Титан - живая планета! Геология, атмосфера, гидрология и пр

[chameleon]

Так про ровер никто не говорит.
Подводная лодка, самолёт - и всё.

А орбитер с ЯЭРДУ - это хорошо. В дополнении.

[Дмитрий Виницкий]

Какая ещё подлодка?

[Wyvern]

Есть на Титане еще одна вещь, на которую никто не обращает внимание  :lol:
Титан - единственное место в Солнечной системе, где человек может летать аналогично птицам - плотная, азотная, более 1атм, атмосфера + малая, меньше лунной, гравитация.
Таким образом, при помощи легких крыльев, размазом 3-4м, просто одетым на руки, при некоторой физ.подготовке человек способен на Титане осуществлять и машущий и планирующий полет. При том, что скафандр для Титана - не намного сложнее, чем акваланг-ребризер.
Так, что титанианский спорт в далеком будущем имеет большие перспективы  :wink:

[Дмитрий Виницкий]

И плутониевый обогреватель для балласта.

[Salo]

Вопрос не в тему: никто не задумывался почему птеродактили могли летать ?

[mihalchuk]

Вопрос не в тему: никто не задумывался почему птеродактили могли летать ?

Это к тому, что атмосфера была плотнее?

[Зомби. Просто Зомби]

И плутониевый обогреватель для балласта.

Зато какие виды :roll:
 :mrgreen:

[pkl]

Так про ровер никто не говорит.
Подводная лодка, самолёт - и всё.

А орбитер с ЯЭРДУ - это хорошо. В дополнении.

Не, орбитер с ЯЭРДУ - это в первую очередь. Самую первую. С микрозондами.

Затем ровер. И только потом атомные субмарины и самолёты.

[В А Д И М]

Вопрос не в тему: никто не задумывался почему птеродактили могли летать ?

Это к тому, что атмосфера была плотнее?

и гравитация... того...

[chameleon]

Просто проект того мааленького "дешёвого" озёрного зонда уже предложили... А ядреный орбитал - где-то далеко...

[Дмитрий Виницкий]

Предложен - кем? Я что-то упустил.
Орбитер Титана без ЯЭУ невозможен. По крайней мере, со сколь нибудь значимой ПН.
И вообше, какой смысл в судне, если неизвестна ни глубина, ни сроки существования водиёмов. Что там изучать - характер волнистости донных отложений? Пока нет даже обших представлений о титанской "геологии" - что-то водоплавающее бессмысленно. И ешгё: пока и ровер для условий титана выглядит призрачно, что уж там про "подметановую" лодку говорить?

[chameleon]

Два месяца назад
http://newsvote.bbc.co.uk/mpapps/pagetools/print/news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8409052.stm?ad=1

[Дмитрий Виницкий]

Таких proposals полно. Целый интернет. От rover'а до sample return. Вопрос - кто деньги даст?
Да, и вы обратили на состав приборов? Жидковато будет. Ровер поболе увидеть и пощупать сможет. А насчёт цены - не обольшайтесь. Если на это решат дать денег, то выясниться, что на самом деле дороже в пять раз.

[Космос-3794]

Предложен - кем? Я что-то упустил.
...
И вообше, какой смысл в судне, если неизвестна ни глубина, ни сроки существования водиёмов. Что там изучать - характер волнистости донных отложений? Пока нет даже обших представлений о титанской "геологии" - что-то водоплавающее бессмысленно. И ешгё: пока и ровер для условий титана выглядит призрачно, что уж там про "подметановую" лодку говорить?

Персонально для Вас.

