Останнє фінансоване NASA дослідження показало, як вуглеводневі озера і моря на Титані можуть іноді спалахувати з драматичними вкрапленнями бульбашок. Для вивчення причин і особливостей такого незвичайного явища дослідники в Лабораторії реактивного руху (JPL) в Пасадені, штат Каліфорнія, імітували холодні умови на поверхні Титана.Це дозволило з’ясувати, що значна кількість азоту може бути розчинена в дуже холодному рідкому метані, який випадає рясним дощем і накопичується в річках, озерах і морях. Встановлено, що невеликі зміни температури, тиску повітря або структури атмосфери можуть спричинити швидке виділення азоту з розчину з гучним шипінням, як це буває при відкритті пляшки газованої води.
Космічний зонд «Кассіні» (Cassini) виявив, що склад озер і морів Титана змінюється від місця до місця, при цьому в деяких резервуарах спостерігалося домінування етану над метаном. «Наші експерименти показали, що, коли багаті метаном рідини змішуються з такими ж збагаченими етаном рідинами, наприклад, при сильному дощі або коли стоки з метанової річки попадають в збагачені етаном озера — азот менше здатний залишатися в розчині» — сказав Майкл Малашка (Michael Malaska), який очолював дослідження.
Космічний апарат Cassini отримав 17 лютого 2017 р. цю мозаїку зображень, на яких постають північні озера й моря на супутнику Сатурна Титані. Фінальне зближення апарата з супутником заплановане на 22 квітня поточного року. Фото з сайту https://phys.org.
У результаті виникають бульбашки. Багато бульбашок. Процес звільнення азоту, відомий в фізиці як розпад твердого розчину, також може мати місце, коли метанові моря трішки прогріваються під час зміни пір року на Титані. Газована рідина може також викликати проблеми, потенційні, для майбутнього роботизованого зонда, якому доведеться плавати або ковзати через моря Титана. Надмірне тепло, що випромінюється зондом, може привести до утворення бульбашок, які сформують навколо нього певну структуру; в такому випадку, наприклад, гребними гвинтами, які використовуються для пересування зонда, буде важко керувати і тримати зонд стабільним.
Механізм «Чарівного острова». Поняття бульбашок азоту, що створюють газовані ділянки на озерах і морях Титана, має відношення до однієї з найдивовижніших нерозгаданих таємниць, яку апарат досліджував увесь час при вивченні Титана: йдеться про так звані «чарівні острови». Протягом кількох зближень з супутником радар на борту Cassini показав невеликі площі на морях, які виникали й зникали, а потім (принаймні, в одному випадку) з’являлися повторно. Дослідники запропонували кілька можливих пояснень того, як могли б виникати ці, здавалося б, острів-подібні утвори, зокрема теорію «бульбашкових полів». Нове дослідження містить докладну інформацію про механізм, який можна було б залучити для пояснення утворення таких бульбашок, якщо вони насправді були спроможні такі поля генерувати.
Радіолокаційні зображення з борту Cassini показали дивну структуру в одному з вуглеводневих озер Титана, яка дуже нагадує відомі нам земні озера і змінюється з плином часу (серія зображень зліва). Одним з можливих пояснень цього «чарівного острова» є бульбашки. Фото з сайту https://phys.org.
«Завдяки цій роботі по розчинності азоту ми тепер впевнені, що бульбашки дійсно можуть формуватися у відкритому морі, ба більше, вони можуть бути насправді більш рясними, ніж ми очікували» — сказав Джейсон Гофґартнер (Jason Hofgartner), учасник радарної команди Cassini та співавтор дослідження.
Заморожування піни і подих озер. Вивчаючи процес переміщення азоту між рідинними водосховищами Титана і його атмосферою дослідники також розглянули процес звільнення азоту із змодельованого ними розчину, збагаченого етаном, при якому етан замерзав на дні крихітного, змодельованого озера. На відміну від води, яка має меншу густину, в твердій формі, аніж в рідкому стані, етановий лід буде утворюватися на дні холодних басейнів Титана. Коли етан кристалізується в лід, там немає місця для розчиненого газоподібного азоту, і він вимушений покидати лід з шипінням.
Хоча думка про вуглеводневі озера на далекому супутнику, з яких буквально вириваються величезні азотні бульбашки, на думку Малашка проблематична, але все вказує на те, що рух азоту на Титані аж ніяк не однонаправлений. Ясно, що він має потрапити в метан і етан, перш ніж зможе вийти з озера.
«По суті, це як ніби озера Титана дихають азотом» — коментує науковець. «При охолодженні озера можуть поглинати більше газу — це “вдихання”; навпаки, при нагріванні ємність рідини знижується — це свого роду “видихання”». Схоже явище відбувається на Землі з поглинанням діоксиду вуглецю океанами нашої планети.
Результати дослідження були опубліковані в лютому в журналі Icarus.
Заключний проліт Cassini. Cassini зробить свій останній близький обліт Титана — 127-му планову зустріч — 22 квітня поточного року. Під час обльоту апарат відсалютує променем радара над північними морями Титана в останній раз. Радіолокаційна група розробила майбутнє спостереження так, що, якщо магічні острівні утвори попадуть у поле зору апарата, їх яскравість може допомогти детально розглянути бульбашки, хвилі й плавучі чи суспендовані тверді частинки.
На останньому обльоті курс космічного зонда буде змінений таким чином, аби він зумів розпочати свою фінальну серію з 22 занурень через прогалину між Сатурном і його внутрішніми кільцями — це і буде Cassini Grand Finale. 20-річна місія завершиться зануренням в атмосферу Сатурна 15 вересня.
За інф. з сайту https://phys.org підготував Георгій Ковальчук
