Экспедиция на Титан
Земля, Титан и Луна в масштабе
Все вы, я уверен, помните, рассказ об исследованиях Титана - спутника Сатурна - с помощью автоматических межпланетных станций и спускаемых аппаратов. До сих пор на это небесное тело не ступала нога человека. Пришло время исправить сие досадное недоразумение.
Снимок Сатурна сделан при его облете с торможением на пути экспедиции к Титану. Про кольца Сатурна говорилось ЗДЕСЬ.
Сатурн и Земля в масштабе.- чтобы вы яснее представляли себе, что это за монстр, по орбите которого, как Луна вокруг Земли, вращается Титан. Как и Луна, Титан постоянно обращен к Сатурну одной своей стороной, Сатурн неподвижен на его небе, хотя Солнце регулярно всходит и заходит.
Титан, вид при подлете к спутнику со стороны Солнца.
Титан на фоне Сатурна. Снимок сделан при заходе МКК на высокую орбиту вокруг Титана. Расстояние между небесными телами (то есть высота орбиты самого Титана) составляет 1 221 870 км. Наличие метана в атмосфере приводит к процессам фотолиза в верхних слоях и образованию нескольких слоёв углеводородного "смога", из-за чего Титан является единственным спутником в Солнечной системе, поверхность которого невозможно наблюдать в оптическом диапазоне. Толщина атмосферы Титана примерно в 10 раз больше, чем у Земли.
Сатурн над верхним слоем облаков Титана. Снимок сделан при посадке перед вхождением в плотный облачный слой на высоте около 60 км над поверхностью спутника. В плоскости колец Сатурна видны четыре точки - это другие спутники Сатурна (слева направо): Энцелад, Диона, Тефия и Рея. Оранжевые облака образованы туманом, состоящим из этана, метана, азота и прочих углеводородов. Атмосфера распространяется вверх еще на 400 км; Голубой цвет неба на этой высоте обусловлен, как и на Земле, азотом, доля которого в атмосфере Титана составляет 98,6%. Кроме вышеперечисленного, в атмосфере присутствуют углекислый и угарный газы, циан и гелий.
Титан с высоты 12 километров. Уменьшение плотности дымки позволило увидеть поверхность, когда аппарат опустился ниже 40 км; дневное освещение на Титане напоминает земные сумерки. Темные области на поверхности - периодические пересыхающие метановые "озера".
Маленьий шаг для одного человека… Первые шаги людей по Титану. "Титанические" скафандры выглядят изящней вакуумных: в их задачу не входит поддержание постоянного внутреннего давления, основные функции - герметизация и обогрев: температура за бортом -180°C. Система отопления дублирована, а некоторые важнейшие ее узлы даже строены: в случае ее отказа в плотной атмосфере планеты человек превратится в ледяной памятник самому себе гораздо быстрее, чем в вакууме. Давление у поверхности вдвое выше, чем на Земле на такую же величину поднято давление внутри посадочного модуля - это освобождает космонавтов от необходимости каждый раз проходить длительную декомпрессию при возвращении на корабль.
…и огромный скачок для всего человечества. Вслед за первыми шагами последовали первые прыжки. Диаметр Титана - 5152 км, это на 50 % больше, чем у Луны, при этом Титан на 80 % превосходит спутник Земли по массе. Титан также превосходит размерами планету Меркурий, хотя и уступает ей по массе - связано это с тем, что часть горных пород, из которых сложен Титан, составляет лед, в то время как Меркурий полностью "каменный". Сила тяжести на Титане составляет приблизительно одну седьмую земной, и 70-килограммовый космонавт в 90-килограммовом скафандре весит здесь всего около 22 кг.
Исследование сухого оврага. Наличие сети таких промоин было обнаружено еще "Гюйгенсом" в 2005 году. Как и предполагалось, стены каньона несут следы потоков жидкости, а дно образовано осадочным материалом. В случае "дождя" каньон может оказаться затоплен потоком жидкого метана, поэтому вылазка проводится при постоянном мониторинге погоды.
Подготовка метеозонда в свете прожектора. Полный оборот вокруг своей оси Титан производит за 16 дней, и ждать восхода придется долго, приходится работать в темноте. Ровер слева, как и вся другая техника экспедиции, способен работать при экстремальных температурах около -200° С
Облака над южным полюсом Титана. В отличие от Земли на Титане мощные облака намного сильнее смещаются по широте, по мере смены сезонов, тогда как на Земле они сдвигаются к северу или югу незначительно. Титан получает слишком мало солнечной энергии для того, чтобы обеспечить такую динамику атмосферных процессов. Скорее всего, энергию для перемещения атмосферных масс обеспечивают мощные приливные воздействия Сатурна, в 400 раз превышающие по силе обусловленные Луной приливы на Земле.
