Annak ellenére, hogy a Cassini Az orbiter 2017. szeptember 15-én fejezte be küldetését, a Szaturnuszról és annak legnagyobb holdjáról, a titánról gyűjtött adatok továbbra is meghökkentnek és csodálkoznak. A Saturna körül keringő tizenhárom év alatt, és holdainak repüléseit végezve, a szonda rengeteg adatot gyűjtött a Titán légköréről, a felszínről, a metán tavakról és a gazdag szerves környezetről, amelyekről a tudósok továbbra is pórusoznak.
Például a titán titokzatos „homokdűnék” kérdése a Titánon, amelyek természetükben organikusnak tűnnek, és amelyek szerkezete és eredete továbbra is megmaradt rejtélynek. E rejtélyek megoldása érdekében a John Hopkins Egyetem (JHU) és a Nanomechanics kutatócég egy csoportja nemrégiben végzett kutatást a Titan-dűnékről, és arra a következtetésre jutott, hogy valószínűleg a Titan egyenlítői térségében képződtek.
A „Honnan származik a Titan Sand: betekintés a titán homokjelöltek mechanikai tulajdonságaiból” című tanulmányukat nemrégiben jelentették meg online, és benyújtották a Geofizikai Kutatási Folyóirat: Planets. A tanulmányt Xinting Yu vezette, a JHU Föld- és Bolygótudományi Tanszékének (EPS) végzős hallgatója, valamint Sarah Horst (a Yu tanácsadója) Chao He és az EPS asszisztens professzora, Paociia McGuiggan, a Bryan Crawford támogatásával. Nanomechanics Inc.
A bontás érdekében a Titán homokdűnéit eredetileg észrevette Cassini radar műszerek a Shangri-La régióban, az Egyenlítő közelében. A szonda képein a hosszú, lineáris sötét csíkokat látták, amelyek úgy néztek ki, mint a Földön szél által átitatott dűnék. Felismerésük óta a tudósok elméletük szerint a szénhidrogének szemcsékből állnak, amelyek a felszínen a Titán légköréből telepedtek le.
A múltban a tudósok azt sejtették, hogy a titán metántavak körül északi régiókban képződnek, és a holdszelek által az egyenlítői térségben terjednek. De honnan jöttek ezek a gabonafélék, és hogy ezekben a dűneszerű formációkban hogyan osztották el őket, rejtély maradt. Amint azonban Yu e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak, ez csak egy része annak, ami titokzatosvá teszi ezeket a dűnéket:
„Először, senki sem számított arra, hogy homokdűnéket lát a Titanon a Cassini-Huygens misszió előtt, mivel a globális cirkulációs modellek előrejelzése szerint a szélsebesség Titanon túl gyenge ahhoz, hogy az anyagokat fújja a dűnékhez. A Cassini-on keresztül hatalmas lineáris dűnamezőket láttunk, amelyek a Titán egyenlítői régióinak csaknem 30% -át lefedik!
Másodszor, nem vagyunk biztosak abban, hogy a Titan homok hogyan alakulnak ki. A Titanon található dűnék anyagai teljesen különböznek a Földön található anyagoktól. A Földön a dűnaanyagok elsősorban a szilikátkövekből viharvert szilikátos homoktöredékek. Míg a Titanon a dűna anyag komplex szerves anyag, amelyet a légkörben lévő fotokémia képez, és a földre esik. A tanulmányok azt mutatják, hogy a dűne részecskék meglehetősen nagyok (legalább 100 mikron), míg a fotokémiailag képződött szerves részecskék a felület közelében még mindig nagyon kicsik (csak körülbelül 1 mikron). Tehát nem vagyunk biztosak benne, hogy a kis szerves részecskék hogyan alakulnak át a nagy homokdűne-részecskékké (millió egymás utáni szerves részecskére van szükséged egyetlen homokrészecske kialakításához!)
„Harmadszor, azt sem tudjuk, hogy a légkörben lévő szerves részecskék mikor kerülnek feldolgozásra, hogy nagyobbá váljanak, hogy a dűna részecskéket képezzék. Egyes tudósok szerint ezeket a részecskéket bárhol meg lehet dolgozni a dűne részecskék kialakítása céljából, míg mások kutatói szerint a képződést a Titán folyadékaival (metán és etán) kell összekapcsolni, amelyek jelenleg csak a sarki régiókban helyezkednek el. "
Ennek megvilágítására Yu és kollégái kísérleteket végeztek, hogy szimulálják a földi és jeges testekben szállított anyagokat. Ez több természetes Földhomok, például szilikátos tengerparti homok, karbonátos homok és fehér gipszos homok használatából állt. A Titánon található anyagok fajtájának szimulálására laboratóriumi úton előállított tholinokat használtak, amelyek metán molekulák, amelyek UV-sugárzásnak vannak kitéve.
A tholinok előállítását kifejezetten annak a szerves aeroszoloknak és a fotokémiai feltételeknek a visszaállításához végezték, amelyek a Titánon jellemzőek. Ezt a Johns Hopkins Egyetem Planetary HAZE Research (PHAZER) kísérleti rendszerével végezték el, amelynek fő kutatója Sarah Horst. Az utolsó lépés nanoidentifikációs technika alkalmazásából állt (amelyet Bryan Crawford, a Nanometrics Inc. felügyelete alatt állt) a szimulált homok és tholinek mechanikai tulajdonságainak tanulmányozására.
