Титан - кладовая органики

О проведении скрупулёзных подсчётов объёмов углеводородов на Титане объявили Ральф Лоренц (Ralph Lorenz) из лаборатории прикладной физики университета Джона Хопкинса (JHUAPL) и ряд его коллег из нескольких других научных учреждений.

Углеводородное озеро на Титане, лежащее меж холмов, состоящих из камня и льда (иллюстрация Steven Hobbs).

Ральф — один из членов команды учёных, обрабатывающей данные радарной съёмки Титана, поступающие с межпланетной станции Cassini. Именно этот аппарат и позволил оценить запас столь ценных для нас веществ, до которых, впрочем, никто пока не думает добираться.

Карта полос, отснятых радаром Cassini за несколько пролётов метановой луны. Самое большое синее пятно справа — одно из морей Титана, которое на 22% крупнее, чем озеро Верхнее на Земле. Глубина же данного водоёма оценивается в десятки метров (иллюстрации NASA/JPL).

Тут нужно сделать краткое отступление. Высадка зонда Huygens на Титан показала, что он во многом похож на Землю, с поправкой на температуру поверхности в минус 179 по Цельсию. Открытия Cassini подтвердили: на Титане также есть облака, идут дожди и снегопады, между холмами текут ручьи и реки, работает "водяная" и ветровая эрозия. Только вместо круговорота воды тут круговорот углеводородов — метана в первую очередь, а также этана и других соединений.

И хотя поначалу учёные считали, что водоёмы Титана значительную часть времени стоят сухими, переполняясь во время сезонных бурь, позднее открытия настоящих метановых озёр и морей посыпались как из рога изобилия.

Части радарной карты северного полярного района планеты. На разных фрагментах — разный масштаб. Видны и озёра, соединённые протоками (иллюстрации NASA/JPL).

Ныне исследователи проанализировали радарные карты, составленные по результатам нескольких сближений Cassini с Титаном, и высчитали объём жидких и твёрдых углеводородов, покрывающих поверхность в тех местах, которые уже попали в поле зрения космического аппарата.

"Титан просто покрыт углеродными соединениями — это гигантский завод органических химических веществ, — заявил Лоренц. — Инвентаризация "запасов" Титана является важным окном в его геологическую и климатическую историю".

"Просто покрыт" — это сколько? Тут надо пояснить, что учёные рассматривали две "кладовые" углеводородов.

Первая — обширная система озёр в районе северного полюса (там и вёл в основном радарную съёмку земной аппарат), наполненных жидкими метаном и этаном.

Вторая — тёмные гигантские дюны, занимающие большую полосу у экватора и покрывающие 20% поверхности Титана. По предположению учёных, дюны эти составлены из толинов — сложных соединений углерода, предшествующих жизни (кстати, в атмосфере планеты также найдена сложная органика, в том числе предшественники аминокислот — нитрилы).

Так вот, среди нескольких сотен уже открытых озёр Титана только несколько десятков самых крупных содержат столько углеводородов, что каждое из этих озёр могло бы в одиночку обеспечивать освещение, кондиционирование и обогрев жилых домов США в течение 300 лет.

Что до дюн, то там углеводородного сырья в несколько сотен раз больше, чем запасов угля на Земле.
Численно это выглядит так: Титан располагает на поверхности 3 х 10⁴ кубическими километрами углеводородной жидкости и 2 х 10⁵ кубическими километрами углеводородных же дюн.

Радарная съёмка Cassini, кстати, пока захватила лишь 20% поверхности этого удивительного холодного мира. Так что учёные, вычисляя запас веществ, предположили, что в южных районах планеты дела с озёрами и морями обстоят не хуже, чем в изученной северной. Юг Cassini снимал пока только раз, но пара метановых озёр уже нашлась и там.

Глубину озёр Титана учёные оценивали так. Они указали, что рельеф планеты схож с земным, поскольку формировался во многом сходными процессами. А на Земле максимальная глубина озёр, как правило, не превышает одной десятой от максимальной высоты близлежащей местности. Зная высоты холмов оранжевой планеты, исследователи могли вычислить и глубину её водоёмов.

Диаметр Титана составляет 5152 километра. На этом кадре он проходит перед диском Сатурна (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Кроме того, во многих случаях учёные точно могли сказать, что глубина озера превышает 10 метров, потому что оно на радарном снимке выглядело совершенно чёрным пятном. Если бы глубина была меньше, мы получили бы радарное эхо от дна, пояснил Лоренц.

Вопрос о количестве жидкости на Титане напрямую связан с историей его климата. Дело в том, что вычисленные объёмы углеводородов задали исследователям загадку.   Так, объём песка в дюнах оказался слишком большим, чтобы его можно было объяснить эрозией в руслах рек Титана или выбросом из ударных кратеров. А это значит, что из атмосферы планеты, по крайней мере, в какие-то сезоны (или эпохи), выпадает много "сырья".

С другой стороны, запас жидких углеводородов в поверхностных водоёмах Титана, как пишут авторы исследования в статье в журнале Geophysical Research Letters, "адекватны", чтобы являться буферной кладовой для атмосферного метана этой планеты. То есть круговорот вроде сходится, и дебет-кредит вычисляются правильно. Но только в краткосрочной перспективе.

А в долгосрочном плане, если говорить о целых геологических эпохах, данные озёра и моря никак не могут поддерживать имеющееся содержание метана в атмосфере, который имеет тенденцию распадаться под действием ультрафиолета солнца и улетучиваться в космос.

Имеющегося запаса CH₄ (даже в предположении, что вся жидкость на Титане — это только метан) хватит лишь на несколько миллионов лет пополнения атмосферы, утверждают американские исследователи.

Ну а поскольку за время жизни планеты данный газ там не перевёлся, должен существовать скрытый источник, типа ключей или криовулканов, пополняющий озёра из глубин планеты.

Насколько интенсивно и с какой регулярностью работает этот источник? Как менялась его работа в прошлом? Ответить на эти вопросы было бы очень интересно. Ведь, как и на Земле, метан является для Титана парниковым газом, и от его концентрации в атмосфере сильно зависит климат этой большой луны.

Соответственно, перемены в скорости пополнения атмосферы и озёр Титана углеводородами из-под поверхности должны были приносить гигантские изменения в климате и могут принести такие перемены в будущем (без метана Титан был бы гораздо более холодным миром).

Что ещё, кроме сотен озёр, влияет на баланс метана (и других соединений) в атмосфере Титана? Учёные говорят, что миссия Cassini, возможно, будет продлена. А значит, у нас есть шанс получить ответ на этот вопрос.

Не менее интересно разобраться и с химическими процессами, идущими здесь.

"Мы — углеродная форма жизни, — говорит Лоренц, — и понять, как далеко по цепочке сложности может пройти химия в таких условиях, как на Титане, — важно для понимания происхождения жизни во Вселенной".