Расположенный в стратосфере Титана, облако сделано из соединения углерода и азота, известного как dicyanoacetylene (C4N2), компонент в химическом коктейле, который окрашивает туманную, коричневато-оранжевую атмосферу гигантской луны.Несколько десятилетий назад, инфракрасный инструмент на Путешественнике НАСА 1 космический корабль определил ледяное облако точно так же, как этот на Титане. Что озадачило ученых с тех пор, как это: они обнаружили меньше чем 1 процент dicyanoacetylene газа, необходимого для облака, чтобы уплотнить.Недавние наблюдения от миссии Кассини НАСА привели к подобному результату.
Используя сложный инфракрасный спектрометр Кассини или CIRS – который может определить спектральные отпечатки пальцев отдельных химикатов в атмосферном вареве – исследователи сочли большое, высотное облако сделанным из того же самого замороженного химиката. Все же, так же, как Путешественник нашел, когда дело доходит до формы пара этого химиката, CIRS сообщила, что стратосфера Титана так же суха как пустыня.«Появление этого ледяного облака идет вразрез со всем, что мы знаем о способе, которым облака формируются на Титане», сказала Кэрри Андерсон, co-следователь CIRS в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, Мэриленд и ведущем авторе исследования.Типичный процесс для формирования облаков включает уплотнение.
На Земле мы знакомы с циклом испарения и уплотнения воды. Тот же самый вид цикла происходит в тропосфере Титана – формирующем погоду слое атмосферы Титана – но с метаном вместо воды.Различный процесс уплотнения происходит в стратосфере – регионе выше тропосферы – на северных и южных зимних полюсах Титана. В этом случае слои облаков уплотняют, поскольку глобальный образец обращения вызывает теплые газы вниз на полюсе.
Газы тогда уплотняют, поскольку они снижаются через более прохладные и более прохладные слои полярной стратосферы.Так или иначе облако формируется, когда температура воздуха и давление благоприятны для пара, чтобы уплотнить в лед. Пар и лед достигают точки равновесия – равновесия – который определен температурой воздуха и давлением.
Из-за этого равновесия ученые могут вычислить сумму пара, где лед присутствует.«Для облаков, которые уплотняют, это равновесие обязательно, как закон тяготения», сказал Роберт Самуэльсон, заслуженный ученый из Годдара и соавтора бумаги.Но числа не вычисляют для облака, сделанного из dicyanoacetylene. Ученые решили, что им будет нужно по крайней мере в 100 раз больше пара, чтобы сформировать ледяное облако, где вершина облака наблюдалась CIRS Кассини.
Одно объяснение, предложенное вначале, состояло в том, что пар мог бы присутствовать, но инструмент Путешественника не был достаточно чувствителен в критическом диапазоне длины волны, должен был обнаружить его. Но когда CIRS также не нашел пар, Андерсон и ее коллеги Годдара и Калифорнийского технологического института предложили в целом различное объяснение. Вместо облака, формирующегося уплотнением, они думают ледяные формы C4N2 из-за реакций, происходящих на других видах ледяных частиц. Исследователи называют эту «твердотельную химию», потому что реакции включают лед, или тело, форму химиката.
Первый шаг в предложенном процессе – формирование ледяных частиц, сделанных из связанного химического cyanoacetylene (HC3N). Поскольку эти крошечные части льда понижаются через стратосферу Титана, они покрыты водородным цианидом (HCN). На данном этапе у ледяной частицы есть ядро и раковина, состоявшая из двух различных химикатов.
Иногда, фотон тоннелей ультрафиолетового света в замороженную раковину и спусковые механизмы ряд химических реакций во льду. Эти реакции могли начаться или в ядре или в раковине. Оба пути могут привести к dicyanoacetylene льду и водороду как продукты.Исследователи получили идею твердотельной химии от формирования облаков, вовлеченных в истончение озонового слоя высоко над полюсами Земли.
Хотя у стратосферы Земли есть скудная влажность, тонкие перламутровые облака (также названный полярными стратосферическими облаками) могут сформироваться при правильных условиях. В этих облаках имеющие хлор химикаты, которые вошли в атмосферу как в загрязнение, придерживаются кристаллов щербета, приводящего к химическим реакциям, которые выпускают разрушающие озон молекулы хлора.«Очень захватывающе думать, что мы, возможно, нашли примеры подобных твердотельных химических процессов и на Титане и на Земле», сказал Андерсон.Исследователи предлагают, чтобы на Титане реакции произошли в ледяных частицах, изолированных от атмосферы.
В этом случае, dicyanoacetylene лед не установил бы прямой контакт с атмосферой, которая объяснит, почему лед и формы пара не находятся в ожидаемом равновесии.«Составы полярных стратосфер Титана и Земли не могли отличаться больше», сказал Майкл Фласар, научный руководитель CIRS в Годдаре. «Удивительно видеть, как хорошо основная физика обеих атмосфер привела к аналогичной химии облака».Результаты изданы в журