Ученые из Центра космических полетов имени Годдарда задействовали телескоп James Webb (JWST) для изучения Титана. Ему удалось впервые обнаружить доказательства конвекции облаков в северном полушарии спутника над областью озер и морей. Кроме того JWST обнаружил ключевую углеродсодержащую молекулу, которая дает представление о химических процессах в атмосфере Титана.
Погода на Титане
Титан — единственное место в Солнечной системе, где погода похожа на земную, в том смысле, что там есть облака и дожди на поверхности. Только если на нашей планете ключевую роль играет вода, то краеугольным камнем погодных циклов Титана является метан. Он испаряется с поверхности и поднимается в атмосферу, где конденсируется, образуя метановые облака. Иногда он затем выпадает в виде дождя на поверхность, где водяной лед играет роль твердых пород.
В 2022–2023 годах команда исследователей из NASA провела серию наблюдений Титана, в которых был задействован JWST и один из наземных телескопов-близнецов обсерватории Кека. Они не только показали наличие облаков в средних и высоких северных широтах Титана, где сейчас лето, но и обнаружили, что они со временем поднимаются на большую высоту. Это важно, поскольку большинство озер и морей Титана расположены в его северном полушарии, а испарение из углеводородных резервуаров спутника является основным потенциальным источником метана.
На Земле самый нижний слой атмосферы (тропосфера), простирается на высоту около 12 км. Однако на Титане, где более низкая гравитация позволяет атмосферным слоям расширяться, тропосфера простирается примерно до отметки в 45 км. Наблюдения в инфракрасном диапазоне позволили астрономам оценить высоту облаков и отследить их перемещения, хотя им и не удалось непосредственно увидеть выпадение осадков.
Сложная химия атмосферы Титана
Титан представляет большой астробиологический интерес благодаря своему сложному углеродсодержащему химическому составу. Органические молекулы составляют основу всего живого на Земле. Их изучение в таком мире, как Титан, может помочь ученым понять процессы, которые привели к зарождению жизни на нашей планете.
Основным компонентом, который определяет большую часть химии Титана, является метан. Он расщепляется солнечным светом или энергичными электронами из магнитосферы Сатурна, а затем рекомбинирует с другими молекулами, образуя такие вещества, как этан и более сложные углеродсодержащие молекулы.
Данные, полученные «Уэббом», позволили обнаружить ключевой недостающий фрагмент для понимания химических процессов: метил (CH3). Эта молекула, называемая «свободным радикалом» (потому что у нее есть «свободный» электрон, не входящий в химическую связь), образуется при расщеплении метана. Обнаружение этого вещества означает, что ученые впервые смогут увидеть химические процессы атмосферы Титана в действии, а не только их исходные ингредиенты и конечные продукты.
Будущее атмосферы Титана
Такой химический состав углеводородов имеет долгосрочные последствия для будущего Титана. Когда метан распадается в верхних слоях атмосферы, часть его рекомбинирует, образуя другие молекулы, которые в конечном итоге вновь оказываются на поверхности в той или иной химической форме, а часть водорода улетучивается из атмосферы.
Похожий процесс некогда происходил на Марсе, где молекулы воды распадались, а образовавшийся водород улетучивался в космос. В результате образовалась сухая, пустынная планета, которую мы видим сегодня. Это означает, что если на Титане нет какого-либо постоянного источника для пополнения метана, в будущем его запасы могут истощиться. Когда он исчезнет, спутник превратится в безатмосферный мир пыли и дюн, чем-то напоминающий Марс.
Ранее мы рассказывали о том, как ученые оценили потенциал биомассы гипотетического подповерхностного океана Титана.
По материалам NASA
