Анализ топографических данных и сведений о гравитации Титана, крупнейшей луны Сатурна, указывает на удвоение толщины его ледяной коры по сравнению с принятой величиной. Под этой коркой на Титане скрывается океан, причем водяной. Источник энергии, поддерживающий воду в жидком состоянии – запасенное при образовании тепло тела и, что не менее важно, приливные силы, с которыми на Титан действует газовый гигант и другие его спутники. От реакций распада радиоактивных элементов и величины силы притяжения и деформаций, производимых ею внутри Титана, зависит и толщина корки льда на поверхности – чем больше вырабатывается тепла, тем теплее вода океана и тоньше верхняя корка.

Анализ свойств внутренней поверхности удалось провести благодаря зонду Кассини, на котором установлен радар. Он позволяет при каждом пролете аппарата около луны обновлять сведения о топографии тела, покрывая новые области и улучшая знание старых, а измерения небольших изменений орбиты аппарата дают возможность постепенно создавать карту гравитационного поля Титана. Совместно с топографической картой, она указывает на особенности внутреннего строения – ведь если в каком-то месте поле сильнее, но на поверхности лишней массы – например, горы – нет, то что-то плотное есть под поверхностью. А поскольку под ледяной коркой находится вода, плотность которой в целом одинакова везде, можно узнать толщину ледяной коры.

Титан представляет большой интерес для ученых благодаря своему сходству с Землей. Как и наша планета, эта луна имеет слоистую структуру – в центре находится твердое ядро, состоящее изо льда и камня, оно покрыто мантией – водяным океаном, а сверху расположена ледяная кора.  В ядре должны оставаться радиоактивные элементы, запасенные Титаном при его образовании во времена молодости Солнечной системы. Как и на Земле, эти элементы понемногу распадаются, выделяя тепло, которое играет свою роль в поддержании океана.

Плотность Титана была определена при помощи его вращения. Вообще, Титан захвачен приливными силами в резонансное вращение по орбите, в результате оборот вокруг собственной оси вращения тело делает за то же время, что и оборот по орбите. Из-за этого вращение Титана вокруг оси довольно медленное, но все же оно позволяет оценить влияние на него гравитационных полей близлежащих тел и за счет этого определить момент инерции луны. А момент инерции напрямую зависит от плотностей и толщины слоев Титана. «Мы получили картину Титана с твердым, состоящим из льда и камня ядром радиусом чуть более 2000 километров, покрытого океаном толщиной в 225-300 километров, и все это завершает кора толщиной 200 километров», – говорит автор исследования Говард Зебкер, сотрудник Стенфорда.

Принятые модели внутреннего строения Титана подразумевают всего 100-километровую кору. Поэтому если в новой модели толщина получается заметно больше, то единственной причиной может служить меньшее количество тепла, вырабатываемого в недрах луны. Поскольку с приливными силами все довольно хорошо известно, в ядре должно быть меньше радиоактивных элементов, а значит, меньше камня и больше льда. Кроме того, Титан имеет приплюснутую форму. Как и Земля, Титан приплюснут на полюсах и немного вытянут на экваторе. Правда, в случае Титана основной причиной такого искажения является воздействие Сатурна, а не собственное вращение вокруг оси. Однако моделирование формы Титана, при котором он вытягивается гравитационным полем Сатурна, показывает меньшее отличие от сферы, чем наблюдается на самом деле. Это значит, что внутри луны гравитация Сатурна воздействует на материю, пытаясь придать ей нужную форму. Текущую форму вместе с силами, действующими на тело, можно объяснить, если предположить, что плотность Титана примерно одинакова по всей глубине, но различна по широтам, при этом на полюсах она должна быть в целом больше. А поскольку вода плотнее льда, логично предположить, что на полюсах просто тоньше кора, то есть меньше льда, но больше воды.

По подсчетам Зебкера, средняя толщина ледяной коры на полюсах на 3 километра меньше, чем в среднем по луне, тогда как на экваторе – на 3 километра больше. Вариации толщины ледяной коры Титана указывают на то, что поступление тепла также различно для разных широт луны. Но это различие вряд ли объясняется внутренними запасами Титана – тепло, поступающее изнутри, должно иметь равномерное распределение во всех направлениях. Причиной изменений может служить небольшая эллиптичность орбиты Титана. Из-за этого, а также и из-за несферичной формы луны, при движении по орбите возникают деформирующие силы, основной вклад в которые приходится, конечно, на Сатурн, хотя другие его спутники настолько велики, что их влияние нельзя не учесть. Они, правда, проявляются свое гравитационное поле в основном при близких проходах с Титаном и не имеют регулярного и повторяющегося воздействия на него. Тепло, выделяющееся при деформации любого тела, может иметь значительный порядок, если речь идет о деформации целой луны. Влияние Сатурна при этом таково, что полюса испытывают большие деформации, нежели полюса. Поэтому они получают больше тепла и ледяная кора, соответственно, истончается.