«С огромным количеством метана в его атмосфере, смог Титана подобен смогу Лос-Анджелеса на стероидах», — сказал Скотт Эджингтон, заместитель научного сотрудника проекта «Кассини» из Лаборатории реактивного движения НАСА, Пасадена, Калифорния. «Эти новые документы с использованием данных Кассини проливают свет на эту проблему. как тяжелые и сложные углеводородные молекулы, составляющие смог Титана, образовались из более простых молекул атмосферы. Теперь, когда они идентифицированы, долголетие миссии Кассини позволит изучить их изменение в зависимости от времен года на Титане ».
Из всех тел Солнечной системы самый большой спутник Сатурна, Титан, имеет атмосферу, наиболее напоминающую атмосферу Земли. Как и наша планета, атмосфера Титана в основном состоит из молекулярного азота. Однако, в отличие от атмосферы Земли, атмосфера Титана содержит лишь небольшие следы кислорода и воды.
Другая молекула, метан, играет аналогичную роль воды в атмосфере Земли и составляет около 2 процентов атмосферы Титана. Ученые предположили, что атмосфера этой луны может напоминать атмосферу нашей планеты в ее первые дни, до того, как примитивные живые организмы обогатили ее кислородом посредством фотосинтеза.
Когда солнечный свет или высокоэнергетические частицы из магнитного пузыря Сатурна попадают в слои атмосферы Титана на высоте более 600 миль (1000 километров), молекулы азота и метана там распадаются. Это приводит к образованию массивных положительных ионов и электронов, которые запускают цепочку химических реакций, производящих множество углеводородов, широкий спектр которых был обнаружен в атмосфере Титана. Эти реакции в конечном итоге приводят к образованию аэрозолей на основе углерода, крупных агрегатов атомов и молекул, которые находятся в нижних слоях дымки, окутывающей Титан, значительно ниже 300 миль (500 километров). Процесс похож на Землю, где смог начинается с солнечного света, разрушающего углеводороды, которые выбрасываются в воздух.
Полученные кусочки рекомбинируют, образуя более сложные молекулы.Аэрозоли в нижней дымке Титана были изучены с использованием данных спуска зонда Гюйгенс Европейского космического агентства, который достиг поверхности в 2005 году, но их происхождение осталось неясным. Новые исследования, анализирующие данные визуального и инфракрасного картографического спектрометра (VIMS) Кассини, собранные в июле и августе 2007 года, могут решить эту проблему. Одно новое исследование верхних слоев атмосферы Титана, опубликованное в Astrophysical Journal, описывает обнаружение ПАУ, которые представляют собой большие молекулы на основе углерода, которые образуются из агрегатов более мелких углеводородов.
«Мы наконец можем подтвердить, что ПАУ играют важную роль в образовании нижней дымки Титана, и что химические реакции, ведущие к образованию дымки, начинаются высоко в атмосфере», — сказал ведущий автор этой статьи Мануэль Лопес-Пуэртас из Институт астрофизики Андалусии в Гранаде, Испания. «Это открытие удивительно: мы давно подозревали, что ПАУ и аэрозоли связаны в атмосфере Титана, но не ожидали, что сможем доказать это с помощью современных инструментов».Группа ученых изучала излучение различных молекул в атмосфере Титана, когда они наткнулись на особенность данных. Одна из характерных линий в спектре — от выбросов метана — имела слегка аномальную форму, и ученые заподозрили, что она что-то скрывает.
Бьянка Мария Динелли из Института атмосферных наук и климата (входит в состав Национального исследовательского совета) в Болонье, Италия, была ведущим автором соответствующей статьи в журнале Geophysical Research Letters. Она и ее коллеги провели кропотливое расследование, чтобы определить химические вещества, ответственные за аномалию.
Дополнительный сигнал был обнаружен только в дневное время, поэтому он явно имел какое-то отношение к солнечному излучению.«Центральная длина волны этого сигнала, около 3,28 микрона, типична для ароматических соединений — молекул углеводородов, в которых атомы углерода связаны в кольцеобразные структуры», — сказал Динелли.
Ученые проверили, может ли неопознанное излучение быть произведено бензолом, простейшим ароматическим соединением, состоящим только из одного кольца, которое ранее было обнаружено в атмосфере Титана. Однако относительно низкие концентрации бензола недостаточны для объяснения наблюдаемого выброса.После исключения бензола ученые попытались воспроизвести наблюдаемое излучение с более сложными ПАУ.
Они проверили свои данные по базе данных инфракрасного спектра НАСА Эймса ПАУ. И они оказались успешными: данные можно объяснить как излучение смеси множества различных ПАУ, которые содержат в среднем 34 атома углерода и около 10 колец каждое.
«ПАУ очень эффективно поглощают ультрафиолетовое излучение Солнца, перераспределяют энергию внутри молекулы и, наконец, излучают ее в инфракрасном диапазоне длин волн», — сказал соавтор Альберто Адриани из Института космической астрофизики и планетологии Национального института астрофизики Италии (INAF). ) в Риме. Он является частью группы соисследователей Cassini-VIMS и начал это расследование. Он руководит командой, которая собирала и обрабатывала данные VIMS.Эти углеводороды также особенно способны испускать большое количество инфракрасного излучения даже в разреженной среде верхних слоев атмосферы Титана, где столкновения между молекулами не очень часты.
Сами молекулы являются промежуточным продуктом, образующимся, когда солнечное излучение ионизирует более мелкие молекулы в верхних слоях атмосферы Титана, которые затем коагулируют и тонут.Миссия Кассини-Гюйгенс — это совместный проект НАСА, ЕКА и итальянского космического агентства ASI. Лаборатория реактивного движения управляет миссией Кассини-Гюйгенс для Управления научных миссий НАСА, Вашингтон, округ Колумбия, США. Команда спектрометров для визуального и инфракрасного картирования базируется в Университете Аризоны, Тусон.
Калифорнийский технологический институт в Пасадене руководит Лабораторией реактивного движения для НАСА.