Titan Lake Probe[/size]

A White Paper
J. H. Waite, Jr.,* T. Brockwell, D.T. Young, W.S. Lewis
Southwest Research Institute, San Antonio, Texas 78228-0510, USA
C.P. McKay
NASA Ames Research Center Moffett Field, California 94035-1000, USA
Francois Raulin
LISA-UMR CNRS 7583, Universites Paris, F-94000 Creteil, France
G. Schubert
Earth and Space Sciences Deparment, UCLA, Los Angeles, California 90095-1567, USA
15 September 2009

Titan Lake Probe.
The NASA/ESA Titan Saturn System Mission (TSSM), флагманская миссия для исследования внешних планет, рассматриваемая к запуску между 2023 и 2029 [Coustenis et al., 2009], включает орбитальный аппарат и два зонда развертываемых с его борта: 1. монгольфьер с камерой для сьемки и картирования поверхности Титана с низкой высоты и приборами для сбора и анализа тропосферных газов и аэрозолей; и 2. посадочный озерный зонд который должен исследовать химический состав Kraken Mare, крупнейшего озера Титана. Эта статья описывает концепцию подобного зонда, который может быть как составным элементом миссии TSSM, так и отдельным проектом миссии New Frontiers. Озерный зонд может быть спроектирован как в плавающей, так и в погружаемой конфигурации, причем последний предполагает более расширенный диапазон исследований и значительно увеличивает научную отдачу.
Введение.
Данные переданные Вояджерами из системы Сатурна в 1980-х подняли волну спекуляций, что поверхность Титана может быть покрыта океаном жидких углеводородов, который служит источником возмещения атмосферного метана, безвозвратно теряемого в процессе фотолиза.(see the review by Lunine [1993]). На основаниии данных по радиопросвечиванию с Вояджера1 и фотохимическго моделирования, Лунин и коллеги (1983) предположили, что Титан может иметь глобальный этан-метановый океан, глубиной от одного до нескольких километров, с отложениями из твердого ацетилена и небольшого количества органических примесей на дне. Свойства предполагаемого океана были изучены  Dubouloz et al. [1989], который просчитал соотношение основных компонентов при двух поверхностных температурах, 92,5 К (преимущественно этановый океан) и 101К (преимущественно метановый океан) и вычислил растворимости для некоторых примесей. Возможности пребиотической органической химии В океане Титана были исследованы Raulin [1987] and Raulin et al. [1989].
В настоящее время известно что Титан не имеет глобального океана на поверхности. Однако радарные наблюдения с борта Кассини выявили большое количество озер в северном полушарии планеты [Stofan et al., 2007], в то время как данные картирующего спектрометра видимого и инфракрасного диапазона (VIMS) предоставили свидетельства присутствия жидкого этана в Ontario Lacus, крупном (40000 кв. км) озере южного полушария [Brown et al., 2008]. Также предполагается наличие пропана, бутана и других алканов, также жидкого метана и азота. На снимках радара с синтезированной апертурой наблюдаются три типа озер, полностью заполненные жидкостью, пустые бассейны и мелеющие озера представляющие переходную стадию между двумя первыми  [Hayes et al., 2008]. Было идентифицировано свыше 655 потенциальных озер площадью от 10 кв. км до 400000 кв. км (Kraken Mare) с различной морфологией; большинство из них заполнены жидкостью. По оценкам глубина озер составляет от 10 до 300 метров и они могут содержать примерно 300000 куб. км жидких гидрокарбонов [Lorenz et al., 2008a].
Хотя только об обнаружении этана, как одного из компонентов озер, можно говорить с определенной долей уверенности [Brown et al., 2007], весьма вероятно, основываясь на составе атмосферы Титана, ее давлении на поверхности и температурным данным, что озера состоят из смеси этана, метана и азота, с преобладанием этановой компоненты [Lunine et al., 1983; Mitri et al., 2007]. В дополнении к основным компонентам, ожидается присутствие примесных гидрокарбонов и нитрилов выпадающих в виде атмосферных осадков и растворенных в более высоких, чем атмосферные, концентрациях  [Raulin, 2008a]. Вдобавок нерастворимая органика (толины) также выпадает или вымывается с поверхности в озера. Перенасыщенные примеси оседают на дно озера; ожидается что сезонные конвективные процессы ответственны за образование светлых отложений по всему озеру [Tokano, 2005]. Предполагается что озера могут также содержать благородные газы ксенон, криптон и аргон-38, незарегистрированные в атмосфере газохроматографическим масс-спектрометром на борту Гюйгенса [Niemann et al., 2005]. Отсутствующие инертные газы могли быть пойманы в ловушки из частиц атмосферного смога и выводиться из атмосферы в виде аэрозольных отложений на поверхности [Jacovi & Bar-Nun, 2008], в таком случае они должны присутствовать в озерах.
