Пятый океан Солнечной системы

До сих пор учёным были известны лишь четыре мировых океана – на Земле и трёх спутниках Юпитера – Европе, Каллисто и Ганимеде, хотя относительно последнего полной уверенности нет. Из этих океанов только земной течёт по поверхности небесного тела, остальные спрятаны под толстой корой юпитерианских лун на той или иной глубине.

Данные космического аппарата Cassini и расчёты американских астрономов позволяют добавить к этим океанам пятый – тот, что скрывается на глубине около сотни километров под поверхностью крупнейшего спутника Сатурна – Титана. По мнению Ральфа Лоренца из Университета имени Джона Хопкинса, Брайана Стайлза из Калтеха и их коллег, опубликовавших работу в последнем номере престижного журнала Science, только массивный океан, полностью отделяющий кору Титана от его ядра, может объяснить необычные изменения в скорости вращения спутника. Другие объяснения этих странных покачиваний кажутся учёным неправдоподобными.

Титан, который по размерам вполне можно было бы отнести к планетам земной группы, обращается вокруг Сатурна уже многие миллионы лет. Притяжение окольцованной планеты-гиганта и вызванные им приливы давно сделали орбиту Титана почти круглой и синхронизировали его вращение вокруг своей оси с движением по этой орбите. Подобно Луне, которая постоянно повёрнута к Земле одной и той же стороной, Титан, по всем расчётам, должен смотреть на своего господина немигающим взглядом.

Проверить эти построения долгое время было невозможно. Титан – единственный в Солнечной системе спутник, обладающий мощной атмосферой. Её плотность у поверхности небесного тела вчетверо выше плотности приземного воздуха, а состоит она из рыжеватого «тумана», скрывающего поверхность от внешнего наблюдателя. В прошлом веке, когда готовилась миссия Cassini-Huygens, непрозрачная атмосфера оставляла учёным надежду, что за этим оранжевым туманом скрываются моря и океаны из жидких углеводородов.

Надежды оказались напрасными – прибыв на орбиту вокруг Сатурна, космический аппарат показал, что на Титане присутствуют лишь локальные углеводородоёмы, а большая часть его поверхности твёрдая. Однако для учёных, исследующих вращение спутника, это была хорошая новость: в отличие от океана, на твёрдой поверхности можно найти немало деталей, по которым можно очень точно определить эту самую скорость вращения. И хотя увидеть эти детали атмосфера по-прежнему не даёт, радару, которым оснащён Cassini, никакой туман не помеха.

Учёные под руководством Брайана Стайлза вручную отобрали полторы сотни деталей, видимых на построенных с помощью радаров картах, и сравнили их наблюдаемое положение на всех радарных снимках с предсказаниями стандартной прежде модели вращения спутника. Как оказалось, расстояния от предсказанных положений до наблюдаемых достигали 30 км. Объяснить такое смещение, например, перемещение углеводородных дюн, которые вполне можно было принять за постоянные детали, уже не получается, так что модель вращения пришлось признать плохой.

Свести концы с концами удаётся лишь предположив, что Титан вращается чуть быстрее, поворачиваясь за год примерно на 0,3^o относительно направления на Сатурн, а экватор спутника наклонён к плоскости его орбиты примерно на 3 градуса.

Возраст совместного существования Сатурна и Титана оценивается в миллиарды лет, а время, за которое мощное притяжение планеты остановит вращение спутника, составляет порядка миллиона лет, поэтому незначительная, казалось бы, добавка в 0,3^o за год на самом деле является очень большой величиной, требующей своего объяснения. В принципе, серьёзно изменить скорость вращения могло бы столкновение Титана с крупным астероидом. Однако никаких свежих (по астрономическим меркам, возрастом меньше миллиона лет) кратеров планетарного или хотя бы регионального масштаба на его поверхности не видно. Другие объяснения также не проходят.

Однако радарные измерения отлично вписываются в модель, которую предложили чуть более двух лет назад геофизики Тэцуя Токано и Фриц Нойбауэр из Кёльнского университета. Они заметили, что Титан похож на Землю не только наличием плотной атмосферы, но и сменой времён года – кстати, мало отличающихся от земных (углы наклона экватора к плоскости орбиты вокруг Солнца у нас похожи), за исключением того, что полный цикл их завершается не за 1 земной год, а за 29,5.

Неравномерный прогрев атмосферы и поверхности Титана солнечными лучами формирует характерные картины циркуляции воздуха в атмосфере спутника, которые меняются от сезона к сезону. Но сами по себе солнечные лучи не поднимают ветра – их давление слишком мало. Если дотошно разобраться в физике процесса, получится, что ветер дует всё-таки «оттого, что деревья качаются», и наоборот – в системе существует отдача, связь между скоростью вращения твёрдого тела небесного тела и характером глобальной циркуляции воздуха. Подобные процессы на Земле приводят к сезонным изменениям периода вращения нашей планеты порядка 1/1000 секунды.

Подобные вариации на Титане измеряются десятками и сотнями секунд.

Как показывают расчёты, даже самых сильных ураганов в очень плотной атмосфере спутника недостаточно, чтобы приводить к столь заметным изменениям скорости вращения – Титан слишком тяжелый, чтобы его можно было так легко раскрутить. Решение приходит, если предположить, что ветру приходится раскручивать не всю планету, а лишь её внешнюю кору, отделённую от каменистого ядра мощной прослойкой воды. При этом оболочка должна быть действительно глобальной, подобно смазке в масляном подшипнике, полностью изолируя кору от ядра, – по-настоящему мировой океан.

Подстановка результатов измерения скорости вращения в стандартную модель внутреннего строения Титана и учёт расчётов Токано и Нойбауэра позволяет оценить толщину коры, которая составляет от 70 до пары сотен километров. Под панцирем замёрзших углеводородов и водного льда, а также их многочисленных соединений плещется океан, состоящий преимущественно из воды, обильно насыщенной растворённым в ней аммиаком.

Модель подсказывает, что этот мировой океан также должен иметь глубину в десятки и сотни километров.

Может ли в этом растворе при полном отсутствии света и огромном давлении зародиться какая-то жизнь – вопрос пока открытый. Тем не менее, последние результаты показывают, что наличие глобальных резервуаров жидкой воды и органических соединений широко распространено в Солнечной системе, отмечают Кристоф Сотен и Габриэль Тоби в сопровождающем статью Лоренца в Science комментарии.

А протестировать модель Лоренца можно будет, когда на Титане сменятся сезон, а с ним и циркуляция воздуха. В северное полушарие спутника лето придёт примерно через 8 лет. Будет ли в это время на орбите вокруг Сатурна работать Cassini и его замечательный радар, или их сменят какие-то другие исследовательские аппараты, пока не ясно.