Тита́н (лат. Titan, грец. Τῑτάν) — найбільший супутник Сатурна, другий за розміром у Сонячній системі. Другий за віддаленістю серед семи гравітаційно округлих супутників Сатурна. Єдиний супутник у Сонячній системі, який має щільну атмосферу, що складається переважно з азоту й метану, а також єдине місце, окрім Землі, де знайдено рідини у формі морів, озер та річок.
Титан відкрив 1655 року астроном Християн Гюйгенс, який досліджував кільця Сатурна за допомогою телескопа. В 1944 році встановили, що супутник має щільну атмосферу. Впродовж наступних десятиліть він досліджувався за допомогою космічного телескопа «Габбл» та космічних апаратів «Піонер-11», «Вояджер-1» та «Кассіні». У 2005 році на поверхню Титану сів зонд «Гюйгенс», що зробило його другим природним супутником у Сонячній системі, на який здійснили посадку космічні апарати.
Титан складається переважно з водяного льоду та кам'янистих порід. Припускають, що він має велике кам'янисте ядро та кілька шарів; можливе існування підповерхневого океану рідкої води. Поверхня рівнинна, з невеликою кількістю ударних кратерів, гір та дюн; наявні озера з рідкого метану.
Відкриття та назва
Титан відкрив 25 березня 1655 року нідерландський вчений Християн Гюйгенс. Християн, разом зі своїм братом Костянтином, займався виготовленням телескопів та проводив дослідження з оптики. Завдяки отриманим знанням він зміг суттєво покращити конструкцію тогочасних телескопів. У 1655 році він спрямував один зі своїх нових телескопів на Сатурн з наміром вивчити його кільця, але окрім них поруч з планетою побачив великий супутник, тепер відомий як Титан.
Гюйгенс назвав своє відкриття «Saturni Luna» (супутник Сатурна). Після того, як французький астроном Джованні Кассіні опублікував свої відкриття ще чотирьох менших за розміром супутників Сатурна між 1673 і 1686 роками, були введені позначення цих супутників римськими цифрами від «Сатурн I» до «Сатурн VI», де Титан позначався, як «Сатурн VI». Міжнародний астрономічний союз досі часто використовує це позначення. Серед інших ранніх назв Титана була назва «звичайний супутник Сатурна».
Назву «Титан», як і назви всіх семи супутників Сатурна, відомих в 1830-х роках, запропонував англійський астроном Джон Гершель (син Вільяма Гершеля, першовідкривача Мімаса та Енцелада). Вона походить від титанів, божеств грецької міфології. Дослідження До подальшого активнішого дослідження Титана призвело виявлення в нього атмосфери, зроблене майже через 300 років після відкриття самого супутника. У 1944 році голландсько-американський астроном Джерард Койпер пропускав сонячне світло, відбите від Титана, через спектрометр, та виявив лінії поглинання газоподібного метану, що вказувало на наявність атмосфери.
«Піонер-11»
«Піонер-11» було запущено 1973 року для дослідження Юпітера і Сатурна. Він став першим космічним апаратом, який досліджував Титан. «Піонер-11» пролетів через систему Сатурна 1 вересня 1979 року. Астрономи на Землі раніше підрахували температуру Титана та обчислили його масу, а «Піонер-11» підтвердив результати цих розрахунків. Він визначив, що супутник є надто холодним для підтримання на ньому життя: температура Титана становила −193°C. «Піонер-11» на межі можливостей камери зафіксував блакитну імлу у верхніх шарах атмосфери Титана, які, як прогнозували вчені, міг краще роздивитися наступний космічний корабель — «Вояджер».
«Вояджер»
Космічні апарати «Вояджер-1» та «Вояджер-2» було запущено 1977 року для дослідження Юпітера, Сатурна та польоту до краю Сонячної системи.
Коли «Вояджер-1» і «Вояджер-2» проходили крізь систему Сатурна в 1980 і 1981 роках, вони не змогли сфотографувати поверхню Титана через його туманну атмосферу (зображення з цієї місії показували невиразний помаранчевий світ), але підтвердили наявність блакитної імли, як окремого верхнього шару атмосфери Титана. «Вояджери» також відзначили чітку різницю в яскравості з півночі на південь, що, як вчені припускали й пізніше підтвердили, було сезонним явищем.