Научные задачи.
Titan Lake Probe имеет следующие научные задачи:
1.выяснение процессов формирования и эволюции атмосферы Титана посредством измерений состава моря Кракена, с особенным акцентом на изотопный состав растворенных примесей и инертных газов.
2.изучение взаимодействия среды озеро-атмосфера и определение роли титанианских озер в метановом цикле.
3.иследования озера как лаборатории пребиотической органической химии в водных (или аммиачно-водных) и неводных растворах.
4.определение наличия внутреннего океана измерением приливных изменений уровня озера в течении титанианской шестнадцатидневной орбиты.
Задача 1. Состав озера.
Как отмечалось выше и проиллюстрировано в таблице 1 соотношение примесных компонентов (углеводородов, нитрилов, инертных газов) растворенных в этан-метановом растворе титанианских озер ожидается выше атмосферного, что позволяет провести спектрометрические измерения с значительно более высокой чувствительностью нежели достигнутые с помощью GCMS Гюйгенса или INMS на борту Кассини. Измерения состава растворенных веществ даст информацию необходимую для лучшего построения модели формирования и эволюции Титана и его атмосферы. Соотношение стабильных изотопов водорода, углерода и азота предоставит ключи к пониманию происхождения газообразных компонентов. Например, определение соотношения D/H в молекулах H2 поможет решить вопрос, первичен ли метан или является продуктом серпентизации (дегазации недр). Mousis et al. [2009] утверждает что соотношение D/H в воде Титана должно быть близким к измеренному у Энцелада (прибл. 3*10^-4) [Waite et al., 2009] потому что как предполагается оба тела сформировались в одном и том же  внешнем регионе протопланетного диска. Если серпентизация ответственна за образование CH4, соотношение D/H в CH4 измеренное  CIRS (1.32 x 10–4, Bezard et al. [2007]) подразумевает значительно меньшее соотношение D/H в первичной воде Титана нежели основанное на оценках по Энцеладу. Соотношение изотопов соответствующее Энцеладовскому будет сильным свидетельством в поддержку первичного происхождения метана на Титане. Mandt et al. [2009] показали что соотношение изотопов азота и углерода в N2 и CH4 и их фотохимических производных (HCN, C2H2, и пр) позволяет проследить эволюцию атмосферы Титана за длительный геологический период. К примеру, N2 имеет 14N/15N равным 160, что значительно менее земного соотношения равного 272. Различия между земным и титанианским значениями интерпретируется как свидетельство значительной потери азота за геологическую эпоху. Однако,  Mandt et al's модель предполагает что подобное соотношение не могло быть достигнуто посредством преобладающих потерь легкой фракции изотопа азота из атмосферы (как в случае Марса), подразумевая что первоначальное соотношение изотопов азота составляющего атмосферу Титана более соответствует изотопному составу измеренному в кометах.. С другой стороны, фотохимические процессы на Титане похоже привели изотопное соотношение для HCN к значению составляющему менее  половины аналогичного значения для N2 (прбл. 65), что предполагает важность процессов фотохимического разложения. Вдобавок, отношение изотопов углерода для CH4 по сравнению с более тяжелыми углеводородами показывает повышенное содержание тяжелых изотопов, что также может быть следствием фотохимических процессов. Как показали эти результаты, для моделирования эволюции атмосферы Титана, необходимо определить происхождение и эволюцию изотопов азота, как в NH3 - ее источнике, так и в нынешнем N2 и в его производных нитрилах и аминах сформированных фотохимическими процессами; в случае эволюции атмосферного метана, должно быть точно определено соотношение изотопов углерода 12С/13С и их фотохимических производных. Все важные химические вещества будут сконцентрированы в жидкости озер. Детальные и точные (1 per mil) изотопные измерения водорода, углерода и азота позволят глубоко продвинуться в понимании эволюции летучих компонентов атмосферы Титана.
