Эксперименты показывают, что озёра Титана могут реагировать с азотом

Дата: 2017-03-18

Недавнее исследование, спонсируемое НАСА, показало, что углеводородные моря и озёра Титана иногда могут извергаться в виде гигантских пузырей. Для этого исследователи из Лаборатории реактивного движения смоделировали холодное состояние поверхности этого спутника Сатурна, обнаружив, что существенное количество азота может быть растворено в чрезвычайно холодном жидком метане, который выпадает с неба Титана в виде дождя и способен собираться в реках, озёрах и морях. было продемонстрировано, что небольшие изменения в температуре, давлении воздуха или его составе могут заставить азот выделяться из раствора, как выходит газ, когда мы открывает бутылку с газировкой.

Космическая станция «Кассини» обнаружила, что состав озёр и морей Титана варьируется в зависимости от области, в результате чего какие-то бассейны становятся богаты этаном, другие — метаном.

«Наши эксперты показали, что, когда жидкость, насыщенная метаном, смешивается с этановой жидкостью, например, во время дождя, или когда метановая река стекает в этановое озеро, азот больше всего подвержен изгнанию из такого раствора», — Майкл Маласка из Лаборатории реактивного движения НАСА.

Высвобождение азота, которое ещё называют экссолюцией или разделением, может также произойти когда метановые моря немного теплеют в течение изменяющихся сезонов на Титане. Ясно, что такая шипучая жидкость может потенциально создать проблемы для автоматизированного зонда будущей миссии, отправленного для дрейфа на поверхности моря Титана или погружения в него. Избыток тепла, исходящий от зонда, может заставить формироваться эти пузыри вокруг его конструкции, например, вокруг винтов, предназначенных для движения, из-за чего управление аппаратом будет затруднено.

Этот снимок получен во время сближения с Титаном 17 февраля 2017 года. В тот день аппарат «Кассини» хоть и находился дальше от поверхности Титана, но у него был лучший угол обзора морей Кракена и Лигеи, что обеспечило улучшенный контраст для просмотра этих бассейнов. Так как камера «Кассини» смотрит на поверхность Титана под углом, близким к прямому, в пространстве между поверхностью и аппаратом находится менее плотный туман, поэтому видно больше деталей береговых линий, по сравнению с более ранними данными. Это было одно из тех редких сближений, которые выполнялись без включения двигательной установки. В результате удалось запечатлеть северную полярную область спутника Сатурна и отслеживать здесь облака. Хорошо видны несколько полос облаков в средних широтах между 45 и 55 градусами на север в правой части снимка. Меньшие светлые облака замечены чуть выше моря Пунги (Punga Mare). Изображения для этой мозаики были получены узкоугольной камерой «Кассини» с применением спектрального фильтра, чувствительного длинам волн околоинфракрасного спектра, сосредоточенного на 938 нанометрах. Кадры были получены с расстояния 242500 километров от Титана, масштаб составляет примерно 2.6 километра на пиксель. Источник: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Понятие пузырей азота, создающих шипучие участки на озёрах и морях Титана, относится к одной из наиболее странных нерешённых тайн, которую «Кассини» выявил во время своих исследований — так называемые «волшебный острова». Во время нескольких сближений со спутником Сатурна радар «Кассини» обнаружил небольшие районы в морях, которые появлялись и исчезали, а затем, по крайней мере в одном случае, вновь появился. исследователи предложили несколько объяснений этому поведению, среди которых была и теория азотных пузырей. Новое исследование предоставляет подробную информацию о механизме, который мог сформировать такие пузыри, если они действительно ответственны за появление этих «островов».

«Благодаря этой работе над растворимостью азота мы стали уверены, что пузыри могли действительно сформироваться в морях и, фактически, могут быть в большем изобилии, чем мы ожидали», — Джейсон Хофгартнер из Лаборатории реактивного движения, который работает в команде изучения радарной информации «Кассини», соавтор исследования.

В охарактеризовании того, как азот движется между жидкими резервуарами и атмосферой Титана, исследователи обнаружили и другой способ его образования. В результате создания раствора, насыщенного этаном и моделирования озера Титана, этот элемент замёрз на самом его дне. В отличие от воды, которая является менее плотной в своей твёрдой фаза, чем в жидкой, этановый лёд сформировался именно в нижней части холодных бассейнов Титана. Поскольку этан кристаллизуется в лёд, для растворённого азота не остаётся никакого другого выбора, как с шипением выйти на поверхность.

Не смотря на то, что сама мысль о пузырящихся углеводородных озёрах Титана является удивительной, учёные утверждают, что движение азота происходит не в одном направлении. Дело в том, что, для того, чтобы высвободится из метана и этана азот сначала должен каким-то образом в них встроиться.

«В действительности это выглядит так, как будто озёра Титана вдыхают азот. Когда они охлаждаются, они могут поглотить больше газа, как бы вдыхая его. А, поскольку они нагреваются, вместимость жидкости снижается и азот высвобождается. Озёра как бы «выдыхают».

Подобное явление происходит и на Земле при поглощении углекислого газа океанами нашей планеты.

Эти изображения были получены от радара «Кассини», на них показано развитие переходных особенностей в большом углеводородном море Титана по имени море Лигеи. Анализ «Кассини» показал, что яркими особенностями, неофициально известными как «волшебный остров», является феномен, постепенно меняющийся во времени. Учёные пришли к заключению, что увеличение яркости происходит из-за волн, твёрдых частиц на или ниже поверхности, или пузырей с волнами, которые, как предполагается, являются наиболее вероятным объяснением. В левой колонке показана та же область моря во время сближения «Кассини» с Титаном в 2007, 2013, 2014 и 2015 годах. Нижнее изображение было получено «Кассини» 11 января 2015 года и является ещё одним снимком этого моря, во время наблюдений аппаратом за этой таинственной особенностью. Она хорошо видна на данных за 2013 и 2014 годы, но отсутствует в других. Большое изображение демонстрирует море Лигеи полностью, которое является вторым по величине углеводородным морем на Титане и имеет общую площадь примерно в 130000 квадратных километров. Источник: NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell

«Кассини» совершит заключительное сближение с Титаном 22 апреля 2017 года, оно станет 127 по счёту. Во время этого события станция с помощью радара в последний раз исследует северные моря спутника. Учёные рассчитали управляющие команды таким образом, что, если странные острова будут присутствовать в этой области, яркость получаемых изображений будет такой, чтобы была возможность различить пузыри, волны и плавающие или стоящие твёрдые образования. Также, в рамках этого сближения «Кассини» изменит свою траекторию таким образом, чтобы начать фазу из 22-х пролётов через разрыв между Сатурном и его самым внутренним кольцом. 20-летняя миссия «Кассини» завершится 15 сентября 2017 года погружением в атмосферу Сатурна.