ТИТАН (СУПУТНИК): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СКЛАД, ОРБІТА, РУХ - АРТЕ - 2025

Титан - один із супутників планети Сатурн і найбільший з усіх. Його поверхня крижана, вона більша за Меркурій, і вона має найгустішу атмосферу з усіх супутників Сонячної системи.

З Землі Титан видно за допомогою біноклів або телескопів. Крістіан Гюйгенс (1629-1695), голландський астроном, який в 1655 році вперше помітив супутник телескопом. Гюйгенс називав його не Титаном, а просто Луною Сатурні, що є латиною "місяць Сатурна".

Рисунок 1. Титан, що обертається навколо Сатурна. Зображення є Кассіні. Джерело: NASA.

Ім'я Титан, похідне від грецької міфології, було запропоновано Джоном Гершелем (1792-1871), сином Вільяма Гершеля, в середині 19 століття. Титани були братами Кроноса, батька того часу для греків, рівнозначним Сатурну римлян.

Як космічні місії, здійснені протягом останньої половини XX століття, так і спостереження космічного телескопа Хаббла значно розширили знання про цей супутник, який сам по собі є захоплюючим світом.

Для початку на Титані є метеорологічні явища, подібні до тих, що на Землі, такі як вітер, випаровування та дощ. Але з принциповою різницею: на Титані метан відіграє важливу роль у них, оскільки ця речовина є частиною атмосфери та поверхні.

Крім того, оскільки його вісь обертання нахилена, Титан насолоджується сезонами, хоча тривалість відрізняється від земної.

Через це, а також через те, що він має власну атмосферу та великі розміри, Титан іноді описують як мініатюрну планету, і вчені зосередилися на тому, щоб краще пізнати її, дізнатися, чи є у неї притулок чи здатний жити життям.

Загальна характеристика

Розмір

Титан - другий за величиною супутник, другий лише Ганімеде, величезному місяцю Юпітера. За розміром він більший, ніж Меркурій, оскільки мала планета має діаметр 4879,4 км, а Титан - 5149,5 км в діаметрі.

Малюнок 2. Порівняння розмірів між Землею, Місяцем та Титаном, ліворуч знизу. Джерело: Wikimedia Commons. Аполлон 17 Зображення цілої Землі: Телескопічне зображення НАСА повного Місяця: Григорій Х. Ревера Зображення Титану: NASA / JPL / Інститут космічних наук / Громадське надбання

Однак Титан має великий відсоток льоду у своєму складі. Вчені знають це через його щільність.

Щільність

Для обчислення щільності тіла необхідно знати як його масу, так і його об'єм. Масу Титана можна визначити через третій закон Кеплера, а також дані, що надаються космічними місіями.

Щільність титану виявляється 1,9 г / см ³ , що значно нижче, ніж у скелястих планет. Це означає лише, що в Титані великий відсоток льоду - не тільки води, льоду можуть бути й інші речовини - у своєму складі.

Атмосфера

У супутника щільна атмосфера, щось рідкісне у Сонячній системі. Ця атмосфера містить метан, але основним компонентом є азот, як і атмосфера Землі.

У ній немає води, не має вуглекислого газу, але присутні інші вуглеводні, тому що сонячне світло реагує з метаном, утворюючи інші сполуки, такі як ацетилен та етан.

Немає магнітного поля

Щодо магнетизму, то Титану бракує власного магнітного поля. Оскільки він знаходиться на межі радіаційних поясів Сатурна, багато високоенергетичних частинок все ще досягають поверхні Титану і розщеплюють там молекули.

Гіпотетичний мандрівник, що прибуває на Титан, виявив би температуру поверхні порядку -179,5 ºС та атмосферний тиск, який, можливо, незручний: у півтора рази більше значення земного тиску на рівні моря.

Дощ

На Титані йде дощ, оскільки метан конденсується в атмосфері, хоча цей дощ часто може не доходити до землі, оскільки він частково випаровується до того, як досягне землі.

Короткий зміст основних фізичних характеристик Титану

Склад

Планетарні вчені випливають із щільності Титана, яка приблизно вдвічі менша від води, що супутник - це половина скелі та половина льоду.

У гірських породах містяться залізо та силікати, тоді як лід - це не вся вода, хоча під замерзлим шаром кори знаходиться суміш води та аміаку. На Титані є кисень, але прив’язаний до води у надр.

