Свое самое громкое открытие зонд «Кассини» совершил в 2008 году. Он показал, что под богатой углеводородами поверхностью Титана, крупнейшего спутника Сатурна, может скрываться обширный океан жидкой воды. Повторное изучение тех же данных заставило в этом усомниться.
Новое исследование в журнале Nature, проведенное учеными из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL), рисует более сложную картину: недра Титана, вероятно, состоят в основном из льда, с прослойками ледяной кашицы и небольшими резервуарами теплой воды, формирующимися вблизи его каменного ядра.
«Это исследование наглядно демонстрирует ценность архивных данных в планетологии. Важно помнить, что собранная космическими аппаратами информация продолжает служить науке, позволяя делать открытия спустя годы и даже десятилетия — по мере того как становятся все совершеннее методы ее анализа. Это дар, который продолжает приносить плоды», — заметила старший научный сотрудник JPL Джули Кастильо-Рогез, соавтор исследования.
Эффект Доплера
Для дистанционного зондирования планет, спутников и астероидов ученые анализируют радиосигналы, которыми обмениваются космические аппараты и сеть дальней космической связи НАСА. Это многоуровневый процесс. Поскольку масса спутника распределена неравномерно, его гравитационное поле изменяется при пролете зонда, что приводит к едва заметному ускорению или замедлению аппарата. Эти колебания скорости, в свою очередь, меняют частоту принимаемых и передаваемых радиоволн — то, что все мы знаем как эффект Доплера. Его анализ позволяет судить о гравитационном поле спутника и его форме, которая может меняться со временем под действием притяжения планеты-хозяина.
Такое изменение формы называется приливной деформацией. В случае Титана мощное гравитационное поле Сатурна сжимает спутник, когда тот проходит прицентр (самую низкую точку) своей слегка вытянутой орбиты, и растягивает в апоцентре. Эта деформация генерирует энергию, которая рассеивается в виде внутреннего нагрева.
Проанализировав данные радиосвязи, полученные во время 10 сближений «Кассини» с Титаном, ученые обнаружили, что спутник деформируется настолько сильно, что это указывает на жидкие недра: твердое ядро сжималось бы гораздо меньше.
Новый метод анализа
Новое исследование предлагает альтернативное объяснение этой податливости: внутренние слои Титана могут представлять собой смесь льда и воды, что также позволяет ему деформироваться. В этом случае между приливным воздействием Сатурна и реакцией спутника будет наблюдаться задержка в несколько часов — гораздо дольше, чем при полностью жидких недрах. Кроме того, неоднородная, «кашеобразная» внутренняя структура должна оставлять в гравитационном поле луны более выраженный след рассеяния энергии, чем жидкий океан, поскольку трение ледяных кристаллов друг о друга генерирует тепло. Однако в исходных данных явных признаков этого не наблюдалось.
Исследователи обработали доплеровские данные «Кассини» по-новому, чтобы снизить уровень шума. В результате был выявлен сигнал, указывающий на интенсивное рассеяние энергии в глубинах Титана. Авторы интерпретировали его как свидетельство наличия слоев ледяной кашицы, покрытых толстой оболочкой твердого льда.
По новой модели, жидкость на Титане существует в виде разрозненных резервуаров талой воды. Нагретые за счет приливного рассеяния энергии, эти водяные карманы медленно перемещаются к замерзшим слоям льда у поверхности. Поднимаясь, они могут создавать уникальные среды, обогащенные органическими молекулами как из глубин спутника, так и из материала, доставленного метеоритными ударами по поверхности.
«Никто не ожидал обнаружить столь мощное рассеяние энергии внутри Титана. Но, снизив уровень шума в доплеровских данных, мы смогли разглядеть эти небольшие колебания. Это стало решающим аргументом в пользу того, что внутреннее строение Титана отличается от прежних представлений. Низкая вязкость ледяной кашицы по-прежнему позволяет спутнику сжиматься и растягиваться под действием приливов Сатурна, а также отводить тепло, которое в противном случае растопило бы лед и создало бы океан», — объясняет планетолог Флавио Петрикка из JPL, руководивший исследованием.
Что дальше
«Хотя у Титана, вероятно, нет глобального океана, это не исключает возможности существования на нем простейших форм жизни — при условии, что она там вообще способна возникнуть. На самом деле, я считаю, что это делает Титан еще интереснее, — добавил исследователь. — Наш анализ показывает, что там должны быть резервуары жидкой воды, возможно, температурой до 20 градусов Цельсия, которые переносят питательные вещества от каменного ядра спутника через слои высокого давления льда к твердой ледяной коре на поверхности».
Более определенные данные может дать вертолет Dragonfly, который запустят на Титан не ранее 2028 года.