W ciągu 13 lat i 76 dni, że Cassini misja spędzona wokół Saturna, orbitera i jego lądownika ( Huygens sonda) ujawniła wiele na temat Saturna i jego układów księżyców. Dotyczy to szczególnie Tytana, największego księżyca Saturna i jednego z najbardziej tajemniczych obiektów w Układzie Słonecznym. W wyniku wielu lotów muchy Cassiniego naukowcy dowiedzieli się wiele na temat jezior metanowych Tytana, atmosfery bogatej w azot i cech powierzchni.
Nawet jeśli Cassini zanurzone w atmosferze Saturna 15 września 2017 r. naukowcy wciąż wylewają się z odkrytych przez siebie rzeczy. Na przykład przed zakończeniem misji Cassini uchwycił zdjęcie dziwnej chmury unoszącej się wysoko nad biegunem południowym Tytana, która składa się z toksycznych, hybrydowych cząstek lodu. Odkrycie to jest kolejną oznaką złożonej chemii organicznej występującej w atmosferze Tytana i na jego powierzchni.
Ponieważ chmura ta była niewidoczna gołym okiem, można ją było zaobserwować tylko dzięki kompozytowemu spektrometrowi podczerwieni Cassini (CIRS). Ten instrument dostrzegł chmurę na wysokości około 160 do 210 km (100 do 130 mil), znacznie powyżej metanowych chmur deszczowych troposfery Tytana. Obejmował także duży obszar w pobliżu bieguna południowego, między 75 ° a 85 ° szerokości południowej.
Wykorzystując chemiczny odcisk palca uzyskany za pomocą instrumentu CIRS, naukowcy z NASA przeprowadzili również eksperymenty laboratoryjne w celu zrekonstruowania składu chemicznego chmury. Eksperymenty te wykazały, że chmura składa się z cząsteczek organicznych cyjanowodoru i benzenu. Wydaje się, że te dwie substancje chemiczne skondensowały się ze sobą, tworząc cząstki lodu, zamiast nakładania się na siebie nawzajem.
Dla tych, którzy spędzili więcej niż ostatnią dekadę badając atmosferę Tytana, było to dość interesujące i nieoczekiwane odkrycie. Jak Carrie Anderson, współ-śledczy CIRS w NASA Goddard Space Flight Center, powiedziała w ostatnim oświadczeniu prasowym NASA:
„Ta chmura reprezentuje nową chemiczną formułę lodu w atmosferze Tytana. Co ciekawe, ten szkodliwy lód składa się z dwóch cząsteczek, które skondensowały się razem z bogatej mieszanki gazów na biegunie południowym ”.
Obecność tej chmury wokół bieguna południowego Tytana jest również kolejnym przykładem globalnych wzorców krążenia Księżyca. Obejmuje to prądy ciepłych gazów wysyłane z półkuli, która przeżywa lato, do półkuli zimowej. Ten wzór zmienia kierunek, gdy zmieniają się pory roku, co prowadzi do gromadzenia się chmur wokół dowolnego bieguna, który doświadcza zimy.
Kiedy orbiter Cassini przybył na Saturna w 20o4, północna półkula Tytana przeżywała zimę - która rozpoczęła się w 2004 roku. Dowodem na to jest nagromadzenie się chmur wokół bieguna północnego, które Cassini zauważyła podczas pierwszego spotkania z księżycem później niż w tym samym roku. Podobnie, te same zjawiska miały miejsce wokół bieguna południowego pod koniec misji Cassiniego.
Było to zgodne z sezonowymi zmianami na Tytanie, które mają miejsce mniej więcej co siedem ziemskich lat - rok na Tytanie trwa około 29,5 ziemskich lat. Zazwyczaj chmury tworzące się w atmosferze Tytana są ułożone warstwowo, w których różne rodzaje gazu kondensują w lodowate chmury na różnych wysokościach. To, które kondensują, zależy od ilości pary i temperatur - które stają się coraz zimniejsze bliżej powierzchni.