Один из посадочных модулей; вид со стороны со стороны. Сейчас по-прежнему ночь, и облака на заднем плане освещены вспышкой молнии. У поверхности ветер очень слабый (0,3 м/с), однако на высотах в несколько километров постоянно дуют сильные ветры. Их скорость растет с высотой с нескольких метров в секунду на высоте 10-30 км до 30 м/с на высоте 50-60 км. На высотах более 120 км имеет место сильная турбулентность - её признаки были замечены ещё в 1980-1981 гг., когда через систему Сатурна пролетали "Вояджеры". Однако неожиданностью стало то, что на высоте около 80 км в атмосфере Титана зарегистрирован штиль - сюда не проникают ни ветры, дующие ниже 60 км, ни турбулентные движения, наблюдаемые вдвое выше. Причины возникновения такой странной зоны спокойствия пока не удаётся объяснить.
Начинает идти углеводородный "снег". Все работы на поверхности приостанавливаются - метеорологи и орбитальные наблюдатели предупреждают, что снегопад усилится. Массивная атмосфера со значительным количеством углеводородов создает парниковый эффект, в результате чего суточные и сезонные изменения температуры у поверхности редко превосходят 2°C, так что можно ожидать, что выпавший "снег" быстро начнет таять.
Близится утро; снегопад прекратился. Как и ожидалось, выпавший "снег" превратился в потоки жидкой метан-этановой смеси, и давешний каньон оказался затоплен.
Каньоны приводят реки в низины, заполненные аллювиальными отложениями, где образуются обширные, долго не высыхающие этановые "болота". Применение роверов или пешие экспедиции в таких местах совершенно исключены, и они не входят в перечень задач, поставленных людям. Сбором данных о большей части поверхности планеты будут заниматься автоматические аппараты, такие, например, как эти:
Исключительно холодная, плотная и спокойная у поверхности атмосфера делает очень эффективным применение роботов-термодирижаблей. Они занимают мало места среди оборудования экспедиции и могут перемещаться по воздуху на значительные расстояния, менять высоту и зависать неподвижно, затрачивая очень мало энергии. Большую часть времени эти аппараты работают в автономном режиме в соответствии с поставленной задачей. Способны сообщать об обнаружении объектов с заданными параметрами либо резко, по мнению программы, отличающихся от окружающей местности, после чего могут быть переведены в режим телеуправления.
Рассвет вблизи места посадки.
Зонд "север", продолжая путешествовать над системой бассейнов, показывает свою картину рассвета. Оказывается, с поверхности Титана иногда можно бывает увидеть Сатурн и Солнце (белая точка над горизонтом). Впрочем, это не такая уж неожиданность - еще в начале XXI века году был зафиксирован блик, отраженный от гладкой поверхности жидкого бассейна вблизи северного полюса Титана, что и стало первым прямым доказательством существования озёр на нем.
Картинка с зонда "юг". Вблизи экватора на Титане расположены обширные области, покрытые длинными параллельными рядами дюн, вытянутых в направлении преобладающих ветров - с запада на восток - на сотни километров. Песок здесь необычный - не кварцевый, а ледяной, а темный цвет обусловлен примесью углеводородной пыли.
Этановое море. О существовании его стало известно в 2007 году, когда "Кассини" обнаружил в районе северного полюса Титана несколько гигантских озёр, крупнейшее из которых достигает в длину 1000 км и по площади сравнимо с Каспийским морем, ещё одно при площади 100 000 км² превосходит любое из земных пресноводных озёр. Аналогичное оразование, получившее название Озеро Онтарио, было зафиксировано вблизи южного полюса. Состав "морской воды" оказался следующий: этан (76-79 %), пропан (7-8 %), метан (5-10 %), 2 % цианида водорода, 1 % бутена, бутана и ацетилена плюс около 1% сложных органических соединений, определить точный состав которых аппаратура зондов-аэростатов не в состоянии. Функции плавучих автоматизированных лабораторий выполняют другие аппараты экспедиции.
А здесь запечатлен исторический момент - первое обнаружение признаков относительно высокоорганизлванной жизни на Титане - и вообще вне Земли - плавающим роботизированным зондом. Благодаря исследованиям примитивных форм, найденных в этановом море, уже ясно, что в качестве растворителя для химических процессов местные создания используют не воду, как мы, а всё те же метан, этан и ряд других соединений, в частности, фосфин (PH3), который в жидком этане имеет форму отдельных капель, что позволяет ячейкоподобным структурам тканей существовать без клеточных мембран. Это важно, поскольку метан не такой мощный растворитель, как вода в земных условиях, и ему труднее было бы переносить вещество в кдетку. Зато меньшая химическая химическая агрессивность метана позволяет ему легче образовывать стабильные крупные структуры, например белки и им подобные. Эти организмы пользуются для дыхания газообразным водородом и реагируют с молекулами ацетилена вместо глюкозы, при этом в процессе их жизнедеятельности образуется опять-таки метан. В результате на Титане наблюдается нехватка ацетилена (хотя он в изобилии образуется под воздействием солнечного излучения) и снижение содержания водорода около поверхности. Однако самые важные исследования и открытия еще впереди…
(Фотограф экспедиции - Уолтер Майерс (Walter Myers; www.arcadiastreet.com))