zelenyikot


Открытый космос Зеленого кота

Космос ближе, чем кажется


Previous Entry Share Next Entry
Влажный Титан
zelenyikot
Что мы все про Марс или Землю. Давайте поговорим про волшебный спутник Сатурна - Титан. Он похож на Землю, как ни одна планета Солнечной системы, и при этом очень-очень сильно отличается от нее.



14 января 2005 зонд Huygens Европейского космического агентства посетил спутник Сатурна - Титан. Он спускался на парашюте через влажные облака. Он сфотографировал русла рек, пляжи и острова. Наконец, спускаясь через закрученный туман, Huygens приземлился в грязь.



Титан является влажным.

Христиан Гюйгенс не был бы удивлен. В 1698 году, за триста лет до того как зонд Huygens покинул Землю, голландский астроном написал такие слова: "Я уверен, что Земля и Юпитер имеют свои облака и воду, ведь нет никакой причины, почему другие планеты должны быть без них. Я не могу сказать, что они в точности такого же характера как и наша планета. Но что там должна быть жидкость – это ясно. Наша вода, на Юпитере или Сатурне, будет мгновенно заморожена по причине огромного расстояния каждой планеты от Солнца, следовательно, они должны иметь свою собственную воду, такую, которая не боится тамошнего мороза".

Гюйгенс открыл Титан в 1655 году, и именно поэтому зонд назван в его честь. В те дни Титан был просто уколом света в телескоп. Гюйгенс не мог видеть облака Титана, полные дождя, долины и озера, ученый торопился рассуждать о жидкости, но у него было только прекрасное воображение и научный метод.



Теперь мы знаем: "вода" Титана – это жидкий метан, CH4 , более известный на Земле как природный газ. Метан на Титане является текучей жидкостью, как и писал Гюйгенс, "которая не боится тамошнего мороза".

Ученые научной команды Huygens считают, что аппарат приземлился в эквивалент Аризоны - главным образом сухую область с краткими, но интенсивными сезонами дождей.

"Русла рек вблизи зонда выглядят сейчас пустыми", - говорят они, "Но жидкость была там недавно". Маленькие камни, что разбросаны вокруг места посадки, гладкие и круглые, как речная галька на Земле.

Галька на Титане

Атмосфера Титана "влажная", то есть с высоким содержанием жидкого метана. Никто не знает, как часто идет дождь, но осадки там могут быть очень интенсивными.

И может быть радуга!

Ингредиенты, которые нужны для радуги, – это солнечный свет и капли дождя. На Земле, радуга образуется, когда солнечный свет преломляется в прозрачных каплях воды. Каждая капля действует как призма, разделяя белый солнечный свет в спектр цветов, привычный нам. На Титане, радуга будет формироваться, когда солнечный свет преломляется в каплях метана, которые, как и вода, являются прозрачными.

Но радуга будет не такой, как на Земле. Из-за разницы плотности, капли жидкого метана больше капель воды, и индекс преломления жидкого метана (1,29) отличается от воды (1.33). Метановые радуги должны быть шире земных, но их спектр будет все тем же – синяя полоса внутри, красная снаружи. Однако радуга будет «тонирована» в оранжевый цвет из-за общего оранжевого фона неба.

Если капли в небе Титана не проблема, то с прямым солнечным светом там гораздо хуже. Даже если какие-то лучи и пробьются через плотную атмосферу, и попадут под удачным углом, радуга на Титане будет очень слабая и бледная.

Зато атмосфера Титана гораздо лучше проницаема для инфракрасных лучей. Поэтому шансы увидеть инфракрасную радугу выше. Правда, для того чтобы человеку увидеть ее, понадобится прибор ночного видения, который регистрирует инфракрасные лучи.


Инфракрасная радуга на Земле

Физические характеристики жидкого метана, отличающиеся от воды, налагают серьезные требования, при конструировании гипотетической лодки, для будущих покорителей морей Титана.

DidleBhyCf8

Плотность жидкого метана в два раза меньше чем воды (0,45 против 1). Это значит, что лодке понадобилось бы иметь в два раза большее водоизмещение для сохранения аналогичной грузоподъемности при идентичности прочих условий.

Поверхностное натяжение метана в три раза слабее водяного.

Низкая плотность требует еще очень широких лопастей пропеллера, которому придется загребать тонкую жидкость, чтобы придать движение судну. Хотя это можно было бы обойти, установив пропеллер сверху для разгона струей «воздуха». Атмосфера Титана в полтора раза плотнее земной, поэтому эффективность такого двигателя будет выше. И, разумеется, все эти устройства должны надежно противостоять жестким условиям криогенных температур.

iRHoczyxdXU
Рельеф Титана - видны речные русла.

