Органическое вещество в структуре Титана: модели внутреннего строения
28 октября 2025 г.
В Институте геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН проведено исследование проблемы внутреннего строения Титана – крупнейшего ледяного спутника Сатурна. Результаты опубликованы в журнале «Астрономический Вестник» / Solar System Research.
Полученные результаты свидетельствуют о наличии в недрах спутника глобального внутреннего океана и значительного количества органического материала, аналогичного органическому веществу метеоритов и комет. Такой комплекс характеристик говорит о высоком астробиологическом потенциале Титана и делает его главным кандидатом на обнаружение внеземной жизни в Солнечной системе.
Титан уникален в отношении своего состава, строения и истории формирования. Среди других тел Солнечной системы он выделяется благодаря своей плотной азотно-метановой атмосфере с разнообразными органическими соединениями и поверхности, покрытой жидкими углеводородами. Исследование системы Сатурна космическим аппаратом «Кассини-Гюйгенс» (Cassini-Huygens) допускает пересмотр ранее существующих моделей происхождения и термохимической эволюции Титана.
На основе космохимических и геофизических данных миссии Кассини, уравнений состояния метеоритного вещества, Р-Т зависимости фазовых переходов и диаграммы состояния Н2О (вода, водные льды) построен спектр возможных моделей внутреннего строения Титана с разной степенью дифференциации, сложенного веществом углистых CI/CM и обыкновенных L/LL хондритов с примесью органического материала, плотность которого находится в интервале плотностей аморфного углерода и битуминозных углей – аналогов макромолекулярного нерастворимого органического вещества метеоритов. Структура Титана, согласованная с массой и безразмерным моментом инерции спутника, в общем случае включает внешнюю водно-ледяную оболочку и полностью или частично дифференцированные на ледяную и каменную компоненту недра.
Исследования показали, что при отсутствии органического материала возможны только модели частично дифференцированного Титана, включающие водно-ледяную оболочку мощностью 340−440 км, протяженную каменно-ледяную мантию и внутреннее железокаменное ядро L/LL или CI/CM хондритового состава. Добавление органического материала к хондритовому веществу Титана приводит к значительному увеличению размеров внутреннего ядра и связанному с этим сокращению размеров каменно-ледяной мантии – происходит перестройка внутренней структуры спутника, выражающаяся в полном разделении каменно-ледяного вещества (исчезновении слоя каменно-ледяной мантии за счет концентрирования каменной компоненты во внутреннем ядре). Полная дифференциация каменно-ледяного вещества возможна при содержании органического материала в количестве 10−22 мас.% и 20−28 мас.% для CI/CM и L/LL модели Титана соответственно.
Структура полностью дифференцированного Титана включает водно-ледяную оболочку мощностью 460−480 км и внутреннее ядро, которое независимо от типа хондритового вещества имеет размеры порядка 2100 км и среднюю плотность 2,5−2,6 г/см3. В состав водно-ледяной оболочки для обеих рассматриваемых моделей входят внешняя ледяная кора, сложенная гексагональным льдом Ih, и внутренний океан мощностью 230−310 км. В полностью дифференцированных моделях океан отделен от внутреннего скального ядра спутника слоем частично подплавленных высокобарных льдов V−VI (HPI) мощностью 60−140 км.
Высокое содержание органического материала в Титане коррелирует с наличием углеводородов и азота на поверхности и в атмосфере спутника, а состав каменной компоненты (безводные L/LL силикаты + 20−28% органического материала) оказывается близок к веществу комет и согласуется с составом других ледяных лун и большинства объектов пояса Койпера. Это позволяет предполагать генетическую связь кометного вещества с веществом регулярных спутников планет-гигантов, которые имеют сходство как с веществом хондритов, так и комет, что может указывать на общий резервуар материала-предшественника во внешней части Солнечной системы.
Источник: ГЕОХИ РАН.