Ez abból állt, hogy a homok utánzó anyagokat és tholineket egy szélcsatornába helyezték, hogy meghatározzák azok mobilitását és megvizsgálják, lehet-e ugyanazon mintázatban eloszlatni őket. Amint Yu kifejtette:
„A tanulmány motivációja a harmadik rejtély megválaszolása. Ha a dűne anyagokat folyadékokon keresztül dolgozzák fel, amelyek a Titán sarkvidékein helyezkednek el, akkor elég erőseknek kell lenniük, hogy a pólusoktól a Titan egyenlítői régióiba szállhassanak, ahol a dűnék nagy része található. A laboratóriumban előállított tholinek mennyisége azonban rendkívül alacsony: az általunk előállított tholin film vastagsága mindössze 1 mikron, az emberi haj vastagságának körülbelül 1 / 10-1 / 100-a. Ennek kezelésére egy nagyon érdekes és pontos nanoméret-technikát használtunk, amelyet nanoindentationnek nevezünk. Annak ellenére, hogy a kialakult behúzások és repedések nanométeres skálákban vannak, mégis pontosan meghatározhatjuk a vékony film mechanikai tulajdonságait, például Young modulusát (merevségi mutató), nanoindenzációs keménységét (keménységét) és törésállóságát (törékenységi mutató). "
Végül a csapat megállapította, hogy a Titánon található szerves molekulák sokkal lágyabbak és törékenyebbek, még a Föld legpuhább homokkal összehasonlítva. Egyszerűen fogalmazva: az általuk előállított tholinek nem volt erőnk megtenni azt a hatalmas távolságot, amely a Titán északi metántavai és az Egyenlítői régió között fekszik. Ebből arra a következtetésre jutottak, hogy a Titánon a biohomok valószínűleg a közelükben alakul ki.
"És kialakulásuk nem járhat folyadékokkal a Titánon, mivel ehhez hatalmas, több mint 2000 kilométer hosszú szállítási távolság szükséges a Titán pólusaitól az Egyenlítőig" - tette hozzá Yu. „A puha és törékeny szerves részecskéket porra őrlik, mielőtt elérik az Egyenlítőt. Vizsgálatunkban egy teljesen más módszert használtunk, és megerősítettük a Cassini-megfigyelésekből levont eredmények némelyikét. ”
Végül, ez a tanulmány új irányt jelent a kutatók számára a Titán és a Naprendszer többi testének tanulmányozásakor. Amint Yu elmagyarázta, a múltban a kutatók többnyire korlátozottak voltak Cassini adatok és modellezés a Titan homokdűnékkel kapcsolatos kérdések megválaszolására. Ennek ellenére Yu és kollégái laboratóriumi úton előállított analógokat használtak fel ezekre a kérdésekre annak ellenére, hogy a Cassini a misszió most véget ért.
Sőt, ez a legújabb tanulmány bizonyosan hatalmas értéket képvisel, mivel a tudósok továbbra is bólogatnak Cassini adatok a Titánba irányuló jövőbeli missziók előrejelzésekor. Ezeknek a küldetéseknek a célja a Titán homokdűnék, metántavak és gazdag szerves kémia részletesebb tanulmányozása. Amint Yu kifejtette:
„Az [ur] eredmények nem csak a Titán dűnék és homok eredetének megértésében segíthetnek, hanem alapvető információkat nyújtanak a Titánon való esetleges jövőbeli leszállási missziók számára is, mint például a Dragonfly (a tizenkét javaslatból kiválasztott két döntős közül egy) a NASA New Frontiers programjának további koncepciófejlesztése). A szerves anyag anyagi tulajdonságai a Titánon valóban csodálatos nyomokat adhatnak a Titán rejtélyeinek néhány megoldására.
„Egy, a tavalyi JGR-bolygókban (2017, 122, 2610–2622) közzétett tanulmányunk során kiderült, hogy a tholin részecskék közötti részecskeközi erő sokkal nagyobb, mint a Földön található közönséges homoknál, ami azt jelenti, hogy a titánon a szerves anyagok sokkal több kohéziós (vagy tapadóbb), mint a szilikát homok a Földön. Ez azt jelenti, hogy nagyobb szélsebességre van szükség a homok részecskék fújásához a Titánon, ami segíthet a modellező kutatóknak az első rejtély megválaszolásában. Azt is sugallja, hogy a titán homokot a légkörben levő szerves részecskék egyszerű koagulációjával képezhetik, mivel sokkal könnyebb összetapadni. Ez segíthet megérteni a Titán homokdűnék második rejtélyét. ”
Ezenkívül ez a tanulmány kihatással van a Titánon kívüli test tanulmányozására is. "Szerves anyagot találtunk sok más Naprendszer testén, különösen a külső Naprendszer jeges testén, például a Plútón, a Neptunusz hold Tritonján és a 67P üstökösön" - mondta Yu. És néhány szerves anyag fotokémiailag is előállítva, hasonlóan a Titanhoz. És ezeken a testeken is találtunk szél által fújt tulajdonságokat (úgynevezett eolikus jellegzetességeket), így eredményeinket ezekre a bolygószervekre is alkalmazhatjuk. "
Az elkövetkező évtizedben több misszió várható a külső Naprendszer holdjainak felfedezésében, és olyan dolgok feltárásában gazdag környezetükről, amelyek segítséget nyújthatnak a Földön az élet eredete megvilágításában. Ezen felül a James Webb Űrtávcső (amelyet most várhatóan 2021-ben telepítenek be) fejlett hangszerkészletével a Naprendszer bolygóinak tanulmányozására is törekszik, annak érdekében, hogy megválaszolja ezeket az égő kérdéseket.