Еще одно условие, которое происходит от низкой плотности метана и низкой гравитации – это высокие волны – в семь раз выше земных, но вдвое медлительнее. Это понравилось бы фанатам серфинга, если не забывать, что им понадобится доска в два раза большего размера для сохранения привычной плавучести.

И еще метан горюч и взрывоопасен! Титан позволяет вольности с метаном только потому, что там слишком мало кислорода, способного обеспечить горение. Но если люди соберутся на этот спутник Сатурна, то они должны тщательно беречь свои баллоны с кислородом.

Инфракрасная радуга, гигантские волны, метановые дожди. Наши аппараты еще не видели ничего из перечисленного. Существуют ли они на самом деле?

Вспомним Христиана Гюйгенса: «нет никакой причины, почему другие планеты должны быть без них».

Не забудьте поделиться влажным Титаном с друзьями :)



promo zelenyikot december 8, 07:51 25
Buy for 800 tokens
Я не только пишу о космосе, но могу и рассказать о любимых темах для широкой или узкой аудитории. За последние два года я уже провел несколько десятков лекций во многих городах России. Часто приглашают на фестивали науки, профориентационные мероприятия для студентов, на конференции и выставки.…

  • 1
Спасибо за пост, но все же:

1) плавучесть не зависит от ускорения свободного падения, вес судна и выталкивающая сила оба пропорциональны g.

2) серф удерживается на поверхности жидкости не поверхностным натяжением, а архимедовой силой.

А про радугу очень интересно. Знать бы еще, какова дисперсия света в жидком метане.

Спасибо, поправил.
Умные читатели делают и автора умнее :) Мне это нравится.

Серф удерживается на поверхности не только

не поверхностным натяжением, но и далеко не архимедовой силой: объём сёрфовой доски 20-40 литров, то есть на долю силы Архимеда в сёрфе на планете Земля приходится меньше половины веса человека! А после разгона доска и вовсе почти не погружена в воду, то есть глиссирует (в интернете легко найти сотни фоток, подтверждающих это). При этом разогнаться так, чтобы начать глиссировать на волне, можно и вовсе без доски (испытано на себе).
Дело при глиссировании, разумеется, во многом в динамической разности давлений, возникающей при движении по воде с высокой скоростью. Динамика глиссирования -- процесс для описания непростой, но для оценки можно считать, что гидродинамическое давление при глиссировании пропорциональное квадрату скорости доски и плотности жидкости. Поверхностное натяжение вносит весьма малый вклад в этот процесс. При этом динамическая разница давлений никак не зависит от гравитации, и так как на Титане человек легче почти в 8 раз, то скорость для создания той же подъёмной силы будет нужна примерно в 2 раза меньшей! Число Фруда тоже говорит нам, что на вдвое меньшей скорости на Титане глиссирование будет возможно.
Конечно, катание на Титане будет сильно отличаться от такого на Земле и по другим причинам, например, кинематическая вязкость метана в условиях Титана в 8 раз больше. Но совершенно точно при такой гравитации фонтан брызг из-под доски будет лететь заметно выше, что сделает Титановый мета-сёрфинг зрелищным видом развлечений :)

В общем, это надо кардинальным образом переписать: "Это понравилось бы фанатам серфинга, если не забывать, что им понадобится доска в два раза большего размера, для сохранения положительной плавучести. Да и скользить по волнам будет не так просто из-за слабого поверхностного натяжения."

Edited at 2013-09-12 12:38 am (UTC)

Re: Серф удерживается на поверхности не только

Переписал :)

Небольшое уточнение - на Титане нет волн (http://www.dailygalaxy.com/my_weblog/2013/07/titans-eerie-mystery-the-lakes-of-saturns-moon-are-oddly-smooth-with-no-waves-ever-detected.html).

Вы хотели сказать "Пока не смогли увидеть"

“According to [climate models], winds will pick up as we approach the solstice in 2017 and should be strong enough for waves,” he says.

Титан с детства ассоциируется с "Кукловодами" Хайнлайна :)

Серфингист и глиссер - отнюдь не водомерки. Для них поверхностное натяжения практически не важно.

Думаю глиссеру, все же важно. Хотя не специалист в гидродинамике.

И гриссеру не важно.

Доказательств своего утверждения не нашел, поэтому поверю вам.

На 3:43 - это тень от парашюта пролетает?

Вряд ли дирижабль местных поселенцев :)

Поскольку это не видеосъемка, а анимация/реконструкция по снимкам - там может пролетать что угодно :)

(Deleted comment)
Сигнал с Huygens передавался на орбитальную станцию Cassini, с которой и сбросили зонд.

