Исследование было опубликовано в Geophysical Research Letters.

Туманная оранжевая атмосфера на 50% толще земной и богата метаном и другими углеродными, или органическими, молекулами, покрывает самую большую луну Сатурна — Титан. Его поверхность покрыта темными дюнами органического материала и морями жидкого метана и этана. Еще более странными выглядят на радарных снимках смещающиеся яркие пятна на поверхности морей, которые могут существовать от нескольких часов до нескольких недель и более.

Впервые ученые заметили эти эфемерные «волшебные острова» в 2014 году с помощью миссии Cassini-Huygens и с тех пор пытаются понять, что они собой представляют. Предыдущие исследования показали, что это могут быть фантомные острова, вызванные волнами, или настоящие острова, состоящие из взвешенных твердых частиц, плавающих твердых частиц или пузырьков газообразного азота. Синтин Ю, ученый-планетолог и ведущий автор нового исследования, задался вопросом, может ли более пристальный взгляд на взаимосвязь между атмосферой Титана, жидкими озерами и твердыми материалами, отложившимися на поверхности луны, раскрыть причину возникновения этих загадочных островов.

Я хотел выяснить, могут ли волшебные острова на самом деле быть органикой, плавающей на поверхности, как пемза, которая может плавать в воде на Земле, прежде чем окончательно утонуть, — говорит Ю.

Странный мир органики

Верхние слои атмосферы Титана плотно заполнены разнообразными органическими молекулами. Молекулы могут слипаться, замерзать и падать на поверхность луны, в том числе на ее жутко гладкие реки и озера из жидкого метана и этана с волнами высотой всего в несколько миллиметров.

Ю и ее команда заинтересовались судьбой этих органических сгустков после попадания в углеводородные озера Титана. Будут ли они тонуть или плавать?

Чтобы найти ответ, команда сначала выяснила, будут ли органические твердые частицы Титана просто растворяться в метановых озерах луны. Поскольку озера уже насыщены органическими частицами, команда определила, что падающие твердые частицы не будут растворяться, попадая в жидкость.

Чтобы мы могли увидеть волшебные острова, они не могут просто плавать в течение секунды, а затем тонуть, — сказал Ю.

Они должны плавать какое-то время, но не вечно.

Озера и моря Титана состоят в основном из метана и этана, которые обладают низким поверхностным натяжением, что затрудняет всплытие твердых тел. Модели предполагают, что большинство замороженных твердых частиц слишком плотные, а поверхностное натяжение слишком низкое, чтобы создать волшебные острова Титана, если только глыбы не пористые, как швейцарский сыр.

Если ледяные глыбы были достаточно большими и имели правильное соотношение отверстий и узких трубок, жидкий метан мог просачиваться внутрь достаточно медленно, чтобы глыбы могли задержаться на поверхности, обнаружили исследователи.

Моделирование, проведенное Ю, показало, что отдельные глыбы, скорее всего, слишком малы, чтобы плавать самостоятельно. Но если у берега скопится достаточное количество глыб, более крупные части могут отколоться и уплыть, подобно тому, как на Земле происходит сход ледников. Сочетание больших размеров и нужной пористости позволяет этим органическим ледникам объяснить феномен волшебных островов.

Помимо волшебных островов, тонкий слой замерзших твердых частиц, покрывающий моря и озера Титана, мог бы объяснить необычную гладкость жидких тел. Таким образом, результаты этого исследования могут объяснить две загадки Титана.