Пролітаючи повз Сатурн, «Вояджер-1» сфотографував супутники Титан, Мімас, Енцелад, Тефію, Діону та Рею. Найбільший науковий інтерес представляв Титан, біля якого «Вояджер-1» пролетів 12 листопада 1980 року на відстані 4000 км. Зображення показали густу атмосферу, яка повністю приховувала поверхню. Встановлено, що атмосфера супутника на 90 % складається з азоту. Космічний апарат надав дані близькі до сучасних, вимірявши діаметр Титана (приблизно 5125 км), а також температуру та тиск в атмосфері супутника (1,6 атмосфери та −179°C). Атмосферні дані свідчили про те, що Титан може бути першим тілом у Сонячній системі, крім Землі, на поверхні якого може існувати рідина. Присутність азоту, метану та складніших вуглеводнів (ацетилену, етану, пропану та інших органічних сполук) свідчила про те, що на Титані можливі пребіотичні хімічні реакції.
«Кассіні — Гюйгенс»
Космічний апарат «Кассіні» запустили 2004 року для дослідження Сатурна і його супутників. Завдяки йому виявлено озера метану на Титані. Основним завданням частини місії «Кассіні», що стосувалася Титана, було дослідити вміст атмосферних компонентів, розподіл слідів газів і аерозолів, вітри та температури, склад і стан поверхні та верхні шари атмосфери. Також досліджено взаємодію Титана з сонячним вітром і магнітосферою Сатурна. Завдяки місії виявлено, що на Титані є дощі, річки, озера та моря; він оповитий густою, збагаченою азотом атмосферою і може бути схожим на те, якою була Земля давним-давно. «Кассіні» здійснив 127 близьких прольотів повз Титан протягом 13 років, використовуючи набір інструментів, включаючи радари та інфрачервоні інструменти, щоб вдивлятися крізь імлу Титана та дати вченим детальний огляд поверхні супутника та його складної атмосфери.
«Кассіні» також перевозив зонд «Гюйгенс», який приземлився на Титан у 2005 році. Зонд Європейського космічного агентства став першим космічним апаратом, який здійснив м’яку посадку на поверхню супутника іншої планети. Станом на 2024 рік, Титан є найбільш віддаленим об'єктом, на який спущено космічний апарат. Зонд забезпечив перше пряме дослідження атмосфери Титана і перші та єдині прямі зображення його поверхні. «Гюйгенс» надсилав зображення та інші наукові результати під час двох з половиною годин спуску через туманну атмосферу Титана, перш ніж здійснив м'яку посадку серед округлих брил льоду на заплаві, вологій від рідкого метану.
«Гюйгенс» приземлився на поверхню, схожу на пісок, покриту крижаними крупинками. Знімки поверхні показали пласку рівнину, всіяну галькою, з видимими доказами рідкої ерозії у недавньому минулому. Подальші дані підтвердили існування рідких вуглеводневих озер у полярних районах Титана.
Конструкція та проєктування зонда «Гюйгенс» не передбачали довготривале функціонування на поверхні супутника після здійснення посадки, хоча вчені не виключали такої можливості. Проблема в програмі зв'язку обмежила кількість зображень, які «Гюйгенс» передав на «Кассіні», приблизно з 700 до 376, серед яких 224 зображення околиць місця посадки. Апарат працював впродовж 3 годин і 10 хвилин після посадки.
Телескоп Габбла З 4 по 18 жовтня 1994 року планетарна камера космічного телескопа Габбла зробила 53 зображення Титана в діапазоні хвиль від ультрафіолетового до ближнього інфрачервоного. Імла виявилася прозорою для інфрачервоного світла. Чотирнадцять зображень були використані для створення першої карти альбедо поверхні Титана на довжині хвилі 0,94 мікрометра; вісім інших зображень поверхні Титана зроблено на довжині хвилі близько 1,08 мікрометра. Зображення телескопа Габбла показали великі яскраві та темні області, включаючи яскраву область розміром з Австралію. Результати Габбла не довели існування рідких морів, це підтверджено лише 2004 року.
