A 13 év és 76 nap alatt Cassini misszió a Saturn, a keringő és a leszálló körül (a Huygens próba) sokat tárt fel a Szaturnuszról és holdainak rendszeréről. Különösen igaz ez a Titánra, a Szaturnusz legnagyobb holdjára és a Naprendszer egyik leginkább titokzatos tárgyára. Cassini sok repülõképessége eredményeként a tudósok sokat tanultak a Titán metántagjairól, nitrogénben gazdag légkörérõl és a felület tulajdonságairól.
Annak ellenére Cassini 2017. szeptember 15-én belemerült a Szaturnusz légkörébe, a tudósok továbbra is azokra a dolgokra ömlik, amelyeket felfedt. Például a misszió befejezése előtt Cassini elfoglalt egy képet egy furcsa felhőről, amely magasan lebeg a Titán déli pólusa felett, és amely egy mérgező, hibrid jégrészecskékből áll. Ez a felfedezés a Titán légkörében és annak felületén előforduló összetett szerves kémia újabb jelzése.
Mivel ez a felhő szabad szemmel nem volt látható, csak a Cassini kompozit infravörös spektrométerének (CIRS) köszönhetően volt megfigyelhető. Ez a műszer észrevette a felhőt körülbelül 160–210 km tengerszint feletti magasságban, messze a titán troposzféra metán esőfelhőinek felett. Ezenkívül egy nagy területet fed le a déli pólus közelében, a déli szélesség 75 ° és 85 ° között.
A CIRS műszerrel kapott kémiai ujjlenyomat felhasználásával a NASA kutatói laboratóriumi kísérleteket is végeztek a felhő kémiai összetételének rekonstruálására. Ezek a kísérletek megállapították, hogy a felhő szerves molekulákból, hidrogén-cianidból és benzolból áll. Úgy tűnt, hogy ez a két vegyi anyag kondenzálódott jégrészecskékké, és nem feküdt egymásra.
Azok számára, akik az elmúlt évtizedben többet töltöttek a Titán légkörének tanulmányozására, ez egy meglehetősen érdekes és váratlan lelet volt. Ahogyan Carrie Anderson, a NASA Goddard űrrepülési központjának CIRS-nyomozója mondta a NASA nemrégiben kiadott sajtónyilatkozatában:
Ez a felhő a jég új kémiai összetételét képviseli a Titán légkörében. Érdekes az, hogy ez a káros jég két molekulaból áll, amelyek a déli póluson gazdag gázkeverékből összekondenzálódnak. "
A felhő jelenléte a Titán déli pólusa körül szintén egy példa a hold globális keringési mintáira. Ez magában foglalja a meleg gázok áramlását, amely a nyáron élõ féltekébõl a tél féltekéjére kerül. Ez a minta fordított irányba változik, amikor az évszakok változnak, ami felhők felhalmozódásához vezet, attól függően, hogy melyik pólus télen van.
Amikor a Cassini-féle keringő 20.4-kor érkezett a Szaturnuszhoz, a Titán északi féltekéjén tél volt - ami 2004-ben kezdődött. Ezt bizonyította az északi pólus körül felhők felhalmozódása, amelyet Cassini észrevette a Holdnal való első találkozás során, még ugyanebben az évben. Hasonlóképpen, ugyanez a jelenség zajlott a déli pólus körül Cassini küldetésének vége felé.
Ez összhangban állt a Titan szezonális változásaival, amelyek nagyjából minden hét Föld évben megtörténnek - egy év Titanán kb. 29,5 Föld évig tart. A Titán légkörében kialakuló felhők általában rétegekben vannak felépítve, ahol a különböző típusú gázok különböző magasságban jeges felhőkké kondenzálnak. Melyik kondenzálódik, attól függ, hogy mennyi gőz van jelen, és hőmérsékletektől - amelyek egyre hidegebbek lesznek a felülethez közelebb.
Időnként azonban különböző típusú felhők formálódhatnak különböző magasságokon, vagy kondenzálódhatnak más típusú felhőkkel. Ez minden bizonnyal úgy tűnt, hogy a hidrogén-cianid és a benzol nagy felhőjénél, amelyet a déli pólus fölött észleltek. A felhő bizonyítékait a CIRS-eszközzel elvégzett Titan-megfigyelések három csoportjából nyerték, amelyre 2015. július és november között került sor.
