Почему лучше колонизировать Титан, чем Марс
Все мы наслышаны о колонизации Марса, но в этой статье хотелось бы поднять вопрос о колонизации Титана (спутник Сатурна) как не о возможной альтернативе, но как о возможно более удачном варианте в плане колонизации ближнего космоса. Так же в данной статье будет критика колонизации Марса.
Плюсы и минусы
У каждой планеты и спутника есть свои плюсы и минусы, но вопрос только в том, сколько этих минусов и плюсов и насколько они велики. Начнём их перечисление и сравнение в этом плане Марса и Титана.
Расстояние
Ближайшее расстояние между Титаном и Землёй 1.2 миллиарда километров, в то время как у Марса это 55 миллиона, что примерно в 22 раза ближе, чем Титан. И это большая разница и основное препятствие для колонизации Титана. Однако стоит отметить, что тут всё не так просто. Колонизация это дело гораздо более сложное, чем шуточный проект «Mars One», который постепенно превращается в МММ и о нём я ещё упомяну в конце этой статьи.
Длительный перелёт накладывает ограничения, увеличивает риски и вложения. Но как я расскажу ниже, не всё так печально, т.к. сравнительно оборудования для Титана потребуется гораздо меньше, чем для Марса, следовательно можно увеличить мощность двигателей будущего корабля с поселенцами и запас горючего, что сократит перелёт.
Проблема также в солнечном ветре и космическом излучении. Тут вам и протоны, и электроны высоких энергий и гамма-лучи, от всего этого многообразия высокоэнергетических частиц не так уж легко защитится, и тут не помогут никакие свинцовые пластины, т.к. наведённая радиация ещё более опасна. Однако не потребуется разрабатывать никакого фантастического щита из магнитных полей, наночастиц или экзотической материи, от всего этого может защитить слой воды, размещённый между жилым отсеком и обшивкой.
Ещё одна проблема это — невесомость. В отсутствии гравитации организм человека разрушается, вымывается кальций из костей, слабеет сердце и тд. Физические упражнения тоже не помогут, т.к. лишь замедляют эти разрушительные процессы. Однако можно спроектировать будущий космический корабль так, чтобы жилые отсеки были под действием центробежной силы, проще говоря колонисты должны находится во вращающимся кольце, либо же сам корабль должен вращаться вокруг своей оси.
Размер и масса
Поверхность Марса больше, чем у Титана, однако Титан хоть и спутник он совсем не маленький, он больше планеты Меркурий. Размер на этапе колонизации мало, что значит, гораздо важнее масса. Гравитация на Марсе почти в три раза ниже, чем у Земли, что влечёт за собой серьёзные проблемы для людей в нынешнем состоянии, это и многочисленные проблемы со здоровьем и большие проблемы с рождением и взрослением нового поколения.
Насколько низкая гравитация влияет на рождение детей (а для колонии это необходимо) никто толком не знает, т.к. таких экспериментов никто не ставил, никто ещё не рожал в невесомости или низкой гравитации и не росли дети в ней, однако мнения экспертов не особо радуют по этому вопросу. Тут вам и развитие всевозможных пороков со здоровьем и риск детской смерти и риск выкидыша и тд. В этой области данных довольно мало, ставились эксперименты с крысами на орбите и результат довольно спорный, с одной стороны у первого поколения были проблемы, с другой следующие поколения были лучше приспособлены к условиям невесомости. Однако люди это дело всё же другое, для примера на МКС запрещено летать беременным женщинам-астронавтам, т.к. это может вызвать риски с развитием плода (микрогравитация + излучение). Всё это говорит о том, насколько опасно «в слепую» пытаться колонизировать планеты или спутники.
Что касается Титана то тут всё ещё печальней, его гравитация в 7 раз меньше Земной. Безопасный уровень примерно 0.5g (на самом деле это точно неизвестно, но как порог возьмем половину Земной), т.е. половина от того, что на Земле и сюда не проходят ни Марс, ни Титан, следовательно без генетических модификаций будущие колонии обречены и на Марсе и на Титане, либо они не смогут стать полноценными колониями, а будут что-то типа станций в Антарктике, где люди живут и работают лишь некоторое время (вот вам и идея полёта в один конец на Марс).
Атмосфера и давление
Атмосфера Марса грубо говоря — вакуум. Ну хорошо, не совсем, ведь там есть даже ветра, но относительно человеческого организма это вакуум. Атмосферное давление на Марсе составляет 0.6% от земного, по сути что колонизировать Луну, что Марс в данном смысле одиноково, они оба просто большие булыжники в космосе, а следовательно тут накладываются все ограничения и риски для строительства и жизни в космосе. Вам нужны специальные бронированные тесные капсулы для защиты от микрометеоритов (от тех что побольше уже ничего не поможет), плюс защита от радиации, которая на Марсе хоть и меньше открытого космоса, но всё ещё уровень не самый безопасный для человека. Так же нужны скафандры для выхода на поверхность.