Всередині Титану, як і на Землі та інших тілах Сонячної системи, є радіоактивні елементи, які виробляють тепло, переходячи в інші елементи.

Важливо зазначити, що температура на Титані близька до потрійної точки метану, що вказує на те, що ця сполука може існувати як тверда речовина, рідина або газ, граючи ту ж роль, що і вода на Землі.

Це було підтверджено зондом Кассіні, якому вдалося спуститися на поверхню супутника, де знайшли зразки випаровування цієї сполуки. Він також виявив регіони, в яких радіохвилі слабо відбиваються, аналогічно тому, як вони відображаються в озерах та океанах на Землі.

Ці темні ділянки на радіозображеннях припускають наявність тіл рідкого метану шириною від 3 до 70 км, хоча для підтвердження цього факту потрібно більше доказів.

Атмосфера на Титані

Голландський астроном Джерард Куйпер (1905-1973) підтвердив у 1944 році, що у Титана є своя атмосфера, завдяки якій супутник має характерний оранжево-коричневий колір, який можна побачити на знімках.

Пізніше, завдяки даним, надісланим місією Вояджер на початку 1980-х років, було встановлено, що ця атмосфера досить щільна, хоча через відстань вона отримує менше сонячної радіації.

Він також має шар смогу, який притуплює поверхню і в якому в суспензії є частинки вуглеводнів.

У верхній атмосфері Титану розвиваються вітри до 400 км / год, хоча наближаючись до поверхні, панорама трохи спокійніша.

Атмосферні гази

Що стосується його складу, атмосферні гази складаються з 94% азоту та 1,6% метану. Решта компонентів - вуглеводні. Це найбільш характерна особливість, адже крім атмосфери Землі жоден інший у Сонячній системі не містить азоту в такій кількості.

Метан - це парниковий газ, наявність якого перешкоджає подальшому зниженню температури Титана. Однак самий зовнішній шар, що складається з широко дисперсних газів, є світловідбиваючим і протидіє парниковому ефекту.

Вуглеводні

Серед вуглеводнів, що спостерігаються на "Титані", вражає акрилонітрил, концентрація якого до 2,8 частин на мільйон (проміле), виявлене за допомогою спектроскопічних методів.

Це з'єднання, яке широко використовується у виробництві пластмас, і на думку вчених, воно здатне створювати структури, схожі на клітинні мембрани.

Хоча акрилонітрил спочатку був виявлений у верхніх шарах атмосфери Титану, вважається, що він цілком може досягати поверхні, конденсуючись у нижніх шарах атмосфери і потім потрапляючи під дощем.

Крім акрилонітрилу, на Титані є толіни або толіни, цікаві сполуки органічної природи, які з’являються, коли ультрафіолетове світло уламки метану і відокремлює молекули азоту.

В результаті ці складніші сполуки, які, як вважають, існували на ранній Землі. Вони були виявлені на крижаних світах за межами пояса астероїдів, і дослідники мають змогу виробляти їх у лабораторії.

Такі висновки дуже цікаві, хоча умови супутника не підходять для наземного життя, особливо через екстремальні температури.

Як спостерігати за Титаном

Титан видно з Землі як невелику світлову точку навколо гігантського Сатурна, але необхідна допомога таких інструментів, як бінокль або телескоп.

Незважаючи на це, неможливо помітити багато деталей, тому що Титан світить не так сильно, як галілейські супутники (великі супутники Юпітера).

Крім того, великий розмір і яскравість Сатурна іноді можуть приховати наявність супутника, тому для розрізнення супутника потрібно шукати моменти найбільшої відстані між ними.

Орбіта

Титану потрібно майже 16 днів, щоб обертатися навколо Сатурна, і таке обертання є синхронним із планетою, а це означає, що він завжди показує одне обличчя.

Це явище дуже поширене серед супутників Сонячної системи. Наприклад, наш Місяць також знаходиться в синхронному обертанні із Землею.

Малюнок 3. Орбіта Титана, виділена червоним кольором, поряд із основними супутниками Сатурна: Гіперйон та Япет - це найбільш віддалений Титан, а внутрішній - у порядку: Рея, Діона, Тетіс, Енцелад та Мімас . Джерело: Wikimedia Commons. Оригінал: Pile pileVector: Mysid. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Це пов'язано з припливними силами, які не тільки піднімають рідкі маси, що є ефектом, який найбільше цінується на Землі. Вони також здатні піднімати земну кору та викривляти планети та супутники.