A CIRS eszköz úgy működik, hogy elválasztja az infravörös fényt alkotó színeiről, majd megméri ezen jelek erősségét a különböző hullámhosszon, hogy meghatározzák a kémiai aláírások jelenlétét. Korábban azt alkalmazták a hidrogén-cianid jégfelhők jelenlétének déli pólusán, valamint más mérgező vegyi anyagok jelenlétére a hold sztratoszférájában.
Mint mondta F. Michael Flasar, Goddard CIRS fő nyomozó:
„A CIRS távérzékelő hőmérőként és kémiai szondaként működik, és kiválasztja az atmoszférában az egyes gázok által kibocsátott hő sugárzást. És a műszer mindent távolról csinál, miközben elhalad egy bolygón vagy holdon. ”
Amikor azonban a kémiai „ujjlenyomatok” megfigyelési adatait megvizsgálta, Anderson és kollégái észrevették, hogy a jeges felhő spektrális jelei nem egyeznek meg egyetlen vegyi anyagéval. Ennek megoldására a csoport laboratóriumi kísérleteket folytatott, ahol a gázkeverékeket egy kamrában kondenzálták, amely a Titán sztratoszférájának körülményeit szimulálta.
Különböző vegyszerpárok tesztelése után végül megtaláltak egyet, amely megfelel a CIRS által megfigyelt infravörös jelnek. Eleinte megpróbálták hagyni, hogy az egyik gáz kondenzálódjon a másik előtt, de úgy találták, hogy a legjobb eredményeket akkor érik el, ha mindkét gázt bevezetik és egyszerre hagyják kondenzálni. Az igazságosság kedvéért ez nem volt az első alkalom, amikor Anderson és kollégái felfedezték a kondenzált jégkészletet a CIRS-adatokban.
Például hasonló megfigyeléseket hajtottak végre az északi pólus közelében 2005-ben, kb. Két évvel azután, hogy az északi féltekén megjelent a téli napforduló. Abban az időben a jeges felhőket sokkal alacsonyabb tengerszint feletti magasságban (150 km vagy 93 mérföld alatt) detektálták, és hidrogén-cianicid és caynoacetilene kémiai ujjlenyomatait mutatták - az egyik bonyolultabb szerves molekula a Titan légkörében.
Anderson szerint ez a különbség a hibrid felhő legfrissebb észlelése között az északi és a déli pólusok közötti szezonális eltérések közötti különbségekre vezethető vissza. Míg a 2005-ben megfigyelt északi sarki felhő körülbelül két évvel az északi téli napforduló után észlelhető, addig az Anderson és a nemrégiben vizsgált csapata két évvel a déli téli napforduló előtt észlelte a déli felhőt.
Röviden: lehetséges, hogy a két esetben a gázok keveréke kissé különbözött és / vagy az északi felhőnek esélye volt enyhén felmelegedni, ezáltal kissé megváltoztatva összetételét. Mint Anderson kifejtette, ezek a megfigyelések a Cassini-misszió Saturn körül töltött sok évének köszönhetően váltak lehetővé:
„A Cassini egyik előnye az volt, hogy a tizenhárom éves misszió során újra és újra meg tudtuk repülni a Titánnak, hogy idővel változásokat lehessen látni. Ez egy hosszú távú küldetés értékének nagy része. ”
A kevert összetételű jeges felhők szerkezetének meghatározásához minden bizonnyal további tanulmányokra van szükség, és Andersonnak és csapatanak már van ötletük arra, hogyan néznének ki. Pénzüket a kutatók elvárják, hogy ezek a felhők csomósak és rendezetlenek legyenek, nem pedig pontosan meghatározott kristályok, mint például az egyetlen kémiai felhők.
Az elkövetkező években a NASA tudósai biztosan sok időt és energiát szánnak az összes, a Cassini missziója a 13 éves küldetése során. Ki tudja, mit tudnak még felfedezni, mielőtt kimerítették volna a keringő óriási adatgyűjteményét?
Jövőbeli olvasmány: NASA