На Титане же всё гораздо лучше. Там есть атмосфера состоящая из азота (90%) и углеводородов. Атмосферное давление равно примерно 1.5 атм, что вполне комфортно для человека, ещё исследования Жак-Ив Кусто с его подводной деревней показали, что человек неплохо себя чувствует живя при 2 атм. Плотная атмосфера даёт защиту от метеоритов и излучения. Плюс решается проблема транспорта, т.к. без дорог и инфраструктуры единственный транспорт это летательные аппараты, в условиях Титана транспортировку будет гораздо проще осуществить.
Дома на Титане будут представлять из себя большие купола на основе аэрогеля, никакого бронирования не нужно, а значит и не нужно вести с собой столько лишнего веса. Так же нет смысла зарываться под землю, чтобы защитится от космического излучения и вспышек на Солнце. Не нужны увесистые дорогие скафандры, вполне хватит кислородного баллона и изолирующей одежды. Разгерметизация (в случае Марса или потеря целостности в случае Титана) отсека не приведёт к мгновенной смерти всех внутри как на Марсе (30 сек в вакууме приводят к потере сознания), вполне реально надеть кислородную маску и перейти в другой отсек (ещё раз в сосульку вы мгновенно не превратитесь).
Не стоит забывать и о высадки на планету, как об одном из самых сложных этапов. Для Титана всё решается парашютами, в плотной атмосфере они наиболее эффективны, для Марса же они почти бесполезны и могут использоваться только для начального торможения. Поэтому, каждой бронированной капсуле для Марса потребуются ещё двигатели и запас горючего для посадки. Титан же лишён такой проблемы в принципе, достаточно сесть колонистам в посадочной капсуле и возвести все постройки вручную.
Ресурсы
Что на Марсе, что на Титане достаточно воды. В плане ресурсов о Титане известно не многое, т.к. он слабо изучен. Считается, что там есть подземные озёра с метаном. Ничего также неизвестно о металлах на Титане в отличие от Марса. Однако, в плане ресурсов стоит рассматривать всё же не отдельно спутник, а всю систему Сатурна, поэтому Титан тут оказывается гораздо богаче Марса. Металлы есть на других спутниках Сатурна, но что гораздо важнее, сам Сатурн является источником гелия-3, который является отличным топливом для термоядерных реакторов. Отсюда следует, что необходимый минимум для колонизации Титана это развитая термоядерная энергетика, поскольку солнечной энергии там почти нет, с другой стороны не стоит на неё полагаться и на Марсе, где пыльная буря может длиться месяц. Газы в системе Сатурна настолько в избытке, что они послужат отличным экспортным сырьём. Многие уже сейчас предсказывают, что есть очевидная экономическая выгода в добыче гелия-3 на Сатурне, т.к. в отличие от Юпитера, у Сатурна низкая гравитация и радиация.
Поверхность
Поверхность Титана очень напоминает Земную, там есть моря, озёра, расщелины, каньоны, горы и впадины. Однако, тут я бы хотел упомянуть состав поверхности. Титан геологически активен, к тому же у него есть атмосфера, а некогда по нему текли реки жидкого метана и этана, отсюда следует важный вывод, об этом многие не задумываются, когда мечтают о колонизации Марса. Дело в том, что реголит Марса и Титана очень разный. Реголит это не лунный грунт, хотя название пошло оттуда, это взвесь пыли которая покрывает поверхность состоящая из частиц разного диаметра. Если порода ломается из-за сильного механического воздействия (удар метеорита например), то пыль которая при этом образуется весьма опасна, т.к. она содержит частицы с острыми краями, которые проникают через лёгкие в кровь и изнашивают внутренние органы человека, также ломают технику со сложными подвижными частями. Например, после расследования теракта в Нью-Йорке 2001 года, рабочие, которые разгребали завалы получили большие осложнения со здоровьем, т.к. после обрушения зданий образовалось большое количество ультра мелких (менее 100 нанометров) частиц, по той же причине опасен и вулканический пепел. Однако, всё это также истина не только для ультра мелких частиц, но и для тех, что менее 10 мкм в диаметре. Реголит Марса же состоит в основном из 3 мкм частиц, и поэтому представляет опасность для здоровья. В земной атмосфере они быстро слипаются из-за водяного пара в воздухе, а острые края сглаживаются, это также характерно и для Титана, порода там имеет сглаженные края, а ветров нет, средний размер частиц имеет диаметр 5 мм. Следовательно не нужно специальных сложных систем отчистки в случае Титана.
