В атмосфере Титана под воздействием солнечного ультрафиолета после серии химических преобразований из метана, других углеводородных соединений и азота формируются довольно крупные молекулы. Это органическое вещество, которое в концентрированном виде сходно с темной смолой или дегтем, беспрерывно осаждается на Титан в виде аэрозольной мороси, напоминая отчасти густой смог — смесь дыма с туманом у нас на Земле. По расчетам, за тысячу лет накапливается коричневато-оранжевый слой таких отложений миллиметровой толщины, за миллион лет набирается метр. Однако слой этот расположен по Титану неравномерно, поскольку еще один вид атмосферных осадков — дождь, идущий время от времени из метановых облаков — смывает накапливающуюся органику с возвышенностей, оставляя их ледяные массивы светлыми. В низменностях слой органической грязи состоит и из того, что осело туда в аэрозольном виде, и что принесено потоками с высоких участков. Поэтому местность здесь темнее, а постоянные ветры формируют длинные гряды почти черных дюн.
Промоины и овраги на склоне крупного марсианского кратера говорят о периодическом истечении жидкой воды из подтаивающего слоя вечной мерзлоты. Справа: древнее речное русло на Марсе. Фото: NASA (слева), SPL/EAST NEWS (справа)
Слезы марсианской мерзлоты
Длительные поиски воды на Марсе, выполненные несколькими спутниками и марсоходами, показали, что постоянных водоемов на этой планете сейчас нет. Однако надежды на то, что жидкая вода хотя бы временно показывается на поверхности, весьма обоснованны. В прошлом водоемы на Марсе были — неоспоримые следы их сохранились до сих пор. Сухие русла рек с притоками и островами встречаются повсеместно. Некоторые русла «вытекают» из кратеров, что говорит о былом наличии там озер. На этой планете найдены и минералы, которые могли образоваться только в водной среде. А сейчас климат там холодный и сухой. Средняя температура составляет –60 °C. Расчеты показывают, что весь Марс скован вечной мерзлотой, толщина которой на экваторе достигает одного километра, а к полюсам увеличивается до шести. Тем не менее отчетливые овраги-промоины внутри некоторых крупных кратеров говорят о периодическом истечении жидкой воды из подтаивающего слоя вечной мерзлоты. В 2008 году автоматическая станция «Феникс» в районе близ северной полярной шапки Марса вскрыла своим мини-экскаватором слой водного льда на глубине нескольких сантиметров от поверхности. Изменения облика некоторых оврагов, произошедшие за несколько лет наблюдений, впервые замеченные в 2005 году, до сих пор остаются предметом спора: образованы они жидкой водой или же это следы осыпания сухого грунта по крутому склону. В пользу воды аргументов больше. Но все равно это лишь эпизодические появления жидкости на марсианской поверхности. В целом эта планета остается скованной вечной мерзлотой, в которой и скрыта вся вода, некогда заполнявшая ныне сухие русла рек и впадины многих кратеров.
Метановые реки, ледяные берега
Исследования Титана открыли за последние четыре года мир, сильно отличающийся от всех ранее изученных планет и спутников. Первое, что удивляет — практически полное отсутствие метеоритных кратеров, столь характерных для большинства планетных тел. Эта же особенность присуща и Земле, где следы древних столкновений с метеоритами стерты активными геологическими процессами. Механизмы преобразования поверхности на Земле и на Титане выглядят сходными — речная эрозия, ветровой перенос вещества с формированием дюн, излияния лавы из вулканических куполов, поднятия горных хребтов вдоль разломов коры. И даже основной химический компонент атмосферы на Земле и Титане совпадает — это азот. Такой атмосферы нет больше ни на одном объекте Солнечной системы.
Однако химический состав других элементов природы Титана резко отличается от их земных аналогов. Атмосферные осадки на Титане состоят не из воды, а из органики, как, впрочем, и песок. Вулканическая лава — это не нагретый до температуры плавления камень, как на Земле, а желеобразная водно-аммиачная смесь, не застывающая и при –100 °C. Роль каменных горных пород отведена водному льду, а роль воды выполняет жидкий метан. Поэтому на Титане текут метановые реки в ледяных берегах.
