Спутник титан

Свойства и характеристики

Физические качества вещества сильно зависят от чистоты. Справочные данные описывают, конечно, чистый металл, но характеристики технического титана могут заметно отличаться.

• Плотность металла уменьшается при нагревании от 4,41 до 4,25 г/куб см. Фазовый переход изменяет плотность лишь на 0,15%.
• Температура плавления металла – 1668 С. температуру кипения – 3227 С. Титан является тугоплавким веществом.
• В среднем предел прочности на растяжение составляет 300–450 МПа, однако это показатель можно увеличить до 2000 МПА, прибегнув к закалке и старению, а также введению дополнительных элементов.
• По шкале НВ твердость составляет 103 и это не предел.
• Теплоемкость титана невелика – 0,523 кдж/(кг·К).
• Удельное электросопротивление — 42,1·10-6 ом·см.
• Титан является парамагнитом. При снижении температуры его магнитная восприимчивость уменьшается.
• Металлу в целом свойственны пластичность и ковкость. Однако на эти свойства сильно влияют кислород и азот в сплаве. Оба элемента придают материалу хрупкость.

Вещество устойчиво ко многим кислотам, включая азотную, серную в низкой концентрации и практически все органические за исключением муравьиной. Это качество обеспечивает титану востребованность в химической, нефтехимической, бумажной промышленности и так далее.

Структура и состав

Титан – хоть и переходный металл, да и удельное электросопротивление имеет низкое, все же, является металлом и проводит электрический ток, а это означает упорядоченную структуру. При нагревании до определенной температуры структура изменяется:

• до 883 С устойчивой является α-фаза с плотностью в 4,55 г/куб. см. Она отличается плотной гексагональной решеткой. Кислород растворяется в этой фазе с образованием растворов внедрения и стабилизирует α-модификацию – отодвигает температурный предел;
• выше 883 С стабильна β-фаза с объемно-центрированной кубической решеткой. Плотность его несколько меньше – 4,22 г/куб. см. Эту структуру стабилизирует водород – при его растворении в титане также образуются растворы внедрения и гидриды.

Эта особенность очень затрудняет работу металлурга. Растворимость водорода при охлаждении титана резко уменьшается, и в сплаве выпадает гидрид водорода – γ-фаза.

Он становится причиной появления холодных трещин при сварке, поэтому производителям приходится применять дополнительные усилия после плавки металла, чтобы очистить его от водорода.

О том, где можно найти и как сделать титан, расскажем ниже.

Данное видео посвящено описанию титана как металла:

Просчеты американского конкурента

Линию для производства посуды заводу помог купить в Германии Вячеслав Брешт, совладелец советско-немецкой компании «Аутолюкс», которая продавала компьютеры и автомобили ВАЗ. После педагогического института, где он изучал иностранные языки, Брешт работал во внешней разведке, пока его не комиссовали по состоянию здоровья (сам он это не подтверждает и не отрицает). С Тетюхиным они познакомились в 1989 году, когда тот собирался открыть производство титановых имплантатов (позже этот проект реализовал его старший сын Дмитрий). Помощь Брешта понадобилась Тетюхину для финансирования проекта. Дмитрий Тетюхин это подтверждает. «Брешту нельзя отказать в эрудиции и прагматизме — он все схватывал на лету, — говорит Дмитрий. — А отцу всегда нравились люди, у которых хорошо получалось то, чего не умел он. Тема изощренного ума, независимо от того, каких принципов придерживается человек в жизни, его всегда привлекала».

Тетюхин считал, что настало время предложить иностранным авиастроителям салдинский титан. Сплавы, которые использовали американцы, он изучал по фрагментам самолетов, сбитых во Вьетнаме и Корее. Сравнение убеждало, что продукция ВСМПО ничем не хуже. Всем крупным компаниям, выпускавшим самолеты и космические аппараты, Тетюхин разослал письма с просьбой встретиться и обсудить возможное сотрудничество. Большинство респондентов согласились. С собой Тетюхин и Брешт повезли большой чемодан с титановыми образцами. За два года они побывали в авиастроительных компаниях США, Канады, Азии и Европы.

