13 vuoden ja 76 päivän aikana Cassini operaatio, joka vietettiin Saturnuksen, kiertäjän ja sen laskijan ( Huygens anturi) paljasti paljon Saturnusta ja sen kuunjärjestelmistä. Tämä pätee erityisesti Titaniin, Saturnuksen suurimpaan kuuhun ja aurinkojärjestelmän salaperäisimpiin esineisiin. Cassinin monien lentävien tyttöjen seurauksena tutkijat oppivat paljon Titanin metaanijärvistä, typpirikkaasta ilmakehästä ja pintaominaisuuksista.
Vaikkakin Cassini syöksyi Saturnuksen ilmakehään 15. syyskuuta 2017, tutkijat kaatavat edelleen sen paljastamia asioita. Esimerkiksi ennen tehtävänsä päättymistä Cassini otti kuvan omituisesta pilvestä, joka kellui korkealla Titanin etelänavan yläpuolella, ja se koostuu myrkyllisistä, hybridiisistä jäähiukkasista. Tämä löytö on toinen osoitus monimutkaisesta orgaanisesta kemiasta, joka tapahtuu Titanin ilmakehässä ja sen pinnalla.
Koska tämä pilvi oli näkymätön paljaalla silmällä, se oli havaittavissa vain Cassinin Composite Infrapunaspektrometrin (CIRS) ansiosta. Tämä instrumentti huomasi pilven noin 160 - 210 km (100 - 130 mi) korkeudessa, kaukana Titanin troposfäärin metaanisateiden pilvien yläpuolella. Se kattoi myös suuren alueen etelänavan lähellä, välillä 75 ° - 85 ° eteläistä leveyttä.
NASA: n tutkijat suorittivat myös CIRS-instrumentin kemiallisen sormenjäljen avulla laboratoriokokeita pilven kemiallisen koostumuksen rekonstruoimiseksi. Nämä kokeet määrittivät, että pilvi koostui orgaanisista molekyyleistä, vety- syanidista ja bentseenistä. Nämä kaksi kemikaalia näyttivät tiivistyneen toisiinsa muodostaen jäähiukkasia sen sijaan, että ne olisivat kerrostettuja toistensa päälle.
Niille, jotka ovat viettäneet yli viimeisen vuosikymmenen Titanin ilmapiiriä tutkiessaan, tämä oli melko mielenkiintoinen ja odottamaton löytö. Kuten NASA: n Goddardin avaruuslentokeskuksen CIRS-tutkija Carrie Anderson sanoi äskettäisessä NASA: n lehdistötiedotteessa:
”Tämä pilvi edustaa uutta jään kemiallista kaavaa Titanin ilmakehässä. Mielenkiintoista on, että tämä haitallista jäätä on tehty kahdesta molekyylistä, jotka tiivistyvät yhteen rikkaasta kaasuseoksesta etelänavalla. "
Tämän pilven läsnäolo Titanin eteläisen navan ympärillä on myös toinen esimerkki kuun maailmanlaajuisista liikkeestä. Tähän sisältyy lämmin kaasuvirta, joka lähetetään kesällä olevasta pallonpuoliskosta talvipallokokemuksen pallonpuoliskolle. Tämä kuvio käänteiseen suuntaan vuodenaikojen muuttuessa, mikä johtaa pilvien kertymiseen sen puoleisen pylvään ympärillä, joka talvella on.
Kun Cassini-kiertäjä saapui Saturnukseen 20o4, Titanin pohjoisella pallonpuoliskolla oli talvi - joka alkoi vuonna 2004. Tästä todisti pilvien kertyminen pohjoisnavan ympärille, jonka Cassini huomasi ensimmäisessä kohtaamisessaan kuuun myöhemmin kuin samana vuonna. Samoin samat ilmiöt tapahtuivat etelänavan lähellä Cassinin tehtävän loppupuolella.
Tämä oli yhdenmukaista Titanin kausivaihtelujen kanssa, joita tapahtuu suunnilleen joka seitsemän maapallon vuotta - vuosi Titanilla kestää noin 29,5 maapallon vuotta. Titanin ilmakehässä muodostuvat pilvet on tyypillisesti kerrostettu, jolloin erityyppiset kaasut tiivistyvät jäisiksi pilviksi eri korkeuksilla. Mitkä kondensoituvat, riippuu siitä, kuinka paljon höyryä on läsnä ja lämpötiloista - jotka muuttuvat tasaisesti kylmemmäksi lähempänä pintaa.
Toisinaan erityyppisiä pilviä voi kuitenkin muodostua useilla korkeuksilla tai tiivistyä samanaikaisesti muun tyyppisten pilvien kanssa. Näin varmasti näytti olevan tilanne, kun kyse oli suuresta syaanivety- ja bentseenipilvestä, joka havaittiin etelänavan yläpuolella. Todisteet tästä pilvestä on saatu kolmesta Titan-havaintojoukosta, jotka tehtiin CIRS-instrumentilla ja jotka tapahtuivat heinäkuusta marraskuuhun 2015.
