|
Конвекцию облаков обнаружили вблизи озер Титана
|
|
|
|
Астрономы, работающие в обсерватории У. М. Кека на Маунакеа, Гавайи, впервые обнаружили доказательства конвекции облаков в северном полушарии Титана, спутника Сатурна. Титан - интригующий мир, окутанный желтоватой дымкой смога. Как и на Земле, атмосфера состоит в основном из азота и имеет свои погодные условия, включая облака и дожди. В отличие от Земли, погода на которой определяется испарением и конденсацией воды, на холодном Титане существует метановый цикл.
|
|
|
|
"Благодаря превосходным возможностям обсерватории Кек получать изображения, мы смогли наблюдать за развитием и изменением метановых облаков вблизи северного полюса Титана в течение нескольких дней, в регионе, где космическим аппаратом "Кассини" были обнаружены большие моря и озера метана", - сказал Конор Никсон, научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. ведущий автор исследования.
|
|
|
|
"Это позволяет нам лучше понять климатический цикл Титана, как метановые облака могут вызывать дожди и восполнять запасы метана, испаряющегося из озер".
|
|
|
|
С поверхности Земли наблюдения за астрономическими объектами на некоторых длинах волн блокируются газами в нашей атмосфере. Однако, благодаря большой высоте и относительно стабильной атмосфере Маунакеа, а также адаптивной оптике на усовершенствованной камере NIRC2 (камера ближнего инфракрасного диапазона второго поколения), команда смогла провести мониторинг облаков Титана и получить высокодетализированные изображения. Результаты исследования опубликованы сегодня в журнале Nature Astronomy.
|
|
|
|
|
|
|
"Поскольку различные фильтры камеры Keck NIRC 2 позволяют видеть атмосферу Титана на разной глубине, в последнюю ночь наблюдений (14 июля) мы смогли увидеть, что облака переместились вверх по высоте, подобно конвективной ячейке на Земле", - объяснил Никсон.
|
|
|
|
Команда наблюдала за Титаном в ноябре 2022 года и июле 2023 года с помощью обсерватории Кека и космического телескопа Джеймса Уэбба. Эти наблюдения не только показали облака в средних и высоких северных широтах Титана — полушарии, где в настоящее время лето, — но и показали, что эти облака, по-видимому, со временем поднимаются на большую высоту.
|
|
|
|
В то время как в предыдущих исследованиях конвекция облаков наблюдалась в южных широтах, это первое свидетельство такой конвекции на севере. Это важно, поскольку большинство озер и морей Титана расположены в северном полушарии, а испарение из озер является основным потенциальным источником метана. Их общая площадь аналогична площади Великих озер в Северной Америке.
|
|
|
|
На Земле самый нижний слой атмосферы, или тропосфера, простирается на высоту около 7 миль (12 километров). Однако на Титане, где более низкая гравитация позволяет атмосферным слоям расширяться, тропосфера простирается примерно на 27 миль (45 километров).
|
|
|
|
Обсерватории Кека и Уэбба использовали различные инфракрасные фильтры для зондирования атмосферы Титана на разных глубинах, что позволило астрономам оценить высоту облаков. Научная группа наблюдала за облаками, которые, по-видимому, перемещались на большие высоты в течение нескольких дней, хотя они не могли непосредственно наблюдать выпадение каких-либо осадков.
|
|
|
|
Программа "Сумеречная зона" в обсерватории Кека сыграла ключевую роль в том, что позволила Никсону и его команде отслеживать, как меняется погода на Титане с течением времени. Эта программа проводится совместно несколькими исследователями Калифорнийского университета, Калифорнийского технологического института и НАСА в сотрудничестве с обсерваторией Кека для наблюдения нескольких ярких объектов в периоды, когда небо слишком яркое для стандартных астрономических наблюдений.
|
|
|
|
Погода на Титане
|
|
|
|
На Титане метан играет ту же роль, что и вода на Земле, когда речь заходит о погоде. Он испаряется с поверхности и поднимается в атмосферу, где конденсируется, образуя метановые облака. Иногда он выпадает в виде холодного маслянистого дождя на твердую поверхность, где водяной лед тверд как камень.
|
|
|
|
"Титан - единственное другое место в нашей Солнечной системе, где погода похожа на земную, в том смысле, что на его поверхности есть облака и выпадают осадки", - объяснил Никсон.
|
|
|
|
Титан представляет большой интерес для астробиологов из-за его сложной органической (углеродсодержащей) химии. Органические молекулы составляют основу всей жизни на Земле, и их изучение на планете, подобной Титану, может помочь ученым понять процессы, которые привели к возникновению жизни на Земле.
|
|
|
|
Химический состав Титана
|
|
|
|
Основным ингредиентом, определяющим большую часть химического состава Титана, является метан, или СН4. Метан в атмосфере Титана расщепляется солнечным светом или энергичными электронами из магнитосферы Сатурна, а затем рекомбинирует с другими молекулами, образуя такие вещества, как этан (C2H6), а также более сложные углеродсодержащие молекулы.
|
|
|
|
Данные Уэбба позволили получить ключевую информацию, которой не хватает для понимания химических процессов: точное определение метильного радикала CH3. Эта молекула (называемая "радикалом", потому что у нее есть "свободный" электрон, не связанный химическими связями) образуется при расщеплении метана. Обнаружение этого вещества означает, что ученые впервые смогут увидеть химию Титана в действии, а не только исходные ингредиенты и конечные продукты.
|
|
Будущее атмосферы Титана
|
|
|
|
Этот химический состав углеводородов имеет долгосрочные последствия для будущего Титана. Когда метан распадается в верхних слоях атмосферы, часть его рекомбинирует с образованием других молекул, которые в конечном итоге оказываются на поверхности Титана в той или иной химической форме, в то время как часть водорода выходит из атмосферы. В результате запасы метана со временем будут истощаться, если не будет какого-либо источника для его восполнения.
|
|
|
|
Аналогичный процесс произошел на Марсе, где молекулы воды распались, и образовавшийся водород улетучился в космос. Результатом стала сухая, пустынная планета, которую мы видим сегодня.
|
|
|
|
"На Титане метан является расходуемым материалом. Возможно, что его запасы постоянно пополняются и он с шипением выходит из земной коры и недр на протяжении миллиардов лет. Если нет, то в конце концов все это исчезнет, и Титан превратится в безвоздушный мир пыли и дюн", - сказал Никсон.
|
|
|
|
- Мы будем рады продолжить эти наблюдения в ближайшие месяцы и годы, чтобы увидеть, как изменятся погодные условия, особенно в период после равноденствия в мае 2025 года, когда прогнозируются кардинальные изменения".
|
|
|
|
Источник
|