Первые лица Boeing принимали их в штаб-квартире корпорации (Сиэтл, Вашингтон). Среди инженеров и технологов на презентации ВСМПО был гуру металлургов Род Бойер, знакомый Тетюхину по встречам с американцами, изучавшими российскую авиакосмическую отрасль. На этот раз он выслушал доклад и ничего не сказал. Поиск других возможностей привел Тетюхина и Брешта в компанию Shultz Steel, поставлявшую Boeing полуфабрикаты для штамповки деталей. Тут их ждала удача — специалисты фирмы согласились изучить титановые образцы, привезенные с ВСМПО, и сказали, что качество их устраивает. Уральский завод стал поставщиком Shultz Steel, а значит, и Boeing.

ВСМПО вступало в конкуренцию с металлургическими гигантами Timet и RTI. «Даже в Штатах, услышав их имена, все писались, — говорил Тетюхин. — Если бы мы пошли напролом, эти два монстра запросто бы нас уничтожили. Выход был только один — наладить с поставщиками титана партнерские отношения».

На переговорах с президентом Timet стороны долго искали схему, которая всех устроит. Остановились на варианте, когда ВСМПО отправляет металл американцам и те за 20% комиссионных продают его заказчикам наряду со своим. Менеджеры Timet объясняли: «Есть титан из Верхней Салды — тоже хорошего качества, но дешевле. Если обнаружите дефекты, компания готова заменить его своим материалом». Это была их первая стратегическая ошибка, считает Брешт. «В компании Timet поняли, что ВСМПО рано или поздно зайдет на рынок США, и решили держать этот процесс под контролем, — говорит он. — Но когда они начали предлагать салдинский металл конечным потребителям, те быстро сообразили, что могут покупать его без посредников. Мы встречались с их представителями в Москве или в Европе и принимали заказы».

В 2000 году продажи ВСМПО заметно выросли. К этому времени Timet допустил вторую ошибку, уволив своего вице-президента по маркетингу и продажам Джона Монахена. По словам Брешта, несмотря на конкуренцию, их с Монахеном связывали дружеские отношения — американец даже был гостем на свадьбе его дочери. Когда Монахен сообщил Брешту, что остался без работы, тот сразу нашел ему дело. Бывший менеджер Timet выстроил для завода в Салде систему дистрибуции, которая устраивала всех американских производителей.

Обитаемость

Титан воспринимается в качестве пробиатической среды, обладающей сложной органической химией и возможным подповерхностным океаном в жидком состоянии. Модели показывают, что добавление УФ-лучей в такой обстановке может привести к формированию сложных молекул и веществ, вроде толинов. А добавление энергии вызывает даже 5 нуклеотидных оснований.

Многие считают, что на спутнике присутствует достаточное количество органического материала, чтобы активировать процесс химической эволюции аналогичной земной. Это требует наличия воды, но жизнь могла бы сохраняться в подповерхностном океане. То есть, на спутнике Сатурна Титане способна появиться жизнь.

Такие формы должны уметь выживать в экстремальных условиях. Все зависит от теплообмена между внутренним и верхним слоями. Не исключают присутствие жизни и в метановых озерах.

Чтобы проверить гипотезу, создали несколько моделей. Атмосферная показывает, что в верхнем слое находится большой объем молекулярного водорода, который исчезает ближе к поверхности. Низкие уровни ацителена также указывают на потребляющие углеводород организмы.

В 2015 году исследователи даже создали клеточную мембрану, способную функционировать в жидком метане при указанных лунных условиях. Но в НАСА эти эксперименты считают гипотезами и полагаются скорее на уровни ацителена и водорода.

К тому же эксперименты все-таки касались земных представлений о жизни, а Титан отличается. Спутник проживает намного дальше от Солнца, а атмосфера лишена окиси углерода, что не позволяет удержать необходимое количество тепла.

Атмосфера Титана

Чем замечателен Титан, так это своей шикарной атмосферой, которой позавидовали бы многие планеты земного типа, кроме разве что Венеры. Толщина её 400 км, что десятикратно превышает земную, а давление у поверхности —  1.5 земных атмосферы. Марс бы точно обзавидовался!

