По результатам зондирования крупнейшего спутника Сатурна Титана несколькими инструментами с орбитального аппарата «Кассини» впервые составлена общая карта его ландшафта. В сложном рельефе, образованном геологической деятельностью жидкого метана и атмосферы из азота, выделено несколько типов геоморфологических элементов высшего порядка, аналогичных структурам на Земле.
Авторы работы — специалисты по планетологии, астрофизики и геоморфологи из Jet Propulsion Laboratory (CalTech), Университета Аризоны и ещё нескольких научных центров США. Статья по итогам их исследований вышла в конце ноября 2019 г. в Nature Astronomy. Она продолжает большую серию работ по геоморфологическому картированию различных участков поверхности Титана, от полярных до экваториальных областей. Результаты этой работы на разрозненных участках наконец были систематизированы и сведены в общую карту рельефа небесного тела. Несколько основных типов рельефа («равнины», «холмы» и т. д.) также удалось увязать с их относительным геологическим возрастом и предположительным строением, то есть наличием преимущественно водяного льда или органического материала.
Титан — самый большой спутник Сатурна, который привлёк внимание планетологов и астробиологов. Это второе космическое тело Солнечной системы, кроме Земли, на котором в устойчивом состоянии существует жидкость — жидкий метан CH4. Метан при характерных температурах на спутнике −180°C встречается, как и вода на Земле, во всех агрегатных состояниях, тем самым обеспечивая сложный гидрологический цикл: облака из метана — метановые дожди — метановые водоёмы, поэтому роль метана там сродни роли воды на Земле в формировании ландшафта. Кроме того, Титан отличается мощной атмосферой из азота, следовательно, к геологической деятельности жидкости добавляется, как и на Земле, деятельность ветра. Из-за этого рельеф Титана достаточно сложен, а его формы напоминают земные структуры, в частности, характерные для русел и речных долин. Сложность рельефа, как и на Земле, обусловлена работой текучей среды, в данном случае — это реки и озёра из жидкого метана и «ветер» из азота.
Это также единственный спутник планеты в Солнечной системе, кроме Луны, на котором работал космический зонд. Посадочный аппарат «Гюйгенс» орбитального комплекса «Кассини» в 2005 году совершил мягкую посадку на его поверхность и проработал там два часа, успев передать несколько фотографий близлежащих камней, очевидно, из замёрзшего метана или водяного льда. На фотографиях зонда «Гюйгенс», сделанных во время спуска, также были запечатлены «речная система» с меандрами и структуры, напоминающие песчаные дюны в пустыне, то есть продукт геологической деятельности ветра.
Естественно предположить, что структуры рельефа на Титане будут иметь аналоги на Земле, поскольку обуславливаются близкими причинами. Соответственно геоморфологическая карта спутника должна быть структурно похожа на земную и содержать легко интерпретируемые и знакомые нам элементы.
Для построения карты рельефа использовались данные орбитального аппарата «Кассини», совершившего около 120 витков вокруг спутника Сатурна в период с 2004 по 2017 годы. Из-за плотной атмосферы и метановых облаков поверхность Титана труднодоступна для наблюдения в оптическом диапазоне, однако она прозрачна для некоторых других диапазонов спектра. В частности, для картирования поверхности использовались в основном данные радарной съёмки (это сантиметровые волны), инфракрасный и видимый спектр — от различных устройств на борту «Кассини». Так, поскольку радарная съёмка не покрывает всю поверхность планеты, на участках с белыми пятнами рельеф восстанавливался интерполяцией по снимкам худшего разрешения, полученным в видимой или инфракрасной полосе.
Основной доступный критерий подразделения поверхности спутника по типам рельефа — характеристика сигнала от радара в разных режимах. Так, выделяются области, различающиеся по степени рассеяния сигнала, по светлым/тёмным областям на других длинах волн и т. д. Например, сильное рассеяние сигнала может свидетельствовать о расчленённости рельефа, то есть его изрезанности и быстрой смене поднятых и опущенных участков: на Земле в этом случае мы понимаем, что речь идёт о горной местности с многочисленными глубокими ущельями, например, как на Кавказе. Соответственно нерасчленённые участки могут соответствовать плоскогорью или наоборот, понижениям вроде равнины или дна озера.
Эти результаты первичного картирования затем можно сопоставить с известными структурами рельефа, которые были ранее выделены в результате детальной съёмки отдельных районов, например, приполярных областей или окрестностей каких-либо примечательных кратеров. После привязки радарной и оптической съёмки к известным структурам рельефа можно выполнить экстраполяцию на остальную поверхность, пометив соответствующим образом области с уже идентифицированными характеристиками сигнала.
Всего на разных участках поверхности выделено около двух десятков структур рельефа, идентифицируемых на крупномасштабных картах. Однако для общей геоморфологической карты оказалось целесообразным объединить их всего в шесть типов рельефа, или мегаструктур, занимающих существенную часть поверхности спутника — см. открывающую картинку, представленную в проекции Моллвейде с 360-градусным углом обзора. Так в конечном итоге выделены элементы с несколько условными названиями: «лабиринты», «холмы», «озёра», «дюны», «равнины» и «кратеры». Они в целом подобны формам рельефа на Земле, разве что с той разницей, что метеоритные кратеры на Земле — нечастое явление: они быстро перерабатываются активными геологическими процессами. Под условным названием «лабиринты» понимаются участки очень пересечённого рельефа с переплетённой системой линейных структур — это, как правило, вытянутые горные хребты и долины. Название говорит об условности выделения по сравнению с земным ландшафтом: возможно, ближайший аналог этого понятия на Земле — это карстовые горы. Эти структуры сложены органическим материалом. Собственно «горы» менее пересечённой структуры оказались объединены с «холмами» в другую единицу, содержащую водяной лёд. И «лабиринты», и «холмы» являются старейшими геологическими структурами. Более молодые структуры рельефа — «равнины» и «дюны», которые занимают ощутимо большую площадь. Как и на Земле, условные «дюны» располагаются ближе к экватору, а «равнины» — в средних и приполярных широтах, в то же время «лабиринты» и «озёра» занимают противоположные полярные зоны. Наконец, кратеры занимают меньше всего площади (около 0,4 %); здесь, очевидно, проявляется сходство с Землёй: эрозия съедает их по геологическим меркам мгновенно.
Титан выделяется в ряду космических тел Солнечной системы сходством с Землёй с точки зрения структур рельефа, поскольку они формируются теми же процессами выветривания, что и на Земле, под действием жидкой среды (метан) и атмосферы (азот). Его ландшафт ощутимо сложнее по сравнению с другими спутниками. Из-за этого, а также в силу присутствия в большом количестве органических соединений он вызывает повышенный интерес планетологов с точки зрения изучения возможностей существования внеземной жизни. Проект NASA предполагает запуск в 2026 году космического аппарата, который должен будет высадить на поверхность Титана роботизированный зонд-квадрокоптер Dragonfly, который будет перелетать между разными участками поверхности и проводить комплексные геологические исследования, включая поиск биосигнатур.