Задача 2: Титанианский гидрологический (метановый) цикл.
Также как и Земля Титан имеет мощный гидрологический цикл, включающий дождь, изморось, различную облачность, озера, речные потоки, и возможно подповерхностные жидкостные резервуары. Как отмечалось выше, Титанианские озера находятся в полярных регионах, температуры которых на несколько градусов ниже экваториальных. Огромные экваториальные районы Титана занимают пустыни. От экватора и до 50 градусной широты в обоих полушариях не наблюдается присутствия жидкости. Вместо этого протяженные песчаные дюны состоящие из органического материала. Правда полученные с орбиты данные показывают пустые русла потоков и береговые линии высохших озер в экваториальных пустынях и по крайней мере в месте посадки Гюйгенса поверхность была увлажнена жидкими углеводородами.
Круговорот поверхностной жидкости На Титане может быть движим различными физическими процессами в различных временных масштабах. За более короткий цикл ответственны сезонные изменения, от зимы к лету. Другие циклы могут быть следствием изменений наклонения титанианской оси вращения или эксцентриситета сатурнианской орбиты. Наконец, на самых продолжительных временных масштабах, могут играть роль изменения количества метана благодаря процессом фотохимического разрушения, к этому типу относятся 100 млн летние циклы определяющие распространеность жидкости на поверхности Титана. Наблюдения Кассини начались вскоре после периода летнего солнцестояния (Ls=300?) и продолжились до весеннего равноденствия (Ls=0?). Интересно, что в течении этого времени (1/6 часть титанианского года), озера на поверхности претерпели незначительные изменения. Несмотря на поверхностное сходство, глобальный гидрологический цикл Титана значительно отличается от земного. Вдобавок, физические свойства растворов состоящих из этана и метана различаются от таковых состоящих из воды. И на Титане и на Земле высокоширотные озера находится в условиях около точки замерзания. Однако , из-за необычных плотностных свойств воды вблизи точки замерзания,  термальная структура полярных озер Титана полностью отлична от таковой для земных полярных озер. В земных полярных водоемах около дна находится наиболеее плотная вода имеющая температура 4град С, а более холодные и менее плотные слои (0град С) на поверхности в контакте с плаваюей ледяной коркой. Подобная термальная стратификация часто сопровождается  также химической стратификацией, еще более значительной благодаря растворенному кислороду. В озерах Титана, температура и плотность связаны более простой зависимостью и приводят к более холодной придонной температуре. Любой солнечный или геотермальный нагрев будет приводить к перемешиванию озерных слоев. В отличии от земных, озера Титана состоят из двух компонентов со значительной различиями их газообразных свойств. Смесь метана и этана приводит к преимущественному испарению метана, изменяя плотность поверхностных слоев. Более плотные этан-обогащенные , поверхностные слои будут осаждаться на дно еще более увеличивая перемешивание.
Для понимания роли озер в метановом цикле Титана, необходимы измерения термодинамического состояния атмосферы над поверхностью озера включая относительную влажность этана и метана, статическую стабильность, направление ветров, толщину приграничного слоя и другие параметры необходимые для моделирования испарения с поверхности озера.
Для характеристики структуры полярных озер Титана, необходимо измерить температурный профиль (многометровый) верхних слоев озера. Также важно определить изменения состава верхних слоев в зависимости от скорости перемешивания этана и метана.
Задача 3: Пребиотическая органическая химия.