Таким Титан увидел «Вояджер»

В верхних слоях дуют мощные ветры, случаются сильные ураганы, однако возле самой поверхности ощущается всего лишь слабый ветерок. Чем выше, тем ветра сильнее, они совпадают с направлением вращения спутника. Выше 120 км очень сильная турбулентность. Но на высоте 80 км царит полный штиль – здесь некая зона затишья, куда не проникает ветер из нижних областей, и бури, расположенные выше. Возможно, на этой высоте разнонаправленные потоки воздуха компенсируют и гасят друг друга, хотя точно природа этого явления пока не выяснена.

На Титане идет дождь или снег из метана или этана из метановых и этановых облаков.

Однако состав воздуха там совсем не радует – 95% азота, а остальное в основном метан. Кстати, лишь на Земле и на Титане атмосфера состоит преимущественно из азота! В верхних слоях в метане под действием Солнца происходят процесс фотолиза и образуется смог из углеводородов, который мы видим в виде плотной облачной завесы. Это не позволяет видеть поверхность Титана.

Происхождение столь обширной атмосферы пока неясно, однако наиболее правдоподобной версией представляется активная бомбардировка Титана кометами на заре образования, 4 миллиарда лет назад. При столкновении кометы с поверхностью, богатой аммиаком, под действием огромного давления и температуры выделяется большое количество азота. Ученые подсчитали утечку атмосферы и пришли к выводу, что первоначальная атмосфера была в 30 раз тяжелее нынешней! А ведь она и сейчас очень даже не хилая.

Небо Титана примерно такого цвета, как на рисунке.

Верхние слои атмосферы подвергаются действию солнечного света, ультрафиолета и радиации. Поэтому там постоянно происходят процессы расщепления молекул метана на различные углеводородные радикалы и ионы. Также происходит ионизация азота. В результате эти химически активные элементы постоянно образуют новые органические соединения азота и углерода, в том числе и очень сложные. Прямо какая-то биофабрика! Именно благодаря этим органическим соединениям атмосфера Титана выглядит желтой.

По расчетам, весь метан в атмосфере таким образом был бы теоретически израсходован за 50 миллионов лет. Однако спутник существует миллиарды лет и метана в его атмосфере меньше не становится. Это значит, что его запасы все время пополняются, возможно благодаря вулканической деятельности. Есть также теории, что метан могут выделять особые бактерии.

«Белое золото» от самой природы

В природе белое золото обнаружили еще древние египтяне, а вслед за ними — греки, позже — римляне. Этим гордым наименованием они наделили природный сплав золота и серебра, встречающийся в виде дендритных образований. Египтяне еще с начала 3-го тысячелетия до нашей эры использовали его как средство для украшения архитектурных сооружений, металлических изделий. Греки называли данный сплав также электрумом. Упоминание о нем можно найти в «Естественной истории» древнеримского ученого и писателя Плиния Старшего. Правда, это название греки применяли еще и к янтарю, который тоже назывался электр или электрум, поэтому на сегодняшний день историки не прекращают дискуссий о том, в каких текстах имеется в виду минерал, а в каких — застывшая смола янтаря.

Содержание серебра, входящего в состав электрума, варьируется от 15 до 50%. Могут находиться в электруме также примеси других составляющих. Помимо золота и серебра, в нем можно обнаружить медь или примесь железа. В зависимости от содержания серебра металл имеет желтоватый или белый оттенок. Именно из него в Древнем Египте и Лидии были изготовлены первые монеты, поскольку они были прочнее золотых и служили дольше, не ломаясь и не изнашиваясь.

Поверхность Титана

Поверхность Титана нельзя увидеть, даже находясь вблизи спутника, не говоря о земных телескопах. Во всем виновата плотная облачность в верхних слоях атмосферы. Однако космические аппараты провели некоторые исследования в различных диапазонах и позволили многое узнать о том, что скрывается под облаками.

Мало того, в 2005 году зонд «Гюйгенс» отделился от станции «Кассини» и опустился прямо на поверхность Титана, передав первые настоящие панорамные фотографии. Спуск через толстую атмосферу занял более двух часов. Да и сам «Кассини» за годы, проведенные на орбите Сатурна сделал много фотографий как облачного покрова Титана, так и его поверхности в разных диапазонах.

Горы Титана, снятые зондом «Гюйгенс» с высоты 10 км.

