тем не менее это так. Наблюдения с борта «Кассини» показали, что струи воды (в виде пара и льдинок) взмывают над поверхностью Энцелада с такой силой, что частично даже улетают в космос.

Рис. 8.17. Значительная часть фонтанирующей воды покидает Энцелад и распределяется вдоль его орбиты, образуя кольцо Е Сатурна. Фото: «Кассини».

Эти струи были открыты на изображениях, переданных зондом «Кассини» в момент, когда, пролетая мимо Энцелада, он получил команду посмотреть назад, в направлении Солнца. Энцелад при этом был виден аппарату с ночной стороны, а небольшая часть его дневного полушария выглядывала из ночной тьмы как тонкий полумесяц. Устраивая наблюдение при «кон- тровом» освещении, ученые ожидали, что рассеивающие солнечный свет частицы, выброшенные с поверхности Энцелада, будут хорошо видны. И действительно, на полученных изображениях видно несколько струй, вылетающих из тех мест, где раньше были обнаружены разломы поверхности — «тигровые полосы». Здесь поверхность выглядит в геологическом смысле намного моложе, чем в соседних областях. В июле 2005 г. «Кассини» обнаружил увеличенный поток частиц из этих областей, а в ноябре 2005 г. ему удалось сфотографировать и сами «гейзеры». «Кассини» регулярно сближается с Энцеладом; 9 октября 2008 г. он прошел на расстоянии всего 25 км от поверхности и прямым анализом доказал, что фонтаны водяные. В составе пара 91 % воды, 4 % азота, 3,2 % двуокиси углерода и 1,7 % метана.

Рис. 8.18. Ледяные гейзеры в южной полярной области Энцелада. Некоторые из выбросов видны даже на ночной стороне. Фото: «Кассини».Рис. 8.19. Энцелад, несмотря на небольшой диаметр (504 км), имеет сферическую форму и вполне может считаться планетой — спутником. В его южной полярной области (на снимке внизу) видны длинные разломы коры — «тигровые полосы» (tiger stripes). Их температура выше, чем у окружающей ледяной поверхности: здесь из недр выходит жидкая вода. Фото «Кассини».

На переданных аппаратом снимках мы видим мелкие частицы льда, в который превратилась вода, вырвавшись из‑под поверхности Энцелада в космический вакуум. Вероятно, эти струи выбрасываются из «карманов», заполненных водой при температуре около 0 °С. Вскипая при уменьшении давления, вода стремительно расширяется и выплескивается наружу, как в обычных гейзерах на Земле. Большая ее часть, разумеется, падает на поверхность и замерзает. Но поскольку вторая космическая скорость на поверхности Энцелада всего около 240 м/с, часть выброшенного вещества устремляется в космос.

Эта находка уникальна тем, что прямо демонстрирует присутствие жидкой воды у поверхности небесного тела. Уже многие годы обсуждается подповерхностный океан, обнаруженный на спутнике Юпитера Европе. Но нужно помнить, что существование этого океана пока лишь подозревается: на Европе о наличии внутреннего океана свидетельствуют геологические особенности поверхности, тогда как на Энцеладе прямо наблюдается вода, выбрасываемая из источников, близких к поверхности. До недавних пор астрономы знали только три объекта, где наблюдается активный вулканизм: это Ио (спутник Юпитера), Земля и в незначительной степени Тритон (спутник Нептуна). Четвертым членом этого «закрытого клуба» стал Энцелад с его водноледяными вулканами, которые принято теперь называть криовулканами. Впрочем, точнее было бы называть эти фонтаны гейзерами по аналогии с их земными прототипами.

Существование воды на Энцеладе открывает перед исследователями заманчивые перспективы. Данные, переданные «Кассини», убеждают в том, что запасы жидкой воды находятся на глубине всего нескольких десятков метров под поверхностью Энцелада, и они должны быть намного доступнее, чем, например, внутренний океан Европы, скрытый многокилометровой толщей льда. Жидкая вода на Энцеладе открывает перспективы для поиска внеземной жизни. Фактически это открытие существенно раздвигает границы, в пределах которых в Солнечной системе существуют условия, приемлемые для живых организмов. Наряду с Титаном Энцелад теперь стал приоритетным объектом исследований в системе Сатурна и одним из самых притягательных мест в Солнечной системе для экзобиологов.

* * *

Эта книга подошла к концу, но разведка далеких планет продолжается. А если говорить серьезно — она еще только начинается. Невозможно даже представить себе, какие открытия ждут нас впереди. Где еще мы побываем в XXI веке? Кто знает… До встречи, друзья!

9. Путевой блокнот

Толковый словарик

АДАПТИВНАЯ ОПТИКА (АО) — методика исправления в реальном времени атмосферных искажений астрономического изображения. Проходя сквозь неоднородную и нестабильную атмосферу, плоский волновой фронт света теряет свою форму, отчего изображение в телескопе становится нерезким и дрожащим. Для восстановления плоской формы волнового фронта обычно используется небольшое «мягкое» зеркало, управляемое компьютером и с высокой частотой (до 2 кГц) изменяющее свою форму. Управляющая программа с помощью детектора волнового фронта анализирует изображение одиночной звезды и, регулируя форму мягкого зеркала, добивается того, чтобы изображение этой звезды имело идеальный, точечный вид. Если это удается, то автоматически становятся более четкими изображения и всех других объектов, наблюдаемых вблизи этой звезды в пределах области изопланатизма, т. е. всех объектов, лучи света от которых проходят сквозь те же ячейки атмосферной неоднородности, что и лучи опорной звезды. Для работы системы АО нужна яркая звезда, а такие редко встречаются на небе. Поэтому в некоторых системах АО укрепленный на телескопе лазер создает в верхних слоях атмосферы «искусственную звезду» — маленькое яркое пятно, постоянно присутствующее в поле зрения телескопа.