Относительный дефицит кислорода в атмосфере Титана поднимает вопросы имеет ли пребиотическая органическая химия Титана земную природу, криовулканических водно-аммиачных потоков и расплавлений образующихся  в результате метеоритных ударов, или представляет совершенно отличный процесс, где аммиак заменяет воду, а N-группы химию О-групп [Raulin and Owen, 2002, p.383; Raulin, 2008b]. Со своими углеводороднымии озерами и аммиачно-водной криомагмой, Титан предоставляет уникальную лабораторию исследования альтернативных -"диких"- биохимических процессов включающих безводные полярные (аммиак) и неполярные (углеводороды) растворы [cf. NRC, 2007]. Возможность пребиотической органической химии в краткосрочных экспозициях жидкой воды была предложена Thompson and Sagan [1992]. Последние исследования  продемонстрировали что и импактное расплавление и криовулканические извержения могут оставаться в незамерзающем виде в течении столетий и дольше, обеспечивая среду в которой толины, гидрокарбоны и нитрилы осажденные на поверхности Титана могут вступать в реакции с водными или аммиачно-водными растворами. Результатом химических процессов в подобной водной среде ожидаются комплексы окисленых и aзотосодержащих органических веществ [O'Brien et al., 2005; Neish et al., 2009], включая аминокислоты, которые могут быть произведены в достаточных количествах при гидролизе толинов [Khare et al., 1986], также как и аминокислоты, пурины и пиримидины произведенные при гидролизе олигомеров HCN [Ferris et al., 1978]. Результирующие вещества будут вымываться в упаковках замерзшей воды и в виде водяной гальки покрытой углеводородами [Tomasko et al., 2005], с поверхности Титана в озера где они могут быть исследованы с высокой чувствительностью.
Дополнительные возможности для пребиотической химии предоставляет пористая поверхностная среда соединенная с аммиачно-обагощенным водным океаном гипотетически находящимся под поверхностью ледяной коры Титана. Химические процессы обеспечиваются способностью метан-этановых озерных растворов обеспечивать богатые химические условия для эволюции биполимеров, невозможные в случае преобладания водных растворов, а также способностью аммиачно-водных растворов обеспечивать примесные минералы и примесные вещества такие как фосфор и мышьяк и богатой гетероатомной природой органики формируемой при диссоциации азота и метана в верхних слоях атмосферы Титана.
Задача 4: Изучение внутренней структуры.
Модели формирования планеты и ее внутренней структуры предсказывают наличие водного океана обогащенного аммиаком, под поверхностью ледяной коры Титана  [e.g., Lunine and Stevenson, 1987; Sohl et al., 2003]. Последние наблюдения периода обращения Титана были интерпретированы как свидетельства наличия внутреннего водного океана отделенного от скального ядра  [Lorenz et al., 2008b]. Дополнительная научная задача озерного зонда состоит в способности проведения наблюдений которые ограничат разброс наших моделей  титанианских недр. Измерения внутренней структуры плавающим зондом более сложны в интерпретации чем соответствующие измерения проводимые на борту фиксированного зонда. Необходимо учесть возмущения движения зонда вносимые ветром и течениями озера а также другими возмущениями на поверхности озера. Для понимания происхождения, эволюции и нынешнего состояния Титана, мы должны ответить на следующие вопросы: Какова степень дифференциации недр Титана? Имеет ли Титан металлическое ядро? Имеет ли он подповерхностный глобальный водяной океан под ледовым щитом? Какова толщина ледового щита и как она различается регионально? Кассини предоставил некоторые данные частично адресованные  этим вопросам, в том числе определение гравитационного коэффициента низшего порядка в результате радиоэкспериментов и измерения вращения поверхности с помощью радара. Однако, необходимы дополнительные измерения для точных ответов на поставленные вопросы. Озерный зонд может быть оснащен инструментами для определения его вертикального смещения благодаря приливным силам, ограничивая модели предполагающие наличие подповерхностного океана Титана. С помощью магнитометра зонд сможет детектировать наведенные изменяемые во времени токи, также внося вклад в идентификацию подповерхностного океана. Датчик давления даст информацию о режимах осцилляций среды атмосфера/твердоя тело. Точное радиосопровождение зонда предоставит критическую информацию для интерпретации прочих измерений и отпределение озерных течений. Это только некоторые примеры экспериментов которые могут быть выполнены озерным зондом. Очевидно необходимы более точные изучения оценки их потенциала для зондирования недр Титана.
