Исследователи нашли ядовитое ледяное облако на Титане

Исследователи с помощью данных от космической станции «Кассини» установили присутствие токсичного льда в призрачных облаках над южным полюсом Титана — самого большого спутника Сатурна. Это открытие является самой лучшей демонстрацией того, что в атмосфере этого тела протекают сложные химические процессы, способные образовать облака в стратосфере. Эти явления являются частью глобальных процессов, которые помогают доставлять на поверхность Титана молекулы, участвующие в органических соединениях на Земле.

Невидимое для человеческого глаза, это облако было обнаружено в инфракрасных длинах волн специальным спектрометром CIRS на борту космического аппарата «Кассини». Облако это расположилось на высоте 160-210 километров от поверхности, что существенно выше дождевых метановых облаков в тропосфере Титана (самой низкой области атмосферы). Новое облако достаточно протяжённое и покрывает около Южного полюса площадь приблизительно между 75 и 85 градусами южной широты.

Потребовалось даже провести лабораторные эксперименты, чтобы найти химическую смесь, соответствующую спектральной подписи облака — так называемых химический отпечаток, измеренный инструментом CIRS. Эксперименты показали, что экзотический след в облаке является комбинацией простой молекулы синильной кислоты (цианистый водород) с большой молекулой бензола. Эти два вещества, похоже, были заморожены в одной и то же время и сформировали ледяные частицы вперемешку, вместо того, чтобы одной молекуле располагаться поверх другой.

«Это облако представляет новую химическую формулу льда в атмосфере Титана. Что интересно: этот ядовитый лёд составлен из двух молекул, которые конденсировали одновременно из богатой смеси газов на Южном полюсе Титана», — Кэрри Андерсон из Центра космических полётов имени Годдарда.

Ранее данные от CIRS помогли идентифицировать лёд синильной кислоты в облаках точно над Южным полюсом. Здесь же были обнаружены и другие ядохимикаты в стратосфере спутника. Глобальная циркуляция климата на Титане устроена таким образом, что поток тёплых газов от летнего полушария направляется к зимнему полюсу. Эта циркуляция изменяет направление, когда меняются сезоны, приводя к наращиванию облаков над тем полюсом, который находится в зимнем периоде. Вскоре после прибытия в систему Сатурна «Кассини» нашёл доказательства этого явления на Северном полюсе Титана. Позже, ближе к концу 13-го года работы станции, подобное образование облаков было зафиксировано и над Южным полюсом.

Последнее изображение Титана станцией «Кассини» перед её погружением в атмосферу Сатурна. Источник: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Самый простой способ представить структуру облака и то, как различные газы конденсируются на различных высотах, это представить слоёный пирог. Высота, на которой уплотняется газ в облаке, зависит от того, сколько пара присутствует и от температур, которые постепенно становятся ниже и ниже ближе к поверхности. Действительность же более сложная, однако, в связи с тем что каждый тип облака формируется в диапазоне высот, есть вероятность того, что для некоторых структур газ может замерзать одновременно во всём облаке. Такое явление называется соконденсация.

Андерсон и её коллеги использовали CIRS, чтобы отсортировать сложный набор инфракрасных отпечатков множества молекул в атмосфере Титана. Инструмент разделяет инфракрасный свет на составляющие цвета, как капли дождя, создающие радугу, и измеряет сильные места сигнала в различных длинах волн.

«CIRS действует как дистанционно зондирующий термометр и как химический зонд, выбирая тепловое излучение, испускаемое отдельными газами в атмосфере. И он делает это всё удалённо, пролетая над планетой или спутником», — Майкл Фласар, научный руководитель команды CIRS.

Новое облако, которое исследователи называют высотным облаком южного полюса, есть отличительная и очень сильная химическая подпись, которая выявляется в трёх набор наблюдений Титана, проводимых с июля по ноябрь 2015 года. Поскольку сезоны на этом спутнике длятся семь земных лет, всё это время на южном полюсе была поздняя осень.

Полученные спектральные подписи льда не соответствовали ни одному известному химическому соединению, именно поэтому учёные начали лабораторные эксперименты, чтобы попытаться одновременно конденсировать смесь газов. Используя криогенную камеру, которая может симулировать условия в стратосфере Титана, они протестировали смесь газов, у которых инфракрасные отпечатки были в нужной части спектра.

Сначала исследователям удалось конденсировать один газ, а затем другой. Но лучший результат был достигнут, когда в камеру была введена синильная кислота и бензол, что позволило смеси конденсировать одновременно. У бензола самого по себе не существует ярко выраженного отпечатка в дальнем инфракрасном диапазоне, но когда произошло смешение с цианистым водородом, возникло явление соконденсации, и сигнал полученного льда был близким к тому, который был получен с помощью наблюдений CIRS. Требуются дополнительные исследования, чтобы определить структуру соконденсированных частиц льда. Исследователи предполагают, что она будет шероховатой и беспорядочной, а не с чётко определёнными кристаллами.

Андерсон и её коллеги ранее нашли подобный пример соконденсированного льда в данных CIRS за 2005 год. Те наблюдения проводились около северного полюса Титана, спустя приблизительно два года после зимнего солнцестояния в северном полушарии. У того облака, сформированного на намного более низкой высоте (ниже 150 километров), был другой химический состав: синильная кислота и цианоацетилен — одна из наиболее сложных органических молекул, найденных в атмосфере Титана.

Андерсон приписывает различия в этих двух облаках сезонным изменениям на северном и южном полюсе. Северное облако было определено приблизительно за два года после северного зимнего солнцестояния, но южное облако было определено примерно за два года до южного зимнего солнцестояния. Возможно, что смеси газом немного отличались в этих двух случаях.

«Одно из преимуществ «Кассини» заключалось в том, что мы могли в течение 13 лет снова и снова наблюдать изменения климата в течение длительного времени. Это очень важная часть для долгосрочной миссии», — заключает Андерсон.

Источник: http://www.theuniversetimes.ru/issledovateli-nashli-yadovitoe-ledyanoe-oblako-na-titane.htmlUnder Creative Commons License: Attribution Non-Commercial Share Alike

Источник: www.theuniversetimes.ru