Кстати, миссию едва не запороли. Когда проверили связь Гюйгенса и Кассини на пути к Сатурну, оказалось, что приемник и передатчик работают на разной частоте. Решили уменьшить скорость Кассини по отношению к Гюйгенсу. Могу ошибаться, но вроде бы писали про то, что проблема возникла из-за того, что американцы не используют метрическую систему, а зонд был европейским. Но сейчас источник не смогу найти)
Что-то вспомнил. Я в каком-то комменте к другой записи писал, что лунная пыль воняет. Это из воспоминаний Олдрина. Когда они с Амстронгом поднялись в Орел и сняли шлемы, как раз и почувствовали запах Луны, но в эфир это тогда не пошло

Нет, ошибка от разницы между метрической и традиционной шкалой погубила Mars Climate Orbiter. У Cassini была другая проблема - инженеры не учли изменение допплеровского сдвига, который возникал при пролете зонда мимо Титана.

Про Луну любопытно.

Edited at 2013-09-12 05:19 am (UTC)

Спасибо, теперь вспомнил, почему сомневался по поводу причастности метрической системы к проблеме Гюйгенс-Кассини. Да, это другая история)

Спасибо огромное!

Очень интересный репортаж! Спасибо!

(Deleted comment)
Регулярные погодные сводки только с Марса поступают.
Данные с Титана - только в общих чертах: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BD_(%D1%81%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA)#.D0.9A.D0.BB.D0.B8.D0.BC.D0.B0.D1.82

Работу в метановой атмосфере прорабатывали для угольных шахт.
Повышение концентрации метана до невозможности его возгорания при соответвующим уменьшении доли кислорода в атмосфере даёт массу преимуществ:
- снижение затрат на проветривание, а это значительная доля собственного энергопотребления шахты,
- отсутствие необходимости искро- и взрывозащищённого обрудования,
- уменьшение коррозии обрудования, соответственно увеличение срока службы и удешевление его.
Основной недостаток -- человеку приходится использовать дыхательные аппараты и эти же аппараты становятся главной опасностью.

Edited at 2013-09-12 08:00 am (UTC)

Ответ очевиден: человек - лишняя составляющая шахты. :)

Спасибо, не знал о таких проектах. Возможно развитие роботов сделает реальнее такие идеи.

Да, очень часто "скрипач не нужен".
Под эту идею в 70-х было защищено несколько диссертаций по автоматизации объектов невозможных в обычных шахтах, например крепь с электроприводом (в реальности -- гидравлика).

Кстати.
Конструктор ракет Алексей Михайлович Исаев учился в Московском Горном институте и после практики на донбасской шахте написал в письме своему однокласнику Беклемишеву (известному, как писатель Юрий Крымов): "инженеру в шахте делать нечего, достаточно умения считать до десяти" и пошёл в ракетостроение.
Цитирую по памяти, очень давно читал в бумажном журнале и безуспешно ищу это письмо в интернете.

Интересно, как могли бы выглядеть живые существа, пусть и не разумные, если бы они там были?

Думаю не сильно бы отличались от нас. Возможно были бы светлее и имели больше желтых оттенков. Более интересно, что они могли бы иметь часть мягких тканей или костей из льда, поскольку там поверхность в значительной степени состоит из него и он выступает там в роли камня. Как у нас кальций стал для нас основой костей, там могло бы такое случиться с водой. Здесь даже интересно не столько облик этих существ, а последствия нашей с ими встречи и возможностей контакта. Мы были бы для них ужасными существами, которые могут убить своим раскаленным дыханием или прикосновением.

Лед не сильно хрупкий для костей?

Не знаю, может и хрупкий, но если у них не будет выбора, то все равно им придется его использовать.

Фосфат кальция, из которого в основном построены наши кости, тоже довольно хрупок — по механическим свойствам он похож на своего родича, карбонат кальция, то есть мел или известняк. Мы не ломаем себе ноги каждый день только потому, что он усиливается пропитывающим его кератином, который весьма упруг и служит арматурой, стягивающей ломкий апатит в костях.

Познавательно. Спасибо.

Кстати, к вопросу о ломкости костей — у японцев есть такой похоронный обычай, когда после кремации родственники и знакомые покойного собираются в кружок вокруг его останков, и разбивают маленькими молоточками обожжённые кости, которые становятся хрупкими, чтобы их можно было сложить в урну с остальным прахом. Это возможно как раз из-за того, что при кремации из костей выгорает весь кератин, с необожжёнными костями такое просто не получится.

Веселый, жизнерадостный обычай.

  • 1
?

Log in