Как появилась атмосфера на Титане?

Атмосфер в Солнечной системе немного, и практически все они принадлежат планетам. Из полутора сотен лун заметная газовая оболочка есть только у Титана. Она более чем в полтора раза плотнее земной и покрывает спутник Сатурна густым туманом, сквозь который невозможно разглядеть поверхность. Интереснее всего то, что, согласно нынешним научным представлениям, эта атмосфера давным-давно должна была исчезнуть. Почему она до сих пор на своем месте? Астрономы предполагают, что благодарить за это нужно «подгорающие» остатки комет.

Откуда взялась атмосфера на Титане?

Обзавестись атмосферой весьма непросто. Газовые гиганты, Юпитер и Сатурн, приобрели её благодаря мощной гравитации, собрав газ из окружающего пространства на самых ранних этапах своего существования. Небольшие каменистые планеты трепетно взращивали её из вулканических выбросов и вещества, приносящегося астероидами. На Титане же ситуация несколько иная. Атмосфера здесь практически полностью состоит из азота, который разбавлен лишь пятью процентами метана. А упомянутый туман, имеющий золотистый оттенок и образованный органическими молекулами, генерируется химическими реакциями, возникающими в результате воздействия солнечного света на верхнюю часть атмосферы.

Главная загадка, которую ставит перед земным научным сообществом Титан, заключается в следующем: в той связи, что лучи нашей звезды непрерывно разрушают метан, этот газ, согласно имеющимся подсчетам, должен был полностью выработаться всего за 20 миллионов лет. Это значит, что его запасы в атмосфере постоянно пополняются. При этом надо понимать, что Титан по многим характеристикам напоминает Ганимед, Каллисто и другие крупные спутники Солнечной системы. То есть любая предложенная гипотеза должна объяснять не только почему атмосфера есть на нем самом, но и почему её нет на других похожих небесных телах.

Одна из теорий говорит о том, что атмосфера Титана обязана своим существованием особенностям формирования этого небесного тела. Ещё в 90-е года прошлого века было выдвинуто предположение, что он бомбардировался кометами с высоким содержанием аммиака, который медленно высвобождался, распадаясь на водород и азот. Эта гипотеза, как кажется, объясняет, почему у Титана, в отличие от тех же Ганимеда и Каллисто, есть атмосфера. Во-первых, Юпитер больше и горячее Сатурна - он мог запросто выпарить все то, что поддается кипению на его лунах. Во-вторых, гравитация крупнейшей планеты Солнечной системы теоретически должна значительно ускорять кометы. Врезаясь в спутники, они выбрасывали бы свои обломки на гораздо большую высоту, и те, не оседая, уносились бы в космос.

Однако данная гипотеза не объясняла наличие на Титане метана. Этот углеводород можно встретить в кометах, но изотоп его водорода здесь отличается от того, что образует метан на спутнике Сатурна. Это стало ясно после изучения нескольких космических путешественниц, в том числе кометы Галлея. Казалось, описанную теорию о происхождении газовой оболочки Титана можно отправлять в утиль, но на выручку ей пришла межпланетная станция «Розетта», которая в 2014 году исследовала комету Чурюмова-Герасименко. Было установлено, что этот «булыжник» сформирован наполовину изо льда, на четверть из камня и ещё на четверть из органических веществ. В состав последних входят в основном углерод и водород, но азот здесь также присутствует.

В 2019 году вниманию заинтересованной общественности была представлена подкорректированная теория, согласно которой атмосфера Титана сформировалась благодаря органическим веществам, доставленным на него кометами. Предполагается, что значительный объем этих материалов находится сегодня в глубинах спутника. Если ядро остается горячим, его тепло подогревает органику, заставляя её выделять и азот, и метан. Авторы исследования провели компьютерную симуляцию, которая показала, что такая «кухня» объяснила бы наличие в атмосфере как минимум половины азота и всего метана.

Если названные вещества высвобождаются в ядре Титана, они должны каким-то образом пробиваться наружу. На Земле подобные процессы порождают вулканы, но на далеких от Солнца промерзших спутниках это с гораздо большей вероятности будут криовулканы, из которых вместо горячей лавы льется вода. Однако в обоих случаях извержения сопровождаются выбросом раскаленных газов, и на Титане они могли бы «накачивать» атмосферу. Проблема в том, что астрономам пока не удалось обнаружить доказательств активного криовулканизма на спутнике Сатурна.

Возможно также, что газы медленно высвобождаются из подповерхностных резервуаров, скрытых под озерами Титана, однако формулировать теории подобного рода на данный момент времени, откровенно говоря, рановато. У науки пока нет сколько-нибудь значимого объема информации об этом небесном теле. Хочется надеяться, что исчерпывающие данные появятся в результате полета к спутнику Сатурна межпланетной станции «Dragonfly», отправление которой предварительно назначено на 2027 год. Разрешив загадку атмосферы Титана, ученые смогут получить гораздо более полное представление о том, как формируются эти газовые оболочки и как они эволюционируют с течением времени.