Сили припливу поступово сповільнюють швидкість супутника, поки орбітальна швидкість не дорівнює швидкості обертання.

Обертальний рух

Синхронне обертання Титана означає, що його період обертання навколо своєї осі такий же, як і орбітальний період, тобто приблизно 16 днів.

На Титані є станції через нахил осі обертання на 26º від екліптики. Але на відміну від Землі, кожен би тривав приблизно 7,4 року.

У 2006 році зонд Кассіні вивів зображення, що демонструють дощ (з метану) на північному полюсі Титану, подію, яка ознаменує початок літа в північній півкулі супутника, де, як вважають, є метанові озера.

Дощі змусили б озера рости, тоді як ті, що в південній півкулі, безумовно, висихали б приблизно в той же час.

Внутрішня структура

На діаграмі нижче показана багатошарова внутрішня структура Тітану, побудована за допомогою об'єднання доказів, зібраних із спостережень Землі, а також місій Вояджера та Кассіні:

-Нуклея, що складається з води та силікатів, хоча також обробляється можливість більш внутрішнього скелястого ядра на основі силікатів.

-Різні шари льоду та рідкої води з аміаком

-Найкраща кірка льоду.

Малюнок 4. Внутрішня структура Титану згідно теоретичних моделей. Джерело: Wikimedia Commons. Kelvinsong / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0).

На діаграмі також показаний щільний атмосферний шар, що покриває поверхню, в якому виділяється шар органічних сполук типу толіну, згаданий вище, і нарешті більш зовнішній і неміцний шар смогу.

геологія

Зонд Кассіні, який приземлився на Титан у 2005 році, досліджував супутник за допомогою інфрачервоних камер та радарів, здатних проникати в щільну атмосферу. Зображення показують різноманітну геологію.

Хоча Титан утворився разом з рештою членів Сонячної системи трохи більше 4,5 мільярдів років тому, його поверхня набагато пізніша, приблизно за 100 мільйонів років за оцінками. Це можливо завдяки великій геологічній активності.

Зображення виявляють крижані пагорби та гладкі поверхні більш темного кольору.

Кратерів небагато, оскільки геологічна активність стирає їх незабаром після їх формування. Деякі вчені заявили, що поверхня Титана схожа на пустелю в Арізоні, хоча на скелі місце займає лід.

На місці спуску зонда були виявлені акуратно закруглені хребти льоду, ніби рідина давно їх сформувала.

Є також пагорби, вистелені каналами, що м'яко схиляються до рівнини та описані вище метанські озера, а також острови. Ці озера є першими стійкими рідкими тілами, знайденими в місці поза межами самої Землі і розташовані біля полюсів.

Малюнок 5. Зображення титану, знятого зондом Гюйгенса на висоті 10 км. Джерело: ESA / NASA / JPL / University of Arizona / Public domain.

Рельєф загалом на Титані не дуже помітний. Найвищі гори досягають приблизно одного-двох кілометрів у висоту, згідно з альтиметричними даними.

Крім цих особливостей, на Титані є дюни, викликані припливами, які в свою чергу породжують сильний вітер на поверхні супутника.

Насправді всі ці явища трапляються на Землі, але зовсім по-різному, оскільки на Титані метан зайняв місце води, а також він знаходиться набагато далі від Сонця.

Список літератури

1. Eales, S. 2009. Планети і планетарні системи. Вілі-Блеквелл.
2. Кутнер, М. 2003. Астрономія: фізична перспектива. Cambridge University Press.
3. Інститут астробіології НАСА. NASA виявляє, що Місяць Сатурна має хімічну речовину, яка могла б утворити "мембрани". Відновлено з: nai.nasa.gov.
4. Інститут астробіології НАСА. Що у світі (и) - це толіни ?. Відновлено: planetar.org.
5. Pasachoff, J. 2007. Космос: Астрономія в новому тисячолітті. Третє видання. Томсон-Брукс / Коул.
6. Насіння, М. 2011. Сонячна система. Сьоме видання. Cengage Learning.
7. Science Daily. Свідчення зміни сезонів, дощу на північному полюсі Титана на місяці Сатурна. Відновлено: sciencedaily.com.
8. Вікіпедія. Титан (місяць). Відновлено з: en.wikipedia.org.