В течение 13 лет и 76 дней Кассини миссия, проведенная вокруг Сатурна, орбитального аппарата и его посадочного Гюйгенс зонд) много рассказал о Сатурне и его системах лун. Это особенно верно в отношении Титана, самой большой луны Сатурна и одного из самых загадочных объектов в Солнечной системе. В результате многочисленных полетов Кассини ученые узнали много нового о метановых озерах Титана, богатой азотом атмосфере и особенностях поверхности.
Даже не смотря на Кассини Погруженные в атмосферу Сатурна 15 сентября 2017 года, ученые все еще размышляют над тем, что он открыл. Например, прежде чем завершить свою миссию, Кассини запечатлел странное облако, плавающее высоко над южным полюсом Титана, которое состоит из токсичных гибридных частиц льда. Это открытие является еще одним свидетельством сложной органической химии, происходящей в атмосфере Титана и на его поверхности.
Поскольку это облако было невидимым невооруженным глазом, оно стало видимым только благодаря композитному инфракрасному спектрометру Кассини (CIRS). Этот прибор обнаружил облако на высоте около 160–210 км (100–130 миль), намного выше метановых дождевых облаков тропосферы Титана. Он также охватывал большую территорию около южного полюса, между 75 ° и 85 ° южной широты.
Используя химический отпечаток, полученный прибором CIRS, исследователи НАСА также провели лабораторные эксперименты по восстановлению химического состава облака. Эти эксперименты определили, что облако состояло из органических молекул цианистого водорода и бензола. Эти два химических вещества, казалось, конденсировались вместе, чтобы сформировать частицы льда, вместо того, чтобы быть наслоенными друг на друга.
Для тех, кто потратил больше десяти лет на изучение атмосферы Титана, это была довольно интересная и неожиданная находка. Как сказала Кэрри Андерсон, со-исследователь CIRS в Центре космических полетов имени Годдарда, НАСА, в недавнем заявлении для прессы НАСА:
«Это облако представляет новую химическую формулу льда в атмосфере Титана. Что интересно, этот ядовитый лед состоит из двух молекул, которые конденсировались вместе из богатой смеси газов на южном полюсе ».
Присутствие этого облака вокруг южного полюса Титана также является еще одним примером глобальных схем циркуляции Луны. Это включает потоки теплых газов, посылаемых из полушария, которое переживает лето, в полушарие, испытывающее зиму. Эта модель меняет направление, когда меняются времена года, что приводит к скоплению облаков вокруг того полюса, который переживает зиму.
Когда космический аппарат Кассини прибыл на Сатурн в 20:44, северное полушарие Титана переживало зиму, которая началась в 2004 году. Об этом свидетельствуют скопления облаков вокруг его северного полюса, которые Кассини заметил во время своей первой встречи с Луной позднее, чем в том же году. Аналогичным образом, то же самое происходило вокруг южного полюса в конце миссии Кассини.
Это соответствовало сезонным изменениям на Титане, которые происходят примерно каждые семь земных лет - год на Титане длится около 29,5 земных лет. Как правило, облака, которые образуются в атмосфере Титана, структурированы в слоях, где различные типы газа будут конденсироваться в ледяные облака на разных высотах. Какие из них конденсируются, зависит от того, сколько паров присутствует и температуры - которые становятся все более холодными ближе к поверхности.
Однако иногда облака разных типов могут образовываться на разных высотах или совместно с другими типами облаков. Это, безусловно, имело место в случае большого облака цианистого водорода и бензола, которое было обнаружено над южным полюсом. Доказательства этого облака были получены из трех наборов наблюдений Титана, выполненных с помощью инструмента CIRS, которые проводились в период с июля по ноябрь 2015 года.
Инструмент CIRS работает путем разделения инфракрасного света на составляющие его цвета, а затем измеряет силу этих сигналов на разных длинах волн, чтобы определить наличие химических сигнатур. Ранее он использовался для определения наличия ледяных облаков цианистого водорода над южным полюсом, а также других токсичных химических веществ в стратосфере Луны.
Как сказал Ф. Майкл Фласар, главный следователь CIRS в Годдарде:
«CIRS действует как термометр дистанционного зондирования и как химический зонд, измеряя тепловое излучение, испускаемое отдельными газами в атмосфере. И инструмент делает все это удаленно, проходя мимо планеты или луны ».
Однако, изучая данные наблюдений за химическими «отпечатками пальцев», Андерсон и ее коллеги заметили, что спектральные сигнатуры ледяного облака не совпадают с сигнатурами какого-либо отдельного химического вещества. Чтобы решить эту проблему, команда начала проводить лабораторные эксперименты, где смеси газов конденсировались в камере, которая моделировала условия в стратосфере Титана.
После тестирования различных пар химикатов, они наконец нашли тот, который соответствует инфракрасной сигнатуре, наблюдаемой CIRS. Сначала они пытались дать одному газу конденсироваться раньше другого, но обнаружили, что наилучшие результаты были получены, когда оба газа были введены и позволили конденсироваться одновременно. Справедливости ради, это был не первый случай, когда Андерсон и ее коллеги обнаружили соконденсированный лед в данных CIRS.
Например, аналогичные наблюдения были сделаны около северного полюса в 2005 году, примерно через два года после того, как северное полушарие пережило зимнее солнцестояние. В то время ледяные облака были обнаружены на гораздо меньшей высоте (ниже 150 км или 93 миль) и на них были видны химические отпечатки цианистого водорода и кайноацетилена - одной из более сложных органических молекул в атмосфере Титана.
Это различие между этим и последним обнаружением гибридного облака, согласно Андерсону, сводится к различиям в сезонных колебаниях между северным и южным полюсами. В то время как северное полярное облако, наблюдавшееся в 2005 году, было обнаружено примерно через два года после северного зимнего солнцестояния, южное облако Андерсон и его недавно исследованная группа были замечены за два года до южного зимнего солнцестояния.
Короче говоря, возможно, что смесь газов немного отличалась в обоих случаях, и / или что северное облако могло немного нагреться, что несколько изменило его состав. Как объяснил Андерсон, эти наблюдения стали возможными благодаря многолетнему опыту, проведенному миссией Кассини вокруг Сатурна:
«Одним из преимуществ Кассини было то, что мы могли снова и снова летать на Титане в течение тринадцатилетней миссии, чтобы увидеть изменения во времени. Это большая часть ценности долгосрочной миссии ».
Конечно, понадобятся дополнительные исследования, чтобы определить структуру этих ледяных облаков смешанного состава, и у Андерсона и ее команды уже есть некоторые идеи о том, как они будут выглядеть. За свои деньги исследователи ожидают, что эти облака будут комкими и беспорядочными, а не четко определенными кристаллами, такими как однохимические облака.
В ближайшие годы ученые НАСА, несомненно, будут тратить много времени и энергии на сортировку всех данных, полученных Кассини миссия в течение своей 13-летней миссии. Кто знает, что еще они обнаружат до того, как исчерпают огромные коллекции данных орбитального аппарата?
Будущее Чтение: НАСА
