Under de 13 åren och 76 dagarna som Cassini uppdrag tillbringade runt Saturnus, omloppsbotten och dess landare ( Huygens sond) avslöjade en hel del om Saturnus och dess system för månar. Detta gäller särskilt Titan, Saturns största måne och ett av de mest mystiska föremålen i solsystemet. Som ett resultat av Cassinis många flybys lärde forskare mycket om Titans metansjöar, kväverik atmosfär och ytfunktioner.
Även om Cassini som kastade sig in i Saturnus atmosfär den 15 september 2017, forskare häller fortfarande över de saker som den avslöjade. Till exempel, innan det slutade sitt uppdrag, fångade Cassini en bild av ett konstigt moln som flyter högt över Titans sydpol, en som består av giftiga, hybridiska ispartiklar. Denna upptäckt är en annan indikation på den komplexa organiska kemi som förekommer i Titans atmosfär och på ytan.
Eftersom detta moln var osynligt för det blotta ögat, var det bara observerbart tack vare Cassinis Composite Infrared Spectrometer (CIRS). Detta instrument såg molnet på en höjd av cirka 160 till 210 km (100 till 130 mi), långt ovanför metanregnmolnen i Titans troposfär. Det täckte också ett stort område nära sydpolen, mellan 75 ° och 85 ° sydlig latitud.
Med hjälp av det kemiska fingeravtrycket som erhållits av CIRS-instrumentet genomförde NASA-forskare också laboratorieexperiment för att rekonstruera molnens kemiska sammansättning. Dessa experiment bestämde att molnet var sammansatt av de organiska molekylerna vätecyanid och bensen. Dessa två kemikalier tycktes ha kondenserat sig för att bilda ispartiklar, snarare än att ha skiktats ovanpå varandra.
För dem som har tillbringat mer än det senaste decenniet med att studera Titans atmosfär var detta en ganska intressant och oväntad fynd. Som Carrie Anderson, en CIRS-medutredare vid NASA: s Goddard Space Flight Center, sa i ett nyligen uttalande från NASA:
”Detta moln representerar en ny kemisk formel av is i Titans atmosfär. Det intressanta är att den skadliga isen är gjord av två molekyler som kondenseras tillsammans av en rik blandning av gaser på sydpolen. "
Närvaron av detta moln runt Titans södra pol är också ett annat exempel på månens globala cirkulationsmönster. Detta involverar strömmar av varma gaser som skickas från hemisfären som upplever sommar till hemisfären upplevelse vintern. Detta mönster vänder tillbaka när säsongerna förändras, vilket leder till en uppbyggnad av moln runt vilken pol som upplever vintern.
När Cassini-omloppet anlände till Saturnus 20o4 upplevde Titans norra halvklot vinter - som började 2004. Detta bevisades av uppbyggnaden av moln runt dess nordpol, som Cassini upptäckte under sitt första möte med månen senare än samma år. På samma sätt skedde samma fenomen runt sydpolen nära slutet av Cassinis uppdrag.
Detta stämde överens med säsongsförändringar på Titan, som sker ungefär var sjunde jordår - ett år på Titan varar cirka 29,5 jordår. Vanligtvis är molnen som bildas i Titans atmosfär strukturerade i lager, där olika typer av gas kommer att kondensera till isiga moln i olika höjder. Vilka som kondenserar beror på hur mycket ånga som finns och temperaturer - som blir stadig kallare närmare ytan.
Ibland kan emellertid olika typer av moln bildas över en höjdintervall, eller samkondenseras med andra typer av moln. Detta verkade verkligen vara fallet när det kom till det stora molnet vätecyanid och bensen som upptäcktes ovanför sydpolen. Bevis på detta moln härstammar från tre uppsättningar av Titan-observationer gjorda med CIRS-instrumentet, som ägde rum mellan juli och november 2015.
CIRS-instrumentet fungerar genom att separera infrarött ljus i sina beståndsfärger och mäter sedan styrkorna hos dessa signaler vid olika våglängder för att bestämma närvaron av kemiska signaturer. Tidigare användes det för att identifiera närvaron av vätecyanid-ismoln över sydpolen, liksom andra giftiga kemikalier i månens stratosfär.
Som F. Michael Flasar, CIRS huvudutredare på Goddard, sa:
”CIRS fungerar som en fjärrkännande termometer och som en kemisk sond, och väljer ut värmestrålningen från enskilda gaser i en atmosfär. Och instrumentet gör allt på distans, medan det går förbi en planet eller en måne. ”
Men när man undersöker observationsdata för kemiska ”fingeravtryck”, märkte Anderson och hennes kollegor att de iskalla molnens spektrala signaturer inte stämde överens med någon enskild kemikalies. För att ta itu med detta började teamet genomföra laboratorieexperiment där blandningar av gaser kondenserades i en kammare som simulerade förhållanden i Titans stratosfär.
Efter att ha testat olika kemikaliepar hittade de äntligen en som matchade den infraröda signaturen som observerades av CIRS. Till att börja med försökte de låta en gas kondensera före den andra, men fann att de bästa resultaten uppnåddes när båda gaserna infördes och fick kondensera samtidigt. För att vara rättvis var detta inte första gången som Anderson och hennes kollegor upptäckte samkondenserad is i CIRS-data.
Till exempel gjordes liknande observationer nära nordpolen 2005, ungefär två år efter att norra halvklotet upplevde sin vintersolstånd. Vid den tiden upptäcktes de iskalla molnen på en mycket lägre höjd (under 150 km, eller 93 mi) och visade kemiska fingeravtryck av vätecyanicid och caynoacetylen - en av de mer komplexa organiska molekylerna i Titans atmosfär.
Denna skillnad mellan detta och den senaste upptäckten av ett hybridmoln, enligt Anderson, beror på skillnader i säsongsvariationer mellan nord- och sydpolen. Medan det nordliga polära molnet som observerades 2005 upptäcktes ungefär två år efter det norra vintersolståndet, såg det södra molnet Anderson och hennes team som nyligen undersöktes två år före det södra vintersolståndet.
Kort sagt är det möjligt att blandningen av gaserna var något annorlunda i båda fallen, och / eller att det nordliga molnet hade en chans att värma något och därmed förändra sin sammansättning något. Som Anderson förklarade, gjordes dessa observationer möjliga tack vare de många åren som Cassini-uppdraget tillbringade runt Saturnus:
”En av fördelarna med Cassini var att vi kunde flyga Titan om och om igen under det trettonåriga uppdraget för att se förändringar över tiden. Detta är en stor del av värdet av ett långsiktigt uppdrag. ”
Ytterligare studier kommer säkert att behövas för att bestämma strukturen på dessa isiga moln med blandad sammansättning, och Anderson och hennes team har redan några idéer om hur de skulle se ut. För sina pengar förväntar sig forskarna att dessa moln är klumpiga och oordningliga, snarare än väl definierade kristaller som de enkelkemiska molnen.
Under de kommande åren kommer NASA-forskare säkert att spendera en hel del tid och energi på att sortera igenom all information som erhållits av Cassini uppdrag under sitt 13-åriga uppdrag. Vem vet vad de annars kommer att upptäcka innan de har uttömt banans enorma datasamling?
Framtida läsning: NASA
