Bildkredit: Keck
När Cassini-Huygens-rymdskeppet närmar sig ett möte i juli med Saturnus och månen Titan, ett team från University of California, Berkeley, har astronomer tagit fram en detaljerad titt på månens molntäcke och vad Huygens-sonden kommer att se när den dyker genom atmosfären av Titan att landa på ytan.
Astronomen Imke de Pater och hennes UC Berkeley-kollegor använde adaptiv optik på Keck-teleskopet på Hawaii för att avbilda kolväte-dis som omsluter månen och tog stillbilder i olika höjder från 150-200 kilometer ner till ytan. De samlade bilderna till en film som visar vad Huygens kommer att möta när den sjunker till ytan i januari 2005, sex månader efter att Cassini-rymdskeppet kommer in i bana runt Saturnus.
”Tidigare kunde vi se varje komponent i diset men visste inte var det var exakt i stratosfären eller troposfären. Det här är de första detaljerade bilderna på spridning av dis med höjd, ”sa atmosfärkemisten Mate Adamkovics, en doktorand vid UC Berkeleys högskolekemi. "Det är skillnaden mellan en röntgenstråle av atmosfären och en MRI."
"Detta visar vad som kan göras med de nya instrumenten på Keck-teleskopet," tilllade de Pater, med hänvisning till Near Infrared Spectrometer (NIRSPEC) monterad med det adaptiva optiksystemet. "Det här är första gången en film har skapats, vilket kan hjälpa oss att förstå meteorologin på Titan."
Adamkovics och de Pater noterar än även efter att Cassini når Saturnus i år, kan markbaserade observationer ge viktig information om hur Titans atmosfär förändras med tiden, och hur cirkulationen kopplar ihop den atmosfäriska kemin för att skapa aerosoler i Titans atmosfär. Detta kommer att bli ännu enklare nästa år när OSIRIS (OH-Suppressing Infra-Red Imaging Spectrograph) kommer online på Keck-teleskop, säger de Pater. OSIRIS är en nästan infraröd integrerad fältspektrograf, designad för Kecks adaptiva optiksystem som kan prova en liten rektangulär lapp av himmel, till skillnad från NIRSPEC, som provar en slits och måste skanna en lapp av himmel.
De Pater presenterar resultaten och filmen på torsdag 15 april på en internationell konferens i Nederländerna i anledning av den holländska forskaren Christiaan Huygens 375-årsdag. Huygens var den första "vetenskapliga direktören" för Acad? Mie Fran? Anis och upptäckaren av Titan, Saturns största måne, 1655. Den fyra dagar långa konferensen, som började 13 april, äger rum vid European Space & Technology Center i Noordwijk.
Cassini-Huygens uppdrag är ett internationellt samarbete mellan tre rymdbyråer - National Aeronautics and Space Administration, European Space Agency och italienska rymdbyrån - med bidrag från 17 nationer. Det lanserades från Kennedy Space Center den 15 oktober 1997. Rymdskeppet kommer fram till Saturnus i juli, med Cassini-omloppsplanen som förväntas skicka tillbaka data om planeten och dess månar under minst fyra år. Omkringaren kommer också att vidarebefordra data från Huygens-sonden när den kastar sig genom Titans atmosfär och efter att den landar på ytan nästa år.
Det som gör Titan så intressant är dess tycks likhet med en ung jord, en tid då livet antagligen uppstod och innan syre förändrade vår planets kemi. Atmosfärerna från både Titan och den tidiga jorden dominerades av nästan samma kväve.
Atans atmosfär har en betydande mängd metangas, som kemiskt förändras av ultraviolett ljus i den övre atmosfären, eller stratosfären, för att bilda långkedjiga kolväten, som kondenserar till partiklar som skapar en tät dis. Dessa kolväten, som kan vara som olja eller bensin, sätter sig så småningom på ytan. Radarobservationer visar plana områden på månens yta som kan vara pooler eller sjöar av propan eller butan, sade Adamkovics.
Astronomer har kunnat tränga igenom kolväte-diset för att titta på ytan med markbaserade teleskop med adaptiv optik eller speckle-interferometri och med Hubble Space Telescope, alltid med filter som gör att teleskopet kan se igenom "windows" i diset där metan absorberar inte.
Att avbilda själva diset har inte varit lika enkelt, främst för att människor har varit tvungna att observera på olika våglängder för att se det i specifika höjder.
"Fram till nu kom det vi visste om distribution av dis från olika grupper med olika tekniker, olika filter," sade Adamkovics. "Vi får allt det på en gång: 3D-distributionen av dis på Titan, hur mycket på varje plats på planeten och hur högt i atmosfären, i en observation."
NIRSPEC-instrumentet på Keck-teleskopet mäter intensiteten hos ett band med nära-infraröda våglängder på en gång när det skannar cirka 10 skivor längs Titans yta. Den här tekniken möjliggör rekonstruktion av dis eller höjd eftersom specifika våglängder måste komma från specifika höjder, annars är de inte alls synliga på grund av absorption.
Filmen Adamkovics och de Pater sätter ihop visar en disfördelning som liknar vad som hade observerats tidigare, men mer fullständigt och monterat på ett mer användarvänligt sätt. Till exempel är dis i atmosfären över Sydpolen mycket tydligt, på en höjd mellan 30 och 50 kilometer. Denna dis är känd för att bilda säsongsmässigt och försvinna under Titan-året, vilket är cirka 29 1/2 jordår.
Stratosfärisk dis på cirka 150 kilometer är synlig över ett stort område på norra halvklotet, men inte den södra halvklotet, en tidigare asymmetri.
På tropopausen på södra halvklotet, gränsen mellan den undre atmosfären och stratosfären på ungefär 42 kilometer höjd, är cirrusdimma synlig, analog med cirrusdun på jorden.
Observationerna gjordes den 19, 20 och 22 februari 2001 av de Pater och kollega Henry G. Roe från California Institute of Technology och analyserades av Adamkovics med hjälp av modeller gjorda av Caitlin A. Griffith från University of Arizona, med medförfattare SG Gibbard från Lawrence Livermore National Laboratory.
Arbetet sponsrades delvis av National Science Foundation och Technology Center for Adaptive Optics.
Originalkälla: UC Berkeley News Release