Ясно одно, что без реальной подготовки никакая колонизация невозможна, нужно суметь построить корабль как минимум на 10 тыс колонистов и всего необходимого для них. Это дело не ближайшего будущего, хорошо если это случится в следующем столетии. Конечно, в нашей солнечной системе не обязательно отправлять всех и всё сразу, но где гарантии, что следующая партия прибудет запланировано, а ведь любая отсрочка в данном случае будет фатальной для всей колонии.
Тут бы хотелось вспомнить недавний проект «Mars One». Он сразу у многих вызывал скепсис, сложно настолько бестолково подойти к процессу колонизации, чем это было сделано в этом проекте. Не учтена ни материальная сторона вопроса, ни техническая, ни психологическая, да там даже со здравым смыслом всё было туго. Отправить людей в один конец, в трёх консервных банках, как до такого только додуматься можно было. Людям предлагалось до конца жизни провести в помещении 4 на 4, под радиацией в надежде что они там выживут при этом. Хуже всего то, что люди походили там на подопытных крыс, но забудем о этической стороне вопроса, поскольку психологическая сторона тут гораздо важнее. И она не учтена совсем. Они просто посчитали, что там мол видно будет. Вам живущим в земных условиях сложно было бы представить насколько было бы тяжело тем, кто до конца жизни приговорён провести на безжизненном куске камня в космосе всю жизнь. Конечно ставились эксперименты по долгому пребыванию людей в запертых условиях, но они знали, что могут вернуться, и это определяющий фактор. Конечно, этот проект не более, чем афёра с целью собрать денег, и даже если создатели верят в него, а не просто хотят наживы, он не осуществим на практике и надеюсь будет вскоре забыт. Поскольку если они всё же отправят приключенчески настроенных людей на Марс, колония потерпит полный крах, и если колонисты не сразу поубивают друг друга сойдя с ума, то будут медленно отравлены влиянием Марса и перемрут один за другим. Эта позорная глава сильно ударит по репутации науки и космическим исследованиям и настроит общественность против неё.
Жизнь на Титане: вероятный сценарий колонизации космоса
В январе издательство «Альпина Нон-фикшн» выпускает книгу «За пределами Земли: В поисках нового дома в Солнечной системе» планетолога Аманды Хендрикс и научного журналиста Чарльза Уолфорта. Forbes Life нашел в ней вполне реалистичное предположение того, как мог бы выглядеть человеческий быт на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна, и публикует отрывок из книги.
Однажды люди научатся жить на Титане, самом крупном спутнике Сатурна. Они будут черпать энергию из безграничных запасов ископаемого топлива, а кислород — из замерзшей воды, составляющей большую часть массы Титана. Азотная атмосфера, которая плотнее земной, защитит человека от космического излучения и позволит ему жить в негерметичных строениях и передвигаться не в скафандрах, а в очень теплой одежде и респираторах. Люди будут кататься на лодках по озерам жидкого метана и летать, подобно птицам, в холодной плотной атмосфере при помощи крыльев за спиной.
Произойдет это потому, что в определенный момент в этом возникнет необходимость. Сегодня холодные мрачные небеса Титана непривлекательны и невероятно далеки. У нас пока нет технологий, позволяющих отправить людей на Титан. Но технологии развиваются, а перспективы Земли ухудшаются. В прежние времена человеческие существа уже отправлялись в неведомые и опасные дали, когда жизнь в привычном месте становилась невыносимой. Если жители Земли не начнут вести себя иначе, то новый мир на Титане, свободный от войн и климатических катаклизмов, может стать привлекательным для колонистов.
Строительство автономной космической колонии — в нескольких десятилетиях и технологических шагах от нас. Но многие ученые и инженеры уже думают о ней, поскольку это приключение — из тех, ради которых они выбрали профессию, и поскольку создание колонии ставит острейшие вопросы о сегодняшних технологиях, исследованиях и космической промышленности. В самом деле, такая цель, как переселение человека на другую планету, — лучшее оправдание программы США по пилотируемым космическим полетам.
Почему Титан?
Вода в жидкой и твердой форме вдали от Солнца встречается в изобилии. В глубинах спутников Сатурна и Юпитера содержатся скальные породы, но вода составляет куда большую долю их объема, чем у внутренних планет. Например, Титан крупнее Меркурия, его радиус на 50% превышает радиус Луны, но его плотность ниже, а тяготение, соответственно, слабее — ведь вода менее плотна, чем камень и металл.
