Эксперименты подтверждают теорию о том, как Титан сохраняет свою атмосферу

SwRI изучает, как крупнейший спутник Сатурна сохраняет свою плотную атмосферу. Ученые полагают, что ядро Титана покрыто несколькими слоями льда и подповерхностным жидким океаном. Новые эксперименты показывают, что азот и метановые газы, вырабатываемые органическими материалами в его ядре, могут просачиваться на поверхность, непрерывно пополняя атмосферу Титана. Автор: Southwest Research Institute

Юго-западный исследовательский институт в партнерстве с Институтом науки Карнеги провел лабораторные эксперименты, чтобы лучше понять, как спутник Сатурна Титан может поддерживать свою уникальную богатую азотом атмосферу. Титан — вторая по величине луна в нашей солнечной системе и единственная, которая имеет значительную атмосферу.

«Хотя диаметр Титана составляет всего 40% диаметра Земли, у него атмосфера в 1,5 раза плотнее земной, даже при меньшей гравитации», — говорит доктор Келли Миллер из SwRI, ведущий автор статьи об этих результатах , опубликованной в журнале Geochimica et Cosmochimica Acta. «Прогулка по поверхности Титана будет немного похожа на подводное плавание».

Происхождение, возраст и эволюция этой атмосферы, которая примерно на 95% состоит из азота и на 5% из метана, озадачивают ученых с момента ее открытия в 1944 году.

«Присутствие метана имеет решающее значение для существования атмосферы Титана», — говорит Миллер. «Метан удаляется реакциями, вызванными солнечным светом, и исчезнет примерно через 30 миллионов лет, после чего атмосфера замерзнет на поверхности. Ученые считают, что внутренний источник должен пополнять запасы метана, иначе атмосфера имеет геологически короткий срок жизни».

Миллер также был ведущим автором статьи, опубликованной в 2019 году в Astrophysical Journal, в которой была предложена теоретическая модель того, как атмосфера могла развиваться и пополняться на протяжении многих лет.

Чтобы понять постоянную плотную атмосферу на крупнейшем спутнике Сатурна, SwRI работал с Carnegie Institution for Science Laboratory, чтобы создать условия, имитирующие условия в каменистом ядре Титана. В ходе этих лабораторных экспериментов нагревались и создавались давления в трубках с органикой, производя азот и метан — газы, необходимые для поддержания атмосферы Титана. Автор: Southwest Research Institute

В статье выдвигается теория, что большие объемы очень сложных органических материалов нагреваются в каменистых недрах Титана, выделяя азот, а также углеродные газы, такие как метан. Затем газ просачивается на поверхность, где он образует плотную атмосферу вокруг луны.

Эта теория подтверждается недавними экспериментами, в которых органические материалы нагревались до температур от 250 до 500 градусов по Цельсию при давлении до 10 килобар для имитации внутренних условий Титана. Эксперименты производили углеродные газы, такие как углекислый газ и метан, в достаточных количествах, чтобы помочь пополнить атмосферный резервуар Титана.

Статья в значительной степени основана на данных миссии космического аппарата НАСА «Кассини-Гюйгенс», которая была запущена в 1997 году и исследовала систему Сатурна с 2004 по 2017 год. НАСА планирует запустить свою следующую миссию в систему Сатурна в 2028 году с космическим аппаратом под названием Dragonfly. Он будет включать квадрокоптер, разработанный для изучения Титана с близкого расстояния и выяснения того, могли ли условия на Титане когда-либо быть благоприятными для жизни. Далее Миллер работает с глобальной группой исследователей над изучением обитаемости подповерхностного жидкого океана.

Больше информации: K.E. Miller et al, Experimental heating of complex organic matter at Titan's interior conditions supports contributions to atmospheric N2 and CH4, Geochimica et Cosmochimica Acta (2024). DOI: 10.1016/j.gca.2024.12.026

Источник: Southwest Research Institute