Этан, метан, азот и Титан
В Солнечной системе существует много миров, непохожих на наш Земной. И один из них — мир Титана, самого большого спутника Сатурна. Если бы не огромный газовый гигант Сатурн, Титан вполне мог бы быть самостоятельной планетой — по размеру он даже слегка превосходит Меркурий. У него есть плотная атмосфера, состоящая в основном из азота (атмосферой не может похвастаться больше ни один спутник в Солнечной системе). Под толстой ледяной коркой, покрывающей всю поверхность Титана, скорее всего, скрывается океан с жидкой водой — неплохой кандидат на наличие новых форм жизни. Титан можно было бы даже сравнить с Землёй, если бы не одно «но». Температура на нём составляет почти минус 180°С. А самое удивительное, что даже при таком невероятном морозе на поверхности Титана можно найти жидкие озёра.
Секрет незамерзающих «титановых» озёр прост — они состоят не из воды, а из простейших углеводородов — метана и этана, способных оставаться жидкими при крайне низких температурах. Об озёрах на Земле мы знаем практически всё: как они образовываются и как высыхают, сколько и каких веществ содержится в их водах и кто в их глубинах машет плавниками. А вот об озёрах на Титане информации мало. Радарное зондирование поверхности Титана со станции «Кассини» в середине 2000-х годов подтвердило наличие озёр, и последующие наблюдения позволили составить карту озёр и выяснить кое-что об их особенностях. С тех пор к Титану не отправляли ни одной космической миссии, поэтому узнавать о нём что-то новое приходится в основном с помощью теоретических моделей, делая их всё более подробными и точными. Благо, о самих углеводородах мы знаем много, да и провести небольшой эксперимент в лаборатории, воссоздав суровые условия Титана, тоже возможно.
Исследователи из Массачусетского технологического института и нескольких других научных центров недавно построили теоретическую модель небольшого углеводородного озера, изучили динамику жидкости в нём и узнали кое-что любопытное. Чтобы разобраться в процессах, происходящих в метаново-этановом озере, посмотрим сначала на самое обычное озеро с самой обычной водой. Если вы когда-то купались погожим летним днём в более или менее глубоком водоёме, а ещё лучше, если ныряли, то наверняка замечали, что под тёплым верхним слоем воды довольно близко к поверхности начинается холодный слой. Иногда эта граница настолько чёткая, что её буквально можно почувствовать кожей.
По-научному такое поведение воды в озере называется температурной стратификацией. Причина её кроется в различии плотности тёплой и холодной воды. Максимальной плотностью вода обладает, как известно, при +4°С. Соответственно, слой воды с такой температурой будет стремиться опуститься на самое дно. А более тёплая вода на поверхности водоёма, подогреваемая дневным солнцем, будет, наоборот, всегда стремиться «всплыть». Получается, что холодная и плотная вода остаётся внизу, а тёплая и менее плотная находится сверху, и эти слои совсем не хотят перемешиваться. Такое состояние слоёв весьма устойчиво и может сохраняться на протяжении всего лета. Но это у нас, на Земле. А как обстоят дела на Титане, где в озёрах