Техническое исполнение.
Исследования концепции Titan Explorer (TE) и Titan Saturn System Mission (TSSM)  продемонстрировали возможность обеспечения посадочного эллипса с центром в море Кракена или другого крупного озера с различных траекторий включая пролет Сатурна, орбиту Сатурна или орбиту Титана. Предложенный концепт миссии включал плавающий и подводный зонды [Brockwell and Waite, 2008]. Оба проекта в первую очередь позволяют охарактеризовать состав озера и предоставить информацию о взаимодействии среды озеро-атмосфера. Эти исследования подтверждают что хорошо оборудованый комплекс для анализа инертных газов, органики и изотопного состава CHON  а также метеорологический комплекс для измерения относительной влажности метана и этана, статической стабильности, направления ветра, толщины приграничного слоя и других параметров необходимых для моделирования процессов испарения озер являются двумя первоочередными важнейшими задачами проекта.
Использование погружаемого зонда дает дополнительные возможности:1 определение вертикального профиля озера (температуры и давления). 2. изменение химического и композиционного состава озера по всему профилю глубины. 3. измерение озерных приливов с фиксированной платформы на дне с точностью до 10см. 4. определение состава донных отложений. Эти дополнительные задачи потребуют установки температурных датчиков и датчиков давления, а также направленного вверх сонара на борту погружаемого зонда.
Не существует значительных технических проблем для создания подобного зонда. Погружаемый зонд должен быть спроектирован с учетом неопределенной плотности озера (соотношения этан/метан). Возможен также альтернативный концепт включающий плавающий и  погружной зонды. Использование плавающего зонда также позволит разместить на его борту систему связи и ретрансляции. Связь может быть осложнена в случае пролетной миссии, может потребоваться прямая связь с Землей или отложненный хорошо скоординированный по времени пролет. Если зонд является частью архитектуры включающей орбитальный зонд Сатурна или Титана проблемы связи становятся намного проще.
Температурный режим особая забота. Радиоизотопные нагреватели или термоэлектрические устройства должны охлаждаться во время перелета. Обеспечение необходимой температуры в озере может быть выполнено использованием вакуумной изоляции для минимизации тепловых потерь при температуре окружающей среды 94К. Забор образцов может быть обеспечен с помощью мембран, которые обычно используются для сбора океанских газообразных фракций.

[Зомби. Просто Зомби]

Хотя только об обнаружении этана, как одного из компонентов озер, можно говорить с определенной долей уверенности [Brown et al., 2007]

А не окажутся ли в рез-те эти самые "Титановые озера" таким же артефактом, как и марсианские каналы?
Ведь точно также и карты строили и статьи писали.

[Olweg]

А не окажутся ли в рез-те эти самые "Титановые озера" таким же артефактом, как и марсианские каналы?
Ведь точно также и карты строили и статьи писали.

Средства наблюдения немного усовершенствовались с тех пор  

[Зомби. Просто Зомби]

Но и условия наблюдения несколько усложнились?

[Olweg]

Ну да, но не настолько, насколько усовершенствовались средства ))

[Зомби. Просто Зомби]

Ну вот я собссно и...  :roll:
А то так будем "гадать и верить", лет двадцать так, до следующей оказии, а там и выяснится... :mrgreen:

[Olweg]

Пока что все данные в пользу жидкого. Полное поглощение радарного сигнала, температурные профили, спектры, блики, соответствие климатическим моделям, дожди, изменения береговой линии. Речки впадают.