Поверхность Титана в основном ровная, без сильных перепадов. Однако кое-где встречаются и настоящие горные хребты высотой до 1 километра. Обнаружена и гора высотой 3337 метров. Также на поверхности Титана есть множество озер из этана, и даже целые моря – например, море Кракена по площади сравнимо с Каспийским морем. Имеется множество этановых рек или их русла. В месте приземления зонда «Гюйгенс» видно много камней округлой формы – это следствие воздействия на них жидкости, в земных реках камни также постепенно обтачиваются.

Камни в месте посадки зонда «Гюйгенс» имели округлую форму.

Кратеров на поверхности Титана найдено немного, всего 7. Дело в том, что этот спутник обладает мощной атмосферой, которая спасает от небольших метеоритов. А если падают большие, то кратер довольно быстро засыпается разными осадками, обрушивается, размывается… В общем, погода делает свое дело, и довольно быстро от огромного кратера остается лишь аккуратная впадина. Да и большая часть поверхности Татана пока представляется белым пятном, изучена лишь небольшая её часть.

Одно из морей Титана — море Лигеи площадью 100 000 кв. км.

По экватору Титан опоясан любопытным образованием, которое ученые поначалу принимали за метановое море. Однако оказалось, что это дюны из углеводородной пыли, которая выпала в виде осадков или была принесена ветром с других широт. Эти дюны располагаются параллельно и вытянуты на сотни километров.

Рекомендации

Титановое кольцо обязательно должно быть по размеру, так как переплавить его невозможно. Чтобы не ошибиться в выборе, попробуйте примерить украшение дважды – утром и вечером, чтобы убрать изменяющуюся переменную отёков.

Если вы чувствуете какой-либо дискомфорт – лучше поискать другие варианты. В конце концов, вы выбираете не просто аксессуар, а вечный символ вашей любви, который нельзя снимать, но получить из-за него проблемы со здоровьем – крайне неосмотрительно.
Чтобы кольцо смотрелось идеально, учитывайте размер и форму пальцев и запястья:

• Хрупкие длинные пальчики лучше всего сочетаются с изящными воздушными формами;
• На тонких пальцах с узким запястьем прекрасны широкие кольца, но в этом случае следует аккуратно выбирать подходящий дизайн;
• Короткие и толстые пальцы выигрышнее смотрятся в классических кольцах шириной от 4 до 6 мм;
• Если вы выбираете кольцо с камнями, перламутром и эмалью, помните, что все эти элементы более хрупкие, чем основной металл. Они восприимчивы к негативным воздействиям окружающей среды, а потому следует относиться к изделию бережней, нежели к чисто титановому кольцу.

Идея! Очень романтичны парные кольца, имеющие перекликающийся рисунок или две половины одной надписи. Не менее популярны и полностью одинаковые украшения, отличающиеся лишь по размеру.

Атмосфера Титана

Создание обители для жизни на Титане находится под большим вопросом. Здесь нет кислорода, воздух почти на 99% состоит из азота. Доля метана — 1,6%. Также есть остаточные следы таких веществ, как:

• аргон;
• пропан;
• углекислый газ;
• гелий;
• циан.

В Солнечной системе только Земля и Титан имеют преимущественно азотную атмосферу. На спутнике происходят своеобразные смены погоды. Зарегистрирован факт циркуляции облаков и циклонов. Над поверхностью часто возникают грозы с молниями. Температура почти всегда составляет 180ºC. Разница между полюсом и экватором — всего 3ºC.

Титан не обладает магнитным полем. Из-за чего солнечные ветры в большей степени воздействуют на поверхность.

Описание и карта поверхности спутника

Карта поверхности Титана, с отмеченными на ней озерами. Credit: spacegid.com.

После получения более четких снимков с аппарата «Кассини» ученые смогли понять строение Титана. Геология предположительно молодая, нет сильных изломов, супер вулканов или глубоких расщелин.

Структура Титана:

• атмосфера;
• поверхность;
• ледяная верхняя оболочка;
• глобальный подповерхностный слой океана;
• оболочка льда под высоким давлением;
• гидросиликатное ядро радиусом около 2000 км.