Czasami jednak różne rodzaje chmur mogą tworzyć się na różnych wysokościach lub mogą się kondensować z innymi rodzajami chmur. Z pewnością wydawało się, że tak jest w przypadku dużej chmury cyjanowodoru i benzenu, która została zauważona nad biegunem południowym. Dowody istnienia tej chmury pochodzą z trzech zestawów obserwacji Tytana wykonanych za pomocą instrumentu CIRS, które miały miejsce od lipca do listopada 2015 r.
Przyrząd CIRS działa poprzez rozdzielenie światła podczerwonego na składowe kolory, a następnie mierzy siłę tych sygnałów przy różnych długościach fal, aby określić obecność podpisów chemicznych. Wcześniej używano go do identyfikowania obecności lodowych chmur cyjanowodoru nad biegunem południowym, a także innych toksycznych substancji chemicznych w stratosferze księżyca.
Jak powiedział F. Michael Flasar, główny śledczy CIRS w Goddard:
„CIRS działa jak termometr z funkcją teledetekcji i sonda chemiczna, wychwytując promieniowanie cieplne emitowane przez poszczególne gazy w atmosferze. A instrument robi to wszystko zdalnie, przechodząc obok planety lub księżyca. ”
Jednak podczas badania danych obserwacyjnych pod kątem chemicznych „odcisków palców” Anderson i jej koledzy zauważyli, że sygnatury spektralne lodowatej chmury nie pasują do sygnatur poszczególnych substancji chemicznych. Aby temu zaradzić, zespół rozpoczął eksperymenty laboratoryjne, w których mieszaniny gazów skraplano w komorze symulującej warunki w stratosferze Tytana.
Po przetestowaniu różnych par chemikaliów w końcu znaleźli taką, która pasuje do sygnatury w podczerwieni obserwowanej przez CIRS. Najpierw próbowali skroplić jeden gaz przed drugim, ale stwierdzili, że najlepsze wyniki uzyskano, gdy oba gazy wprowadzono i pozwolono na kondensację w tym samym czasie. Szczerze mówiąc, nie był to pierwszy raz, kiedy Anderson i jej koledzy odkryli skondensowany lód w danych CIRS.
Na przykład podobne obserwacje przeprowadzono w pobliżu bieguna północnego w 2005 r., Około dwa lata po tym, jak półkula północna doświadczyła przesilenia zimowego. W tym czasie lodowe chmury zostały wykryte na znacznie niższej wysokości (poniżej 150 km lub 93 mil) i wykazały chemiczne odciski palców cyjanobójczego wodoru i caynoacetylenu - jednej z bardziej złożonych cząsteczek organicznych w atmosferze Tytana.
Ta różnica między tym a ostatnim wykryciem chmury hybrydowej, według Andersona, sprowadza się do różnic w sezonowych zmianach między biegunami północnym i południowym. Podczas gdy północna chmura polarna zaobserwowana w 2005 r. Została zauważona około dwa lata po przesileniu zimowym północy, południową chmurę Anderson i jej zespół niedawno zbadano dwa lata przed przesileniem zimowym południowym.
Krótko mówiąc, możliwe jest, że mieszanina gazów była nieco inna w obu przypadkach i / lub że chmura północna miała szansę nieco się ogrzać, zmieniając nieco jej skład. Jak wyjaśnił Anderson, obserwacje te były możliwe dzięki wielu latom misji Cassini spędzonej wokół Saturna:
„Jedną z zalet Cassini było to, że byliśmy w stanie latać tytanem w ciągu trzynastoletniej misji obserwowania zmian w czasie. To duża część wartości długoterminowej misji. ”
Z pewnością potrzebne będą dodatkowe badania w celu ustalenia struktury tych lodowatych chmur o mieszanym składzie, a Anderson i jej zespół mają już pewne pomysły na to, jak będą wyglądać. Za swoje pieniądze naukowcy oczekują, że te chmury będą grudkowate i nieuporządkowane, a nie dobrze zdefiniowane kryształy, takie jak chmury jednochemiczne.
W nadchodzących latach naukowcy z NASA z pewnością spędzą mnóstwo czasu i energii na sortowaniu wszystkich danych uzyskanych przez Cassini misja w trakcie swojej 13-letniej misji. Kto wie, co jeszcze wykryją, zanim wyczerpią ogromne zbiory danych orbitera?
Przyszłe czytanie: NASA