Неподалеку от места посадки «Гюйгенса» находится светлая возвышенность — своего рода материк, прорезанный разветвленными речными долинами, сбегающими к темной низменности. Слева и справа к крупным руслам подходят основные притоки, а к ним в свою очередь — более мелкие. Подобные структуры развиваются там, где по склонам, собираясь в потоки, стекают атмосферные осадки. Эти речные бассейны можно было бы назвать водосборными, если бы не сильнейший мороз, который исключает возможность существования жидкой воды на поверхности Титана.
Происходящий на спутнике Сатурна круговорот метана аналогичен круговороту воды на Земле. Из недр газообразный метан попадает в атмосферу при вулканических и тектонических процессах. Затем он частично превращается в другие углеводородные соединения под воздействием солнечных лучей, а частично конденсируется в облака, из которых капельки жидкого метана выпадают мелким дождем на поверхность. Стекая в низменные регионы, метан образует озера и моря. С поверхности этих резервуаров он вновь испаряется, поступая в атмосферу и участвуя в дальнейшем круговороте.
По диаметру (5150 километров) Титан значительно, в 2,5 раза, меньше Земли, однако он превосходит ее по мощности атмосферы. Давление у поверхности Титана в полтора раза выше, а сам «воздух» — вдвое плотнее, чем на Земле. При небольшой силе тяжести — она на Титане в семь раз меньше земной — человек смог бы там летать, прикрепив к рукам крылья — плотный газ выдержал бы легкого воздухоплавателя. Произойди это сегодня или в ближайшие несколько лет — крылатый путешественник увидел бы, что речные русла в экваториальной зоне, близ места посадки «Гюйгенса», не заполнены жидкостью. Возможно, потоки были здесь в геологическом прошлом, либо это сезонные русла, наполняющиеся лишь в определенный период года, когда выпадают осадки, а в настоящее время там как раз сухой сезон.
Чтобы выбрать между этими гипотезами, нужно было получить надежные признаки присутствия жидкости на поверхности Титана. Казалось бы, для этого достаточно «поймать» со станции «Кассини» солнечный блик на зеркальной глади озер. Но сделать это оказалось совсем непросто. Атмосферная дымка препятствует наблюдениям в видимой области спектра, а снимки в инфракрасном диапазоне недостаточно детальны. К тому же очень трудно снять с быстро движущегося спутника нужные участки местности под строго определенным углом. Прошло полтора года после посадки «Гюйгенса», прежде чем сезонная гипотеза стала получать подтверждения благодаря радиолокационной съемке района вокруг северного полюса Титана.
Черные озера расплавленной серы на поверхности Ио. Внизу: активный вулкан на Ио с растекающимися от кратера потоками жидкой серы. Фото: NASA (вверху), SPL/EAST NEWS (внизу)
Мир огненной жидкости
В списке небесных тел, на которых найдена жидкость, вторым после Земли стал спутник Юпитера Ио. Но жидкость эта оказалась расплавленной серой, которую впору причислить к огню, а не к воде. На Ио активно действуют вулканы, выбрасывая сернистый газ и изливая потоки желто-оранжевой лавы, насыщенной серой, а по всей поверхности разбросаны десятки кратеров, заполненных огнедышащими озерами жидкой серы, нагретой до нескольких сотен градусов. В некоторых из них температура достигает 1100 °С, что указывает на расплавы обычных горных пород с примесью серы. Этот мир «огненной жидкости» был обнаружен в начале 1980-х годов при исследованиях с автоматических станций «Вояджер». Несмотря на скромные размеры спутника Ио, диаметр которого примерно как у Луны, на нем находится крупнейший в Солнечной системе активный поток лавы, протянувшийся на 500 километров от вулкана Амирани, — в 50 раз длиннее самого большого лавового потока на Земле. Своей длиной он может быть обязан хорошей текучести обогащенного серой материала. Ио — один из четырех больших спутников Юпитера, открытых в 1610 году итальянским астрономом Галилео Галилеем. Он назвал их Звезды Медичи, сделав подарок герцогу Тосканскому Козимо II Медичи, за что вскоре получил желаемую должность придворного математика во Флоренции. Правда, эти названия не прижились, так же как и Звезды Людовика.