Свободный сток атмосферы Титана!

В свете положения закона всемирного тяготения, когда считается, что каждое тело во вселенной, имеющее массу (от элементарных частиц до гигантских звёзд), создаёт вокруг себя гравитацию (гравитационное поле, простирающиеся до бесконечности) несколько странным выглядит тот факт, что около шести десятков спутников планет солнечной системы, включая самые гигантские спутники Сатурна и Юпитера (некоторые из которых больше Меркурия, почти с Марс), НЕ ИМЕЮТ ни своих атмосфер, ни маленьких спутничков, типа, как глыбы у Марса – Демос и Фобос. Как же, как же, – возразят нам, а вот вам спутник Сатурна Титан со своей атмосферой, да ещё какой – в полтора раза более плотной, чем земная. Однако, ребята!..

Между атмосферами планет и атмосферой Титана есть бросающееся в глаза различие: атмосфера Титана стекает в космическое пространство настолько интенсивно, что вдоль всей орбиты Титана (с радиусом около 20 радиусов Сатурна) существует огромное газовое облако, порождаемое этим стоком. Так, читаем: «Атомы и молекулы водорода и атомы азота ускользают… и формируют тор Титана, огромное облако нейтрального газа, обращающееся вокруг Сатурна» [M.S.Mattews. Origin and Evolution of Planetary and Satellite Atmospheres. “University of Arisona Press”, 1989. P.713.].

Про это орбитальное облако было хорошо известно

Рис.1. Концентрация атомарного водорода в торе Титана.

уже в 80-х годах ХХ века – благодаря анализаторам ультрафиолета на бортах американских аппаратов «Пионер-11» и «Вояджер-1,2».

Заметим, что у планет тоже происходит диссипация атмосфер. Преодолеть планетарное тяготение могут те молекулы, скорость которых больше второй космической. При термической диссипации атмосферы, планетарное тяготение преодолевают молекулы с энергиями, соответствующими хвосту высоких энергий в распределении Максвелла. Высокоэнергичные частицы солнечного ветра, при соударениях с молекулами атмосферы, тоже могут передавать этим молекулам импульсы, достаточные для преодоления планетарного тяготения. Однако, диссипация атмосфер планет имеет ничтожную интенсивность, и ни одна планета не имеет, вдоль всей своей орбиты, газового облака из потерянных молекул. Вот почему обнаруженный тор Титана выглядел аномалией и требовал нестандартного объяснения.

Мало кто знает, что при первых попытках объяснить феномен тора Титана предлагалась модель, в которой Титан считался движущимся безмассовым точечным источником, изотропно испускающим частицы с теми или иными характерными скоростями. При этом «гравитационное поле спутника игнорировалось», и рассматривалось движение испущенных атомов в бесстолкновительном режиме при действии тяготения только Сатурна.

Удивительно уже то, что модель, в которой собственное тяготение Титана игнорировалось, была опубликована – ведь, с ортодоксальных позиций, такая модель вообще не имела права на существование. Впрочем, попытки учесть тяготение Титана не прояснили вопрос с тором Титана, а лишь запутали его. Как отмечалось выше, для убегания молекулы, её скорость должна быть больше второй космической. Для Титана гравитационный параметр равен 8978.2 км³/с², радиус Титана 2575 км, тогда на высоте 100 км от его поверхности вторая космическая скорость должна составлять около 2.6 км/с. Для атома азота, эквивалентная температура составляет 3800^оК. Для разумного процента убегающих атомов азота, требуется температура намного больше той, которая получена в результате измерений. Не зря специалисты сходятся в том, что механизм диссипации атмосферы Титана не может быть термическим. Да и действием солнечного ветра в данном случае можно пренебречь – ввиду удалённости системы Сатурна от Солнца.

Обратим внимание на главное: все модели, допускающие собственное тяготение Титана, испытывают большие трудности при объяснении того вопиющего факта, что сток атмосферы Титана происходит далеко не изотропно. Атмосфера стекает, практически, в одну сторону – противоположно вектору орбитальной скорости Титана, отчего за Титаном тянется газовый хвост. При допущении собственного тяготения у Титана, такой анизотропный сток атмосферы является чудом, для возможности которого нужно, чтобы поле тяготения Титана было не центрально-симметричным, как того требует закон всемирного тяготения, а имело бы, извините за выражение, «задний проход», т.е. створ, в котором тяготение отключено или, по крайней мере, сильно ослаблено. Допущение такого створа является абсурдом с позиций закона всемирного тяготения, поэтому попытки объяснения газового хвоста Титана зашли в тупик.

Между тем, феномен газового хвоста Титана находит тривиальное и естественное объяснение при допущении отсутствия у Титана собственного тяготения (кстати, в согласии с допплеровскими данными при радиосвязи с космическим зондом Кассини, который долго изучал все окрестности и спутники Сатурна). Газовый хвост свидетельствует о том, что происходит, фактически, свободный сток атмосферы Титана. И если при этом атмосфера Титана не иссякает, то логично допустить, что она постоянно пополняется, т.е. что поверхность Титана «газит». Даже если газовыделение происходит на всех участках поверхности с примерно одинаковой интенсивностью, свободный сток атмосферы должен быть несимметричен из-за того, что Титан движется с орбитальной скоростью 5.55 км/с и оказывает соответствующее динамическое давление на переднюю часть атмосферы. Главной причиной ветров на Титане являются не перепады температур на дневной и ночной сторонах, а перепады давления на передней и задней сторонах. Тогда, в установившемся режиме, в атмосфере Титана должны происходить перемещения газовых масс из передней части в заднюю – с последующим свободным уходом в космос. Орбитальная скорость у теряемых таким образом газов мало отличается от орбитальной скорости Титана, и это даёт немедленное естественное объяснение того, почему теряемые газы образуют тороидальное облако вдоль орбиты Титана. А главная причина расползания этого облака – это столкновения его частиц друг с другом и с «посторонними» частицами.

По-видимому, перетекание атмосферных масс из передней части в заднюю и проявилось как сильные ветры, обнаруженные зондом ГЮЙГЕНС (был запущен с зонда КАССИНИ) в ходе его парашютной посадки на Титан.

Кстати, об этой посадке.