Кассини-Гюйгенс — автоматическая межпланетная станция (АМС) для исследования планеты Сатурн, его колец и спутников. Credit: enciklopediya-tehniki.ru.

На спутнике четко выделяются материки, моря и реки. Строение водоемов сходны с тем, что мы видим на Земле. Реки имеют дельту, исток, извилистые русла. Водоемы занимают 30% всего объема спутника. Моря состоят из жидкого метана, этана и пропана. Предполагается, что существуют и подземные источники с жидкой водой.

Рельеф в основном представлен равнинами и долинами. В области экватора замечена большая гряда дюн.

При наблюдении на некоторых участках видна тектоническая активность. Процессы вызваны гигантской гравитацией Сатурна.

Метановые озера

Предположение о наличии на поверхности Титана метана в жидком состоянии подтвердилось в 2009 г., когда были получены инфракрасные снимки с зонда «Кассини». На спутнике несколько сотен таких резервуаров. Самое крупное скопление находится вблизи Северного полюса. Наибольшие из них:

• море Кракена — имеет длину 1000 км;
• море Лигеи площадью 100 тыс. км².

Ученые предположили, что скопление метановых озер на Северном, а не на Южном полюсе, связано с сезонными изменениями. Год на Титане длится 7,5 года, возможно, пока одна область находится в удалении от Солнца, водоемы пересыхают, а потом опять возобновляются.

Метановые озера на поверхности Титана. Credit: poisknews.ru.

Интересные факты

В ближайшие годы главная задача — подробное изучение Титана. С этой целью NASA планирует отправить новый зонд с подлодкой, специально сконструированной для того, чтобы выдерживать сложные условия метановых морей спутника. В лаборатории даже были воссозданы условия этих водоемов для тестирования исследовательского оборудования.

В пользу будущего заселения Титана людьми указывают 3 основных факта:

1. Геологическая активность.
2. Движение и изменение атмосферы.
3. Выветривание пород и отложение осадков.

Но пока идея освоения другой планеты относится к области фантастики. Наиболее вероятное развитие событий — это нахождение органической формы жизни в подземных океанах спутника Сатурна и подробное ее изучение.

5 интересных фактов о Титане, которые вы раньше не знали:

1. Сейчас на поверхности спутника Сатурна находится беспилотный зонд «Гюйгенс», предположительно в области северных дюн. В 2005 г. он послал на Землю запись шума ветра.
2. Самые высокие горы здесь не более 600 м.
3. Если смотреть на небо с поверхности, оно будет оранжевого цвета.
4. Атмосфера Титана в 4 раза толще земной.
5. Ускорение свободного падения здесь — 1867 км/с. Зонду понадобилось 2,5 часа, чтобы спуститься на поверхность.

Несмотря на такие сложные условия, ученые полагают, что создание колонии на Титане более осуществимо, чем на Луне или Марсе.

Жидкость и круговорот веществ на Титане

Расстояние

Ближайшее расстояние между Титаном и Землёй 1.2 миллиарда километров, в то время как у Марса это 55 миллиона, что примерно в 22 раза ближе, чем Титан. И это большая разница и основное препятствие для колонизации Титана. Однако стоит отметить, что тут всё не так просто. Колонизация это дело гораздо более сложное, чем шуточный проект «Mars One», который постепенно превращается в МММ и о нём я ещё упомяну в конце этой статьи. Длительный перелёт накладывает ограничения, увеличивает риски и вложения. Но как я расскажу ниже, не всё так печально, т.к. сравнительно оборудования для Титана потребуется гораздо меньше, чем для Марса, следовательно можно увеличить мощность двигателей будущего корабля с поселенцами и запас горючего, что сократит перелёт.

Проблема также в солнечном ветре и космическом излучении. Тут вам и протоны, и электроны высоких энергий и гамма-лучи, от всего этого многообразия высокоэнергетических частиц не так уж легко защитится, и тут не помогут никакие свинцовые пластины, т.к. наведённая радиация ещё более опасна. Однако не потребуется разрабатывать никакого фантастического щита из магнитных полей, наночастиц или экзотической материи, от всего этого может защитить слой воды, размещённый между жилым отсеком и обшивкой.