Телескоп Джеймса Вебба Космічний телескоп «Джеймс Вебб» у листопаді 2022 року зафіксував на фотографії хмари в північній півкулі Титана. Вчені довго чекали на можливість використати можливості цього телескопа (оскільки його робочий діапазон довжин хвиль припадає саме на інфрачервону ділянку спектра) для вивчення атмосфери Титана, включно з його погодними умовами та газовим складом, а також подивитися крізь імлу, щоб вивчити особливості альбедо на поверхні.
Майбутні місії Dragonfly — концепт космічного апарата для дослідження Титана за допомогою пересувного роботизованого посадкового апарата гвинтокрильного типу. Його завдання — дослідження пребіотичних хімічних сполук і пошук позаземних форм життя в різних місцевостях за допомогою вертикального зльоту і посадки. Запуск заплановано на 2028 рік. Dragonfly доставить найширший набір наукових приладів, з усіх, що колись відправляли на інше небесне тіло. Згідно з планом, апарат має подолати понад 80 кілометрів по поверхні Титана, приземляючись та збираючи зразки.
Декілька запропонованих місій не отримали належної підтримки та фінансування, зокрема:
Місія Titan Saturn System Mission мала відбутися в кооперації між ESA та NASA. Вона передбачала запуск атмосферного зонда з повітряною кулею, що літатиме в атмосфері Титана протягом шести місяців. Спускний апарат Titan Mare Explorer (NASA), який мав приземлитися в північній півкулі Титана. Проєкт Titan Lake In-situ Sampling Propelled Explorer (TALISE) приватної інженерної фірми з Іспанії був подібним до Titan Mare Explorer. AVIATR ― безпілотний літальний апарат для дослідження Титана на поверхні та в повітрі.
Формування Щодо походження Титана немає впевненості. Декілька приладів місії NASA та ESA «Кассіні — Гюйгенс» виміряли співвідношення ізотопів азоту-14 та азоту-15 в атмосфері Титана та з'ясували, що співвідношення кількості атомів різних ізотопів азоту на Титані значною мірою збігається з показниками в кометах із Хмари Оорта — області із сотень мільярдів крижаних тіл, які, як вважають вчені, обертаються навколо Сонця на відстані від 5000 до 100 000 астрономічних одиниць. Співвідношення кількостей ізотопів азоту в атмосфері Титану свідчить про те, що «будівельні блоки» супутника утворилися на початку існування Сонячної системи, у тому самому холодному диску газу та пилу, який утворив Сонце, а не в теплішому диску матеріалу, який пізніше утворив Сатурн.
Фізичні характеристики
Діаметр Титана становить 5149 кілометрів. Він більший за Меркурій і Плутон та є другим за величиною супутником Сонячної системи. Супутник Юпітера Ганімед приблизно на 2 % більший, хоча до прольоту «Вояджера-1» у 1980 році вважалося, що Титан був трохи більшим за Ганімед. Ця переоцінка була спричинена щільною, непрозорою атмосферою Титана з шаром імли в 100-200 кілометрів над його поверхнею, що призвело до завищених оцінок видимого діаметра супутника.
Титан знаходиться на відстані приблизно 1,2 мільйона кілометрів від Сатурна, який своєю чергою знаходиться приблизно за 1,4 мільярда кілометрів від Сонця. Світло від Сонця досягає Титана приблизно за 80 хвилин. Через таку відстань сонячне випромінювання на Сатурні та Титані приблизно в 100 разів слабше, ніж на Землі.
Маса Титана оцінюється в 1,345 × 1023 кг, що в 1,8 раза більше за Місяць, а за діаметром він перевищує природний супутник Землі в 1,5 раза. Водночас густина Місяця значно більша — 3.344 г/см3 проти 1,882 г/см3 в Титана. Прискорення вільного падіння в обох супутників близьке за величиною: 1,354 м/с² (14 % від земного) для Титана і 1,622 м/с² (16 % від земного) для Місяця.
Орбіта й обертання
Повний оберт навколо Сатурна Титан робить за 15 діб, 22 години та 41 хвилину. Орбіта супутника не є ідеальним колом та має ексцентриситет, що дорівнює 0,0288 (вдвічі менше за ексцентриситет орбіти Місяця). Площина орбіти відхиляється від екватора Сатурна і площини кілець на 0,348°.