Протягом 13 років і 76 днів, що Кассіні місія, проведена навколо Сатурна, орбіти та її приземлення ( Гюйгенс зонд) розкрив багато про Сатурн та його системи супутників. Особливо це стосується Титана, найбільшого Місяця Сатурна та одного з найзагадковіших об’єктів Сонячної системи. В результаті багатьох мухомор Кассіні вчені дізналися багато про метанні озера Титану, атмосферу, багату азотом, і особливості поверхні.
Незважаючи на Кассіні поринувши в атмосферу Сатурна 15 вересня 2017 року, вчені досі переливають речі, які він виявив. Наприклад, перед тим, як закінчити свою місію, Кассіні зробив зображення дивної хмари, що пливе високо над південним полюсом Титану, тієї, яка складається з токсичних, гібридних частинок льоду. Це відкриття є ще одним свідченням складної органічної хімії, що виникає в атмосфері Титана і на його поверхні.
Оскільки ця хмара була невидима неозброєним оком, вона була помітна лише завдяки комбінованому інфрачервоному спектрометру Кассіні (CIRS). Цей інструмент помітив хмару на висоті від 160 до 210 км (100 до 130 миль), далеко над метановими дощовими хмарами тропосфери Титану. Він також охоплював велику територію біля південного полюса, між 75 ° та 85 ° південної широти.
Використовуючи хімічний відбиток, отриманий інструментом CIRS, дослідники NASA також проводили лабораторні експерименти з реконструкції хімічного складу хмари. Ці експерименти визначили, що хмара складається з органічних молекул ціаніду водню та бензолу. Ці дві хімічні речовини згущувалися разом, утворюючи частинки льоду, а не шаруються один на одного.
Для тих, хто за останні десятиліття провів атмосферу Титана, це було досить цікавою і несподіваною знахідкою. Як заявила Керрі Андерсон, співрозслідувач CIRS в Центрі космічних польотів НАСА Годдард, в останній заяві прес-служби NASA:
"Ця хмара являє собою нову хімічну формулу льоду в атмосфері Титана. Цікаво, що цей шкідливий лід складається з двох молекул, які конденсуються разом із багатої суміші газів на південному полюсі ".
Наявність цієї хмари навколо південного полюса Титану також є ще одним прикладом глобальної циркуляції Місяця. Сюди входять потоки теплих газів, що надходять з півсфери, яка переживає літо до півсфери. Ця закономірність зворотна, коли змінюються пори року, що призводить до нарощування хмар навколо того полюсу, який переживає зиму.
Коли орбіталь Кассіні приїхав до Сатурна в 20o4, північна півкуля Титану переживала зиму - почалася в 2004 році. Про це свідчить нарощування хмар навколо його північного полюса, яке Кассіні помітив під час своєї першої зустрічі з Місяцем пізніше того ж року. Аналогічно, ті ж явища мали місце і на південному полюсі, наприкінці місії Кассіні.
Це відповідало сезонним змінам на Титані, які відбуваються приблизно кожні сім земних років - рік на Титані триває близько 29,5 земних років. Зазвичай хмари, що утворюються в атмосфері Титана, структуровані в шари, де різні види газу конденсуються в крижані хмари на різній висоті. Хто з них конденсується, залежить від кількості пари і температури, яка стає ближче до поверхні.
Однак часом різні види хмар можуть утворюватися на діапазоні висот або спільно конденсуватися з іншими типами хмар. Це, безумовно, виявилося у випадку, коли мова зайшла про велику хмару ціаніду водню та бензолу, яка була помічена над південним полюсом. Докази цієї хмари були отримані з трьох наборів спостережень Титану, зроблених за допомогою інструменту CIRS, які відбулися в період з липня по листопад 2015 року.
Прилад CIRS працює, розділяючи інфрачервоне світло на складові кольори, а потім вимірює сили цих сигналів на різних довжинах хвиль, щоб визначити наявність хімічної сигнатури. Раніше його використовували для ідентифікації присутності льодяних хмари ціанідного водню над південним полюсом, а також інших токсичних хімічних речовин у стратосфері Місяця.
Як сказав Ф. Майкл Фласар, головний слідчий CIRS у Годдарді:
“CIRS діє як термометр дистанційного зондування і як хімічний зонд, вибираючи теплове випромінювання, яке виділяються окремими газами в атмосферу. І інструмент робить це все віддалено, проходячи повз планету чи місяць. "
Однак, вивчаючи дані спостережень на хімічні «відбитки пальців», Андерсон та її колеги помітили, що спектральні підписи крижаної хмари не відповідають характеристикам будь-яких окремих хімічних речовин. Для вирішення цього питання команда почала проводити лабораторні експерименти, де суміші газів конденсувались у камері, яка імітувала умови стратосфери Титана.
Випробувавши різні пари хімічних речовин, вони нарешті знайшли ту, яка відповідала інфрачервоній сигнатурі, яку спостерігав CIRS. Спочатку вони намагалися пустити один газ конденсуватися перед іншим, але виявили, що найкращі результати були отримані, коли обидва гази були введені і дозволяли конденсуватися одночасно. Якщо чесно, то не вперше Андерсон та її колеги виявили конденсований лід у даних CIRS.
Наприклад, подібні спостереження були зроблені біля північного полюса в 2005 році, приблизно через два роки після того, як північна півкуля пережила своє зимове сонцестояння. У той час крижані хмари були виявлені на значно меншій висоті (нижче 150 км, або 93 милі) і показали хімічні відбитки ціаніциду водню та кайноацетилену - однієї з найбільш складних органічних молекул в атмосфері Титана.
За словами Андерсона, ця різниця між цим та останнім виявленням гібридної хмари зводиться до відмінностей у сезонних коливаннях між північним та південним полюсами. Тоді як північна полярна хмара, яку спостерігали у 2005 році, була помічена приблизно через два роки після північного зимового сонцестояння, південна хмара Андерсона та її недавно оглянута команда була помічена за два роки до південного зимового сонцестояння.
Коротше кажучи, можливо, що суміш газів була дещо різною у двох випадках, та / або що північна хмара мала шанс трохи нагрітися, тим самим дещо змінивши її склад. Як пояснив Андерсон, ці спостереження стали можливими завдяки багато років, які Місія Кассіні провела навколо Сатурна:
«Однією з переваг Кассіні було те, що нам вдалося пролітати Титан знову і знову протягом тринадцятирічної місії, щоб побачити зміни з часом. Це велика частина цінності довгострокової місії ».
Додаткові дослідження, безумовно, знадобляться для визначення структури цих крижаних хмар змішаного складу, і Андерсон та її команда вже мають деякі ідеї, як вони виглядатимуть. За свої гроші дослідники розраховують, що ці хмари будуть кусковими та безладними, а не чітко вираженими кристалами, як однохімічні хмари.
В найближчі роки вчені НАСА впевнені, що витрачають багато часу та енергії на сортування всіх даних, отриманих Кассіні місії протягом своєї 13-річної місії. Хто знає, що ще вони виявлять до того, як вичерпали величезну колекцію даних орбітатора?
Майбутнє читання: NASA