В Солнечной системе только Титан буквально завален топливом, которое мы могли бы добывать и сжигать, пользуясь технологиями едва ли сложнее газовых печей, встречающихся в типичных американских домах. Земной природный газ в основном состоит из метана, как озера и моря Титана. Прибрежные дюны Титана — тоже углеводородные, в основном из более тяжелых и сложных органических соединений, которые называются полициклическими ароматическими углеводородами. Учитывая атмосферную углеводородную фабрику Титана и низкие температуры, все это логично.
Имея на Титане электростанции, питаемые углеводородным топливом, колонисты могли бы строить большие, освещенные теплицы, выращивать в них пищу и перерабатывать углекислый газ, выделяющийся при сгорании, обратно в кислород. Почти все можно было бы делать из пластика, произведенного из местного сырья. Для добычи металлов и других тяжелых элементов, необходимых для питательных веществ и производства электроники, колония могла бы заняться разработкой астероидов с помощью космических аппаратов. Располагая неограниченной энергией и доступом к ресурсам, колонисты в итоге смогли бы построить дома по берегам озер, ходить по ним на лодках и летать на личном авиатранспорте.
Как будет устроена наша жизнь
Многие ученые воображали, каково было бы жить на Титане, ведь кажется, что это было бы так просто. Ральф Лоренц из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса написал о Титане пару книг. Он предлагал разнообразные исследовательские миссии, в том числе судно, похожее на буй, и ряд метеостанций. Когда мы общались с ним, он говорил о подлодке. «Любой земной транспорт можно осмысленно использовать где-то на Титане», — сказал Ральф.
На Титане люди могут выжить без скафандров
Лоренц отмечает, что на Титане люди могут выжить без скафандров, передвигаясь тепло одетыми и в кислородных масках, и жить в негерметичных зданиях. Нетрудно вообразить себя в странном оранжевом ландшафте Титана, стоящим на влажном, мягком грунте вроде того, который обнаружил зонд «Гюйгенс», с разбросанной вокруг галькой твердого льда. Темпера- тура там около –180 °C, но в одежде с толстой теплоизоляцией или нагревающими элементами было бы комфортно. Если одежда прорвется, это не убьет вас — главное не замерзнуть. Здесь не нужен громоздкий герметичный костюм вроде тех, что астронавты носят на Луне или в вакууме космоса.
Жилище на Титане может быть устроено подобно жилищам в полярных областях Земли, с использованием воздухонепроницаемой изоляции и свай, уберегающих от таяния лед и замерзшие углеводороды, на которых оно стоит. Простые двойные двери удержат кислород внутри. Если жилище даст течь, ее нужно устранить, но никакой непосредственной угрозы она не представляет. Устранить проблему до надлежащего ремонта можно куском изоленты. Вездесущие углеводороды содержат немало канцерогенов, поэтому, входя домой, важно почистить и снять уличную одежду.
У Титана и Антарктики есть некоторое сходство. Чтобы выжить в этих местах, требуется активное использование технологий, самое важное — обогрева. И туда и туда нужно везти припасы. Чтобы остаться в таком месте навсегда без внешней поддержки, понадобится источник энергии и производство пищи в закрытом помещении. В Антарктике, вероятно, полно ископаемого топлива, однако, чтобы его получить, потребуется пробить толстый лед. На Титане топливо лежит прямо на поверхности, а вот кислород придется добывать из недр. И там и там, чтобы выйти наружу, нужно подобающим образом одеться. Температура на Титане куда ниже, но погода там спокойнее.
Главное отличие Антарктики от Титана в том, что в Антарктике можно дышать атмосферным воздухом. Атмосфера Земли почти на 80% состоит из азота и на 20% — из кислорода. Атмосфера Титана — на 95% из азота и на 5% из метана. Мы не можем жить без кислорода, но все же воздух Титана для нас не является мгновенным ядом. В нем достаточно цианида, чтобы от него сильно разболелась голова, а азот приведет к наркозу, знакомому водолазам: обратимому состоянию, похожему на опьянение. При поломке дыхательного аппарата вы потеряете сознание через минуту, но вас можно возвратить к жизни, если вовремя предоставить доступ к кислороду.
В слабом поле тяготения Титана легко летать
Давление атмосферы Титана на 50% выше, чем на Земле. Этой атмосферы более чем достаточно для защиты от радиации и микрометеоритов. Из-за холода воздух также вчетверо плотнее, чем на Земле. Это приводит к двум любопытным побочным эффектам. Первый — медленно меняющаяся устойчивая погода. Второй — в слабом поле тяготения Титана легко летать.
