Старая версия сайта
12+
Издаётся с 1924 года
В интернете с 1995 года
Топ 10

Странный мир глубокого холода . В 2005 году начнется покорение Титана

Учительская газета, №51 от 14 декабря 2004. Читать номер
Автор:

Прогресс науки все ускоряется. В астрофизике снова назревают грандиозные открытия, а ее составная часть – планетная астрофизика – за последние десятилетия полностью обновилась благодаря космическим исследованиям и новым техническим средствам у наземной астрономии. И она снова ставит нас перед вечным вопросом – о нашем месте во Вселенной, о других обитаемых мирах, о возникновении жизни на планетах… В 1995 году удалось наконец обнаружить планетные системы у других звезд. Сейчас таковых насчитывается уже более 120. Все они подобны Солнцу, однако их планетные системы на нашу Солнечную совсем не похожи. Более того, ничего, подобного Земле, нет и во всей Солнечной системе. Изучение планетных систем, по-видимому, позволяет утверждать, что Земля с ее биосферой – уникальная планета. Быть может, уникальная даже в галактическом смысле. Именно поэтому ученые снова и снова возвращаются к поискам возможных, хотя бы в каком-то смысле, островов обитаемости в нашей Солнечной системе.

Жизнь и земной шовинизм

Первым кандидатом таких поисков был Марс. Он все еще остается привлекательной целью исследований, хотя с каждой космической миссией надежды обнаружить там жизнь, пусть даже в самой примитивной форме, становятся все меньше. Сейчас ученые чаще говорят о поисках следов жизни на красной планете, которая могла там когда-то существовать в эпохи, более благоприятные в климатическом смысле. Дело в том, что такие эпохи действительно были, поэтому если возникновение жизни – процесс закономерный, а не редчайшее исключение, следы жизни на Марсе должны быть. Только вот найти их пока не удается. Следует заметить, что ученые исходят из концепции, которую иногда называют «земным шовинизмом», они считают, что жизнь неизбежно должна иметь углеродную природу и механизмы аминонуклеинокислотного типа, как на Земле. Какая-либо другая природа жизни, скажем, давно освоенная фантастами жизнь на кремнийорганической основе, скорее всего невозможна из-за физико-химических природных ограничений. Значит ли это, что вообще никакая другая форма жизни невозможна? Например, жизнь в условиях очень низких температур? Ответ прост: ничего подобного мы не знаем.

Миссия Кассини-Гюйгенс

После первых разочарований в поисках марсианской жизни внимание ученых привлек спутник Сатурна Титан. В июне 2004 года к гигантской планете, известной каждому по окружающим ее кольцам, приблизился и вышел на орбиту спутника Сатурна аппарат КАССИНИ, запущенный в октябре 1997 года. Созданию этого аппарата некоторые из наших европейских коллег посвятили всю свою жизнь. КАССИНИ несет так называемый спускаемый аппарат ГЮЙГЕНС, который должен совершить посадку на Титан. Аппарат КАССИНИ назван в честь французского ученого XVII века Джиованни Кассини, ГЮЙГЕНС – в честь нидерландского ученого XVII века Христиана Гюйгенса. Кассини в 1675 году впервые установил, что кольцо Сатурна состоит из многих концентрических колец, а Гюйгенс первым еще в 1655 году увидел Титан, один из 5 самых крупных спутников Сатурна. Галилео Галилей в 1610 году впервые направил телескоп на Сатурн, но из-за несовершенства своего инструмента различить кольца не смог: ему показалось, что планета тройная, что он и записал секретным кодом. (Вероятно, здесь уместно заметить, что распространенное утверждение о том, что телескоп изобрел Галилей, неверно. Он первым применил его для астрономических наблюдений). Что же касается кольца Сатурна, впервые его увидел Христиан Гюйгенс в 1656 году.

Уникальный Титан

В середине декабря 2004 года ГЮЙГЕНС отделится от орбитального аппарата и через месяц, уже в 2005 году начнет спуск в оранжевой атмосфере Титана. Впервые необычные свойства Титана были обнаружены в 1980-1981 годах двумя пролетными аппаратами ВОЯДЖЕР, которые исследовали спутник в процессе кратковременного сближения с планетой. Титан считался самой крупной луной во всей Солнечной системе. По наземным измерениям его диаметр оценивался в 5800 км, что даже больше диаметра планеты Меркурий и гигантского спутника Юпитера Ганимед. Но оказалось, что астрономы видят плотную атмосферу Титана, а не его поверхность. Это был сюрприз: во всей Солнечной системе ни один спутник практически не имеет атмосферы. Почему атмосфера существует только у Титана – вопрос достаточно сложный. Это довольно массивное тело, в полтора раза больше Луны (однако средняя плотность Титана в два раза меньше лунной) и в 50 раз Реи – следующего крупного спутника Сатурна. Небесное тело с огромной массой легче удерживает атмосферу. Но такую же массу имеет и один из галилеевых спутников Юпитера – Ганимед, у которого нет атмосферы. Кстати, диаметр Титана по твердой поверхности все же немного меньше, чем Ганимеда: 5150 и 5260 км соответственно. Еще одно сравнение с Луной: Титан находится в 3 раза дальше от Сатурна, чем Луна от Земли, но из-за большой массы планеты затрачивает на один оборот всего 15 суток. То есть вдвое меньше, чем Луна.

Сатурн со своей системой спутников находится в 9,5 раза дальше от Солнца, чем Земля, поэтому на единицу поверхности там падает в 90 раз меньше солнечной энергии, чем на Земле. Температура поверхности безатмосферных спутников Сатурна (их сейчас известно около 50, включая самые мелкие) составляет -170оС. Опять-таки, чем ниже температура, тем легче Титану удержать атмосферу. Почему же Титан мог заинтересовать ученых именно в отношении поисков жизни? Дело как раз в атмосфере.