Ещё одна проблема это — невесомость. В отсутствии гравитации организм человека разрушается, вымывается кальций из костей, слабеет сердце и тд. Физические упражнения тоже не помогут, т.к. лишь замедляют эти разрушительные процессы. Однако можно спроектировать будущий космический корабль так, чтобы жилые отсеки были под действием центробежной силы, проще говоря колонисты должны находится во вращающимся кольце, либо же сам корабль должен вращаться вокруг своей оси.

[править] Общие сведения

Титан — самый крупный спутник Сатурна, и второй, после Ганимеда, спутник Солнечной системы. Его диаметр — 5152 км (долгое время учёные полагали, что его диаметр составляет 5550 км, что больше Ганимеда, однако КА «Вояджер-1» показал ошибочность такой оценки, ошибка возникла из-за наличия плотной и непрозрачной атмосферы, которая мешала точно определить размер спутника), площадь поверхности — 83 млн км², а масса 1,3452·1023 кг. Плотность — 1,8798 г/см³. Ускорение свободного падения на Титане составляет 1,352 м/с² (сила тяжести на Титане — примерно 1/7 от земной).

Имеет синхронное вращение относительно Сатурна, ставшее результатом действия приливных сил, что означает, что периоды вращения вокруг своей оси и обращения вокруг Сатурна совпадают, и Титан повёрнут к Сатурну всегда одной и той же стороной. От меридиана, проходящего через центр этой стороны, ведётся отсчёт долготы. Полный оборот вокруг Сатурна этот спутник совершает за 15 дней 22 часа и 41 минуту со средней скоростью 5,57 км/с. Радиус орбиты Титана составляет 1 221 870 км (20,3 радиуса планеты Сатурн). Орбита Титана отлична от круговой и имеет эксцентриситет 0,0288. Плоскость орбиты Титана отклонена от экватора Сатурна и плоскости колец на 0,348°. Центр масс Сатурна и Титана находится на удалении всего 30 км от центра планеты.

Альбедо (число, показывающее, какую часть световых лучей отражает его поверхность) — 0,22.

На Титане довольно холодно. Температура поверхности составляет 93,7 К (−179,5 °C).

Имеются горы, холмы, кратеры, равнины, углеводородные реки, озёра и моря. В экваториальном светлом регионе под названием Адири расположены протяжённые цепи гор или холмов высотой до нескольких сотен метров. В горах Митрим имеется пик высотой 3337 м.

Предположительно, Титан сформировался либо из пылевого облака, общего с Сатурном, либо он образовался отдельно и впоследствии был захвачен гравитацией планеты.

Перспектива колонизации

Среди всех космических тел, которые изучены специалистами относительно хорошо, Титан выступает в качестве наиболее выгодной цели для формирования колонии. Ведь на поверхности и в атмосфере планеты имеется внушительное количество элементов, необходимых для поддержания жизнедеятельности:

• метан;
• азот;
• аммиак;
• вода.

Они могут быть запросто трансформированы в кислород. Также имеется вероятность формирования атмосферы. Дело в том, что на поверхности луны наблюдается высокое давление, которое в сравнении с Землёй в 1,5 раза выше. А плотная атмосфера способствует максимально сильной защите от проникновения космических лучей. Достаточно много имеется и воспламеняющихся веществ, но, чтобы произошёл взрыв, требуется достаточное количество кислорода.

Есть ещё одно «но». Гравитация здесь невысокая и значительно уступает Луне. Поэтому организм человека, попав в такие условия, будет вынужден столкнуться с большим количеством трудностей, в частности – с тем, что мышцы, вероятно, атрофируются, а кости разрушатся. Трудности возникнут и при заморозках, ведь в температуре -179 градусов выжить проблематично.

Несмотря на потенциальные угрозы и сложности, спутник видится представителям учёного мира как лакомый кусочек для создания колонии. Есть большая вероятность столкнуться с формами жизни, имеющими способность выживать в экстремальной среде. Поэтому не исключена колонизация данного объекта. Не стоит упускать из вида и тот факт, что спутник будет выступать в качестве отправной точки к освоению более удалённых объектов.

Таким образом, Титан – спутник Сатурна, требующий особого изучения и освоения. В настоящее время на нём есть всё, чтобы там существовала жизнь, или произошла колонизация планеты человечеством.