Тяготение Титана составляет лишь 14% земного, даже меньше, чем лунные 17% (Титан куда крупнее Луны, но Луна содержит больше скальных пород, масса которых порождает более сильное тяготение, чем вода, из которой по большей части состоит Титан). В слабом лунном тяготении астронавты «Аполлона» передвигались прыжками, как при замедленной съемке, будто воздушные шарики, отскакивающие от пола. На Титане с еще меньшей гравитацией их бы дополнительно поддерживала плотная атмосфера; в костюме с крыльями они легко планировали бы на значительные расстояния.
Назад дороги не будет
Человеческое тело, вероятно, приспособится к Титану таким образом, что это затруднит возвращение на Землю.
Наши тела обусловлены тяготением. Кости бегунов формируются более прочными благодаря силе, с которой их стопы сталкиваются с землей. Пациент, надолго прикованный к больничной койке, теряет мышечный тонус и порой ослабевает настолько, что не может стоять. NASA разобралось, как тренировать астронавтов на МКС, чтобы они сохраняли мышечную массу и плотность костей в ходе шестимесячного пребывания в невесомости, но для этого требуется проводить на специальных тренажерах по два часа в день. Большинство колонистов на Титане, скорее всего, будут придерживаться распорядка тренировок не лучше типичного обитателя Земли с неиспользованным абонементом в спортзал. Со временем они, скорее всего, слишком ослабнут для того, чтобы жить на Земле.
Колонисты также будут зависеть от искусственного освещения. Каждый, кто жил в северных широтах, знает, что естественный свет и темнота регулируют жизнь, влияют на настроение и работоспособность как в помещениях, так и на улице. На полюсах солнце светит все лето, а всю зиму стоит ночь. На полюсах никто, кроме исследователей, не живет, но жителям северных регионов намного южнее полюса все равно приходится приспосабливаться к изменениям освещенности физически и с помощью технологий. Коренные народы пережидали зиму, получая из пищи вроде жира морских млекопитающих витамин D, который жители умеренных климатических зон получают от Солнца. Летом народы Севера становятся энергичными и долгими солнечными днями запасают пищу.
Современные обитатели полярных климатических зон поддерживают суточный цикл сна и бодрствования искусственным освещением. Они питаются обработанной пищей, содержащей витамин D (однако зачастую в недостаточном количестве). В отсутствие регулируемого суточного цикла и достаточного количества яркого света и витамина D многие люди впадают в депрессию и сезонную хандру, начинающуюся с осенним ослабеванием естественной освещенности.
Естественные циклы света и темноты будут совершенно непривычными
На Титане освещение помещений и подобающая диета будут круглогодичной необходимостью. Естественные циклы света и темноты будут совершенно непривычными. Будучи спутником Сатурна, Титан всегда повернут к нему одной и той же стороной. Однако оранжевая атмосфера, вероятно, не позволяет увидеть звезды и планеты. (Во всяком случае, Титан находится в плоскости колец Сатурна, так что их не будет видно.) Колония, без сомнения, была бы построена на стороне Титана, обращенной к Сатурну; в этом месте отраженный от Сатурна свет, вероятно, поддерживает слабую освещенность в течение всего дня, за исключением времени, которое Титан оказывается в тени Сатурна. День длится 16 земных суток, так что пару недель освещение будет слегка усиливаться Солнцем, а следующая пара недель будет потемнее. Год на Титане равняется 29 земным годам, так что каждое из четырех времен года длится примерно 7,5 лет. «Кассини» исследовал Титан почти половину местного года, начав летом у южного полушария; сейчас начинается лето в северном полушарии, и мы лишь начинаем понимать влияние сезонов на погоду.
Нам пока еще многое не известно о Титане, но мы знаем, что если туда доберемся, то смогли бы там жить.
Спутник Сатурна Титан удивительно похож на Землю. Какие у человечества на него планы?
Хотя Марс определенно интересен с научной точки зрения, не все ученые считают его привлекательным в качестве долгосрочного места обитания человека. Однако, кроме Красной планеты, еще одно место в нашей Солнечной системе, где условия для самоподдерживающегося, долгосрочного поселения людей можно назвать подходящими. Речь идет о спутнике Сатурна — Титане. Недавно ученым удалось измерить глубину одного из самых больших озер на этой луне. Рассказываем, почему это важно, как сейчас изучается Титан и какие на него планы у человечества.
Читайте «Хайтек» в
Как далеко от Земли находится Титан?