Предполагалось, что атмосфера Титана может иметь значительный парниковый эффект, а тогда температура у поверхности может быть достаточно высокой. Парниковый эффект – это сложное физическое явление, которое тем не менее легко объяснить. Обычно на вопрос о том, за счет чего существует жизнь на Земле, отвечают – за счет энергии Солнца. Но Земля излучает в космос в точности то же количество энергии, которое она получает от Солнца. Легко сообразить, что иначе Земля бы постоянно разогревалась или, наоборот, остывала. Практически солнечная энергия на Земле не задерживается. Что же тогда приводит в действие атмосферные процессы, штормы и течения в океанах, наконец, что движет метаболизм живых организмов? Здесь работает не энергия, а энтропия. Дело в том, что Земля получает от Солнца энергию главным образом в оптическом диапазоне с эффективной температурой 6000 Кельвинов (К), а излучает тепловую (инфракрасную) радиацию с температурой 250 К (-230С). Именно это различие определяет все процессы на нашей планете. Но средняя температура у поверхности Земли заметно выше – около 290 К (+170С). Это следствие парникового эффекта. Он определяется тем, что атмосфера планеты более или менее прозрачна для солнечной радиации и значительно менее прозрачна для теплового (инфракрасного) излучения. Солнечная радиация легко достигает поверхности и нагревает ее. Но чтобы инфракрасное излучение поверхности пробилось обратно, сквозь не совсем прозрачную атмосферу, источник должен быть более разогретым, чем при отсутствии атмосферы. Эффект зависит от состава и плотности атмосферы. На Земле парниковый эффект дополнительно разогревает поверхность на 400С. На Марсе эффект значительно меньше, а на Венере – намного выше, и в результате температура у поверхности Венеры достигает почти 5000С. Титан излучает тепловую (инфракрасную) радиацию с температурой всего 85 К (-1870С). Однако предполагалось, что в результате парникового эффекта у поверхности Титана может быть достаточно тепло, чтобы говорить о поисках жизни.

Солин значит грязь

Еще 60 лет назад в атмосфере Титана спектроскопически был обнаружен метан. Метан и другие органические компоненты, найденные уже в ходе современных исследований, стимулировали интерес к более сложным органическим соединениям, вероятно, присутствующим на поверхности спутника под толстым слоем его атмосферы. Как ни странно, главная составляющая атмосферы Титана – та же, что и на Земле, – молекулярный азот, причем его около 85%. Только там, в столбе атмосферы его в 15 раз больше, чем на Земле. Но из-за малой силы тяжести (в 7 раз меньше земной) давление у поверхности лишь на 60% больше земного. Остальные 15% – это аргон, метан и малые составляющие. В ходе дальнейших исследований выяснилось, что парникового эффекта в атмосфере Титана практически нет. Средняя температура поверхности составляет -1780С и близка к «тройной» точке состояния метана: газ-жидкость-твердая фаза. В метеорологии Титана метан выполняет ту же роль, что вода на Земле. Были обнаружены возникающие скопления туч, проливающихся, по-видимому, метановыми дождями. Большой интерес представляет поверхность Титана, состоящая из водяного льда с примесью горных пород (на это указывает низкая средняя плотность спутника, около 1,9 г/см3). Недавно удалось провести наземные наблюдения Титана в инфракрасном диапазоне. Они смутно показывают светлые континенты и темные низины. Но не только метановые облака, туманы и тучи затрудняют видимость поверхности: в атмосфере, на большой высоте, висит оранжевая мгла, состоящая из каких-то мельчайших частиц. Природа этого вещества оставалась непонятной, но потом его удалось синтезировать в земных лабораториях из смеси метана и азота под действием электрических разрядов. Вещество состоит из сложной цепи карбонатгидридов и получило название «солин», что в переводе с греческого означает «грязь».

Наряду с метаном в состав озер, а может быть, даже морей должен входить этан С2Н6. Причем его может быть даже больше, чем метана. По некоторым оценкам, глубина таких морей на Титане превышает 1 км, а под ними – слой жидкого ацетилена. Обилие органических материалов на поверхности Титана даже вызвало предположение о возможной, разумеется, в отдаленном будущем, их промышленной разработке. Как ни ограничена солнечная радиация, достигающая Титана, она достаточна для того, чтобы за миллиарды лет под действием фотохимических реакций на спутнике возникли и благодаря низким температурам сохранились огромные запасы органических материалов.

Аппарат КАССИНИ передал инфракрасные снимки. К сожалению, они еще недостаточно четкие, чтобы понять, что именно мы видим. Если с миссией ГЮЙГЕНС все пойдет нормально, в январе 2005 года эти чудеса предстанут на экране мониторов во всех подробностях. Кроме того, аппарат КАССИНИ за время миссии будет проходить вблизи Титана 44 раза и передавать на Землю научные данные. Что же касается перспектив поиска внеземной жизни, проблема Титана заключается именно в низкой температуре его поверхности и атмосферы, когда скорость химических реакций по сравнению с земными условиями замедляется на много порядков. В таких условиях для создания биологических механизмов земного типа природе понадобилось бы время, превосходящее любые космологические шкалы.

Леонид КСАНФОМАЛИТИ, доктор физико-математических наук, заслуженный деятель науки РФ, зав. лабораторией Института космических исследований РАН


Читайте также
Комментарии


Выбор дня UG.RU
Профессионалам - профессиональную рассылку!

Подпишитесь, чтобы получать актуальные новости и специальные предложения от «Учительской газеты», не выходя из почтового ящика

Мы никому не передадим Вашу личную информацию
alt
?Задать вопрос по сайту