CIRS-instrumentti toimii erottamalla infrapunavalo sen väreihin ja mittaa sitten näiden signaalien voimakkuudet eri aallonpituuksilla kemiallisten allekirjoitusten esiintymisen määrittämiseksi. Aikaisemmin sitä käytettiin syaanivetyjään pilvien esiintymiseen etelänavan sekä muiden myrkyllisten kemikaalien esiintymiseksi kuun stratosfäärissä.
Kuten CIRS: n päätutkija Goddardissa F. Michael Flasar sanoi:
”CIRS toimii etälämpömittarina ja kemiallisena koettimena, joka poimii ilmakehän yksittäisten kaasujen lähettämän lämmön säteilyn. Ja instrumentti tekee kaiken etäisesti ohittaen planeetan tai kuun. ”
Kuitenkin tutkiessaan kemiallisten ”sormenjälkien” havaintotietoja, Anderson ja hänen kollegansa huomasivat, että jäisen pilven spektrit eivät vastanneet minkään yksittäisen kemikaalin signaaleja. Tämän ratkaisemiseksi ryhmä aloitti laboratoriokokeiden suorittamisen, joissa kaasuseokset tiivistettiin kammioon, joka simuloi Titanin stratosfäärin olosuhteita.
Tutkittuaan erilaisia kemikaalipareja, he lopulta löysivät yhden, joka vastasi CIRS: n havaitsemaa infrapunasignaalia. Aluksi he yrittivät antaa yhden kaasun tiivistyä ennen toista, mutta huomasivat, että parhaat tulokset saavutettiin, kun molemmat kaasut syötettiin ja annettiin tiivistyä samanaikaisesti. Oikeudenmukaisesti sanottuna tämä ei ollut ensimmäinen kerta, kun Anderson ja hänen kollegansa olivat löytäneet yhdessä tiivistetyn jään CIRS-tiedoista.
Esimerkiksi vastaavia havaintoja tehtiin pohjoisnavan lähellä vuonna 2005, noin kaksi vuotta sen jälkeen, kun pohjoisella pallonpuoliskolla oli koettu talvipäivänseisaus. Tuolloin jäiset pilvet havaittiin paljon alemmalla korkeudella (alle 150 km tai 93 mailia), ja niistä saatiin kemiallisia sormenjälkiä syaanimyrkkystä ja kayanoasetyleenistä - yhdestä monimutkaisemmista orgaanisista molekyyleistä Titanin ilmakehässä.
Andersonin mukaan tämä ero hybridipilven viimeisimmän havaitsemisen välillä johtuu eroista kausivaihteluissa pohjoisen ja eteläisen napojen välillä. Kun vuonna 2005 havaittu pohjoinen napapilvi havaittiin noin kaksi vuotta pohjoisen talvipäivänseisauksen jälkeen, eteläinen pilvi Anderson ja hänen äskettäin tutkittamansa joukkue havaittiin kaksi vuotta ennen eteläistä talvipäivänseisausta.
Lyhyesti sanottuna on mahdollista, että kaasuseos oli hiukan erilainen molemmissa tapauksissa ja / tai että pohjoisella pilvellä oli mahdollisuus lämmetä hieman muuttaen siten sen koostumusta jonkin verran. Kuten Anderson selitti, nämä havainnot tehtiin mahdollista niiden monien vuosien ansiosta, jotka Cassini-operaatio vietti Saturnuksen ympärille:
”Yksi Cassinin eduista oli, että pystyimme lentämään Titanin uudestaan ja uudestaan kolmentoista vuoden matkan aikana nähdä muutoksia ajan myötä. Tämä on iso osa pitkän aikavälin tehtävän arvoa. ”
Näiden sekoitettujen jäisevien pilvien rakenteen määrittämiseksi tarvitaan varmasti lisätutkimuksia, ja Andersonilla ja hänen tiimillään on jo ideoita siitä, miltä ne näyttäisivät. Rahoiltaan tutkijat odottavat näiden pilvien olevan murtuneita ja häiriintyneitä, eikä selkeästi määriteltyjen kiteiden, kuten yhden kemiallisen pilven sijaan.
NASA-tutkijat vievät tulevina vuosina varmasti paljon aikaa ja energiaa lajitteluun kaikkien Cassini operaation aikana 13-vuotisen tehtävänsä aikana. Kuka tietää, mitä muuta he havaitsevat, ennen kuin ovat käyttäneet välittäjän laajat tietokokoelmat?
Tuleva lukeminen: NASA