Титан — шестая луна планеты Сатурн, шестой планеты от Солнца.
Самый большой спутник Сатурна, Титан, — это ледяной мир, поверхность которого полностью скрыта туманной атмосферой золотистого оттенка. Титан — вторая по величине луна в нашей солнечной системе. Только спутник Юпитера — Ганимед — больше, и то всего на всего на 2%. Титан больше, чем Луна Земли, и даже больше, чем планета Меркурий.
Эта гигантская луна — единственная луна в Солнечной системе с плотной атмосферой. Кроме того, это единственный мир, помимо Земли, на поверхности которого есть реки, озера и моря. Как и Земля, атмосфера Титана состоит в основном из азота и небольшого количества метана. Это единственное место в Солнечной системе, кроме Земли, где, как известно, существует привычный нам цикл жидкостей. Из облаков они попадают на поверхность луны и заполняют озера и моря, а после испаряются и испаряющихся обратно в небо. Также считается, что у Титана есть подледный океан, который по солености похож на Мертвое море.
Размер и расстояние
Радиус Титана составляет около 2 575 км, он почти на 50% шире Луны. Титан находится примерно на 1,2 млн км от Сатурна, что само по себе составляет примерно 1,4 млрд км от Солнца, или около 9,5 а.е. (астрономических единиц). Одна а.е. — это расстояние от Земли до Солнца. Свет от Солнца достигает Титана примерно за 80 минут; из-за большого расстояния солнечный свет на Сатурне и Титане примерно в 100 раз слабее, чем на Земле.
Титану требуется 15 дней и 22 часа, чтобы совершить полный оборот вокруг Сатурна. Как и Луна Земли, Титан всегда показывает планете одно и то же «лицо», когда он вращается по орбите. Сатурну требуется около 29 земных лет, чтобы обернуться вокруг Солнца, а ось вращения газового гиганта наклонена, как и у Земли, что означает смену времен года. Правда, каждый такой сезон длится более семи земных лет. Каждый из них на Титане находится в том же графике, что и у Сатурна — сезоны длятся более семи земных лет, полный цикл занимает 29 земных лет.
Ученые не уверены в происхождении Титана. Однако его атмосфера дает ключ к разгадке. Несколько инструментов НАСА и ЕКА «Кассини-Гюйгенс» измерили изотопы азота-14 и азота-15 в атмосфере Титана. Инструменты обнаружили, что соотношение изотопов азота на Титане больше всего похоже на соотношение изотопов азота в кометах из Облака Оорта — сферы из сотен миллиардов ледяных тел, которые, как считается, вращаются вокруг Солнца на расстоянии от 5 000 до 100 000 а.е. — примерно 150 млн км. Соотношение азота в атмосфере Титана предполагает, что строительные блоки этой луны сформировались в начале истории Солнечной системы в том же холодном диске из газа и пыли, который сформировал Солнце (так называемая протосолнечная туманность),
Кстати, поверхность Титана — одно из наиболее похожих на Землю мест в Солнечной системе, хотя и температуры там гораздо ниже, а само «покрытие» отличается другим химическим составом. Здесь настолько холодно (–179 °C), что лед из воды больше похож на камни. На Титане, как и на Земле, возможна вулканическая активность, но с жидкой водной «лавой» вместо расплавленной породы. Поверхность Титана сформирована потоками метана и этана, которые прорезают русла рек и наполняют большие озера сжиженным природным газом. Ни один другой мир в Солнечной системе, кроме Земли, не имеет такой жидкой активности на своей поверхности.
Наша Солнечная система является домом для более чем 150 лун, но Титан уникален тем, что является единственной луной с плотной атмосферой. На поверхности Титана атмосферное давление примерно на 60% выше, чем на Земле — примерно такое, которое человек чувствовал бы, плывя на глубине около 15 метров под поверхностью в океане на Земле. Поскольку Титан менее массивен, чем Земля, его гравитация не так сильно удерживает его газовую оболочку, поэтому атмосфера простирается на высоту, в 10 раз превышающую земную — почти 600 км в космос.
Атмосфера Титана в основном состоит из азота (около 95%) и метана (около 5%) с небольшим количеством других соединений, богатых углеродом. Высоко в атмосфере Титана молекулы метана и азота разделяются ультрафиолетовым светом Солнца и частицами высокой энергии, ускоренными в магнитном поле Сатурна. Части этих молекул рекомбинируют, образуя различные органические химические вещества (вещества, содержащие углерод и водород), и часто включают азот, кислород и другие элементы, важные для жизни на Земле. Некоторые из соединений, образующихся в результате этого расщепления и переработки метана и азота, создают своего рода смог — густую дымку оранжевого цвета, из-за которой поверхность Луны трудно рассмотреть из космоса. (Однако космические аппараты и телескопы могут видеть сквозь дымку на определенных длинах волн света за пределами видимых человеческим глазом).
Как изучался Титан и какие миссии его ждут?
На протяжении более десяти лет космический корабль НАСА «Кассини» делился чудесами Сатурна и его семейства ледяных лун, перенося нас в удивительные миры. Cassini доставил пассажира к системе лун Сатурна — европейский зонд «Гюйгенс» — первый искусственный объект, приземлившийся на планете в далекой внешней Солнечной системе
«Кассини-Гюйгенс» показал, что Титан — один из наиболее похожих на Землю миров, с которыми мы сталкивались, и пролил свет на историю нашей родной планеты. Дело в том, что «Кассини» был в некотором смысле машиной времени. Он выявил процессы, которые, вероятно, сформировали развитие нашей Солнечной системы. Долгая миссия Кассини позволила наблюдать погоду и сезонные изменения на другой планете. Миссия показала, что спутники Сатурна — уникальные миры, которые могут рассказать свои истории.
«Кассини-Гюйгенс» показал, что Титан — один из наиболее похожих на Землю миров, с которыми мы сталкивались, и пролил свет на историю нашей родной планеты. Дело в в том, что «Кассини» был в некотором смысле машиной времени. Он выявил процессы, которые, вероятно, сформировали развитие нашей Солнечной системы. Долгая миссия «Кассини» позволила наблюдать погоду и сезонные изменения на другой планете. Миссия показала, что спутники Сатурна — уникальные миры, которые могут рассказать свои истории. Многочисленные измерения силы тяжести Титана космическим аппаратом «Кассини» показали, что Луна скрывает подземный океан жидкой воды (вероятно, смешанной с солями и аммиаком).
Зонд Европейского космического агентства «Гюйгенс» также измерял радиосигналы во время спуска на поверхность в 2005 году, что убедительно свидетельствовало о наличии океана на 55–80 км под ледяной землей. Открытие глобального океана жидкой воды добавляет Титана к горстке миров в нашей Солнечной системе, которые потенциально могут содержать обитаемую среду. Кроме того, реки, озера и моря Титана из жидкого метана и этана могут служить обитаемой средой на поверхности луны, хотя любая жизнь там, вероятно, будет сильно отличаться от жизни на Земле. Хотя пока нет доказательств существования жизни на Титане, его сложный химический состав и уникальная среда сделали его местом для дальнейших исследований.
Летом 2019 года НАСА объявило, что следующая цель в Солнечной системе — уникальный, богато органический мир Титана. Продвигая поиск строительных блоков жизни, миссия Dragonfly будет совершать несколько вылетов, чтобы исследовать участки вокруг ледяной луны Сатурна.
Изначально запуск Dragonfly был запланирован на 2026 год с и прибытием в 2034 году. Однако в сентябре 2020 года НАСА попросило команду Dragonfly уточнить альтернативную дату готовности к запуску в 2027 году. Никаких изменений в архитектуре миссии не потребуется, чтобы учесть эту новую дату, и запуск в более поздний срок не повлияет на работу Dragonfly.
Винтокрылый аппарат будет летать в десятки многообещающих мест на Титане в поисках пребиотических химических процессов, общих как на Титане, так и на Земле. Dragonfly знаменует собой первый полет НАСА на мультироторном транспортном средстве для науки на другой планете; у него восемь роторов, и он летает как большой дрон. Он воспользуется преимуществами плотной атмосферы Титана — в четыре раза плотнее, чем Земля — чтобы стать первым транспортным средством, которое когда-либо доставило всю свою научную полезную нагрузку в новые места для повторяемого и целенаправленного доступа к поверхностным материалам.
Титан является аналогом очень ранней Земли и может дать ключ к разгадке того, как на нашей планете могла возникнуть жизнь. Во время своей 2,7-летней базовой миссии Dragonfly будет исследовать разнообразную окружающую среду от органических дюн до дна ударного кратера, где жидкая вода и сложные органические материалы, ключевые для жизни, когда-то существовали вместе, возможно, десятки тысяч лет. Его инструменты будут изучать, насколько далеко продвинулась химия пребиотиков. Они также будут исследовать свойства атмосферы и поверхности Луны, ее подповерхностный океан и жидкие резервуары. Кроме того, инструменты будут искать химические доказательства прошлой или существующей жизни.
Как Титан еще пригодится человечеству?
Для начала давайте проясним, что Титан — это луна, которая во многих отношениях больше похожа на планету. У него толстая атмосфера, которая примерно в 1,5 раза превышает давление на поверхности земной атмосферы. Ни у одного из 177 других спутников Солнечной системы нет такой атмосферы. Кроме того, Титан — единственное место в солнечной системе, кроме Земли, со стабильными жидкостями на поверхности: на поверхности Титана есть озера и моря. Итак, это — замечательный и очень похожий на Землю мир.
Плотная атмосфера Титана полезна, потому что это означает, что вам не нужно носить громоздкий скафандр, когда вы находитесь на Титане. Но главная причина, по которой мне это нравится, проста: атмосфера Титана поможет нам выжить. В космосе радиация смертельна. Энергетические частицы Солнца, и особенно галактические космические лучи (ГКЛ), проникают в ткани человека, вызывая рак и когнитивные расстройства. Чтобы оставаться в пределах нынешних пределов риска рака НАСА, астронавты могут путешествовать за пределы низкой околоземной орбиты (НОО) на целых 200 дней; поездка на Марс, вероятно, займет больше 600 дней. Но эти разрушающие частицы не могут добраться до поверхности Титана; они поглощаются атмосферой, а это означает, что это безопасная среда для человека. Атмосфера Марса недостаточно плотная, чтобы обеспечить надежную защиту от ГКЛ и Земли.
Люди, живущие на Титане, могут ходить (или, скорее, подпрыгивать — поскольку сила тяжести составляет 14% от силы тяжести Земли, что немного меньше, чем на Луне) в костюмах, чтобы согреться. На Титане холодно (температура поверхности около –290 градусов по Фаренгейту). И людям нужно будет носить респираторы, чтобы дышать кислородом, поскольку атмосфера в основном состоит из азота. Свет на Титане немного тусклый, как сразу после заката здесь, на Земле, из-за частиц дымки в плотной атмосфере. Люди, живущие в одном полушарии Титана, всегда обращенном к Сатурну, будут иметь прекрасный вид на окольцованную планету.
По-настоящему забавная (и потенциально полезная) вещь заключается в следующем: благодаря низкой гравитации и плотной атмосфере люди на Титане могут легко летать своим ходом, если привязать крылья к рукам! В будущем люди могут покататься на лодках по озерам и морям, которые в основном находятся в более высоких широтах.
Недавно астрономы измерили глубину самого большого на Титане моря из метана. Оказалось, он составляет не менее 0,3 км: этого достаточно, чтобы изучить его на роботизированной подводной лодке. Оказалось, что глубина небольшого моря Синус, которое находится на Титане, составляет 85 м. А самое крупное море Кракена измерить пока не удалось. Оба водоема состоят из смеси этана и метана, второй компонент преобладал. Это огромное количество энергии.
Другой вариант химической энергии — гидрирование ацетилена (т.е. 3H 2 + C 2 H 2 ); и водород, и ацетилен присутствуют в атмосфере Титана.
Кроме того, мы можем рассмотреть возможность использования ветряных турбин в качестве альтернативного источника энергии. Плотность воздуха на Титане примерно в пять раз больше, чем на Земле, поэтому потенциальная энергия ветра значительна. Хотя на поверхности Титана не так много ветра (измерения «Кассини» показывают скорость ветра около 1 м/с; для сравнения, типичная скорость ветра на Земле составляет примерно 4 м/с), измерения зонда Гюйгенса показали скорость ветра около 20 м в секунду на высоте 40 км — это означает, что привязанные воздушные ветряные станции могут производить сотни мегаватт энергии.
В чем проблема?
Если Титан так хорош и интересен, то почему его до сих пор не освоили? Почему на Марс и Луну направлено большинство миссий? Проблема в расстоянии.
Время полета к Сатурну может варьироваться от 4 лет до почти 7 лет, в зависимости от орбитального отношения к Земле во время запуска. Без значительных достижений в энергетике это означало бы чрезвычайно долгое путешествие к любой потенциальной колонии и обратно.
Кроме того, предстоит преодолеть множество препятствий, не последним из которых является изучение того, как люди будут жить и работать в условиях микрогравитации. Кроме того, выращивание пищи на Титане с использованием сельскохозяйственных культур, как мы делаем это здесь, на Земле, не будет эффективным, учитывая более низкий поток солнечной энергии, достигающий поверхности Титана, и без того низкую эффективность фотосинтеза здесь, на Земле. Людям на Титане понадобятся биотехнологии и нетрадиционные продукты. Возможно, будущие люди на Титане смогут задействовать какой-нибудь искусственный фотосинтез.