I løpet av de 13 årene og 76 dagene som Cassini oppdrag brukt rundt Saturn, orbiteren og dens lander (the Huygens sonde) avslørte mye om Saturn og dens systemer for måner. Dette gjelder spesielt Titan, Saturns største måne og en av de mest mystiske gjenstandene i solsystemet. Som et resultat av Cassinis mange flybys, lærte forskere mye om Titans metansjøer, nitrogenrike atmosfære og overflatefunksjoner.
Selv om Cassini kastet ut i Saturns atmosfære 15. september 2017, strømmer forskere fremdeles over tingene den avslørte. For eksempel, før det avsluttet oppdraget, fanget Cassini et bilde av en merkelig sky skyte høyt over Titans sørpol, en som er sammensatt av giftige, hybride ispartikler. Denne oppdagelsen er en annen indikasjon på den komplekse organiske kjemien som oppstår i Titans atmosfære og på overflaten.
Siden denne skyen var usynlig for det blotte øye, var den bare observerbar takket være Cassinis Composite Infrared Spectrometer (CIRS). Dette instrumentet oppdaget skyen i en høyde av fra 160 til 210 km (100 til 130 mi), langt over metanregnskyene i Titans troposfære. Det dekket også et stort område nær sørpolen, mellom 75 ° og 85 ° sørlig breddegrad.
Ved å bruke det kjemiske fingeravtrykket som ble oppnådd av CIRS-instrumentet, gjennomførte NASA-forskere også laboratorieeksperimenter for å rekonstruere den kjemiske sammensetningen av skyen. Disse eksperimentene bestemte at skyen var sammensatt av de organiske molekylene hydrogencyanid og benzen. Disse to kjemikaliene så ut til å ha kondensert sammen for å danne ispartikler, i stedet for å være lagdelte oppå hverandre.
For de som har brukt mer enn det siste tiåret på å studere Titans atmosfære, var dette et ganske interessant og uventet funn. Som Carrie Anderson, en CIRS-medetterforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center, sa i en fersk pressemelding fra NASA:
"Denne skyen representerer en ny kjemisk formel av is i Titans atmosfære. Det interessante er at denne skadelige isen er laget av to molekyler som kondenseres sammen av en rik blanding av gasser på sørpolen. "
Tilstedeværelsen av denne skyen rundt Titans sørpol er også et annet eksempel på månens globale sirkulasjonsmønster. Dette innebærer strømmer av varme gasser som blir sendt fra halvkule som opplever sommer til vinterhalvdel. Dette mønsteret snur retningen når årstidene endrer seg, noe som fører til en opphopning av skyer rundt hvilken pol som opplever vinteren.
Da Cassini-omløperen ankom Saturn i 20o4, opplevde Titans nordlige halvkule vinter - som begynte i 2004. Dette ble bevist av oppbygging av skyer rundt nordpolen, som Cassini oppdaget under sitt første møte med månen senere enn samme år. Tilsvarende fant de samme fenomenene sted rundt sørpolen nær slutten av Cassinis oppdrag.
Dette var i samsvar med sesongendringer på Titan, som finner sted omtrent hvert syv jordår - et år på Titan varer omtrent 29,5 jordår. Typisk er skyene som dannes i Titans atmosfære strukturert i lag, der forskjellige typer gass vil kondensere til isete skyer i forskjellige høyder. Hvilke som kondenserer er avhengig av hvor mye damp som er til stede og temperaturer - som blir stadig kaldere nærmere overflaten.
Noen ganger kan det imidlertid dannes forskjellige typer skyer over en høyde, eller kondensere med andre typer skyer. Dette så absolutt ut til å være tilfelle når det gjaldt den store skyen av hydrogencyanid og benzen som ble oppdaget over sørpolen. Bevis for denne skyen ble avledet fra tre sett Titan-observasjoner gjort med CIRS-instrumentet, som fant sted mellom juli og november 2015.
CIRS-instrumentet fungerer ved å skille infrarødt lys i de bestående fargene, og måler deretter styrkene til disse signalene ved de forskjellige bølgelengdene for å bestemme tilstedeværelsen av kjemiske signaturer. Tidligere ble det brukt til å identifisere tilstedeværelsen av iscyskyer med hydroksyanid over sørpolen, så vel som andre giftige kjemikalier i månens stratosfære.
Som F. Michael Flasar, CIRS hovedetterforsker på Goddard, sa:
“CIRS fungerer som et fjernmålerent termometer og som en kjemisk sonde, og plukker ut varmestrålingen som sendes ut av individuelle gasser i en atmosfære. Og instrumentet gjør alt eksternt, mens det går forbi en planet eller måne. ”
Når vi undersøkte observasjonsdataene for kjemiske "fingeravtrykk", la imidlertid Anderson og hennes kolleger merke til at spektralunderskriftene til den iskalde skyen ikke stemte overens med noen av et enkelt kjemisk stoff. For å løse dette begynte teamet å utføre laboratorieeksperimenter der blandinger av gasser ble kondensert i et kammer som simulerte forholdene i Titans stratosfære.
Etter å ha testet forskjellige par kjemikalier, fant de endelig et som stemte overens med den infrarøde signaturen observert av CIRS. Først prøvde de å la den ene gassen kondensere før den andre, men fant ut at de beste resultatene ble oppnådd når begge gassene ble introdusert og fikk kondensere samtidig. For å være rettferdig var dette ikke første gang Anderson og kollegene hennes hadde oppdaget kondensert is i CIRS-data.
For eksempel ble lignende observasjoner gjort nær nordpolen i 2005, omtrent to år etter at den nordlige halvkule opplevde sin vintersolverv. På den tiden ble de iskalde skyene oppdaget i mye lavere høyde (under 150 km, eller 93 mi) og viste kjemiske fingeravtrykk av hydrogensyanicid og caynoacetylen - en av de mer komplekse organiske molekylene i Titans atmosfære.
Denne forskjellen mellom denne og den siste deteksjonen av en hybridsky, kommer ifølge Anderson ned på forskjeller i sesongvariasjoner mellom nord- og sørpolene. Mens den nordlige polskyen observert i 2005 ble oppdaget omtrent to år etter den nordlige vintersolverv, ble den sørlige skyen Anderson og teamet hennes nylig undersøkt oppdaget to år før den sørlige vintersolverv.
Kort sagt er det mulig at blandingen av gassene var litt annerledes i de to tilfellene, og / eller at den nordlige skyen hadde en sjanse til å varme litt, og dermed forandret sammensetningen noe. Som Anderson forklarte, ble disse observasjonene muliggjort takket være de mange årene Cassini-oppdraget tilbrakte rundt Saturn:
”En av fordelene med Cassini var at vi klarte å fly Titan igjen og igjen i løpet av det tretten år lange oppdraget for å se endringer over tid. Dette er en stor del av verdien av et langsiktig oppdrag. ”
Det vil sikkert være behov for ytterligere studier for å bestemme strukturen til disse iskalde skyene med blandet sammensetning, og Anderson og hennes team har allerede noen ideer om hvordan de ville se ut. For pengene sine regner forskerne med at disse skyene er klumpete og uordnede, i stedet for veldefinerte krystaller som de enkeltkjemiske skyene.
I de kommende årene vil NASA-forskere sikkert bruke mye tid og energi på å sortere gjennom alle dataene som er innhentet av Cassini oppdrag i løpet av det 13-årige oppdraget. Hvem vet hva annet de vil oppdage før de har uttømt omløperens enorme datasamling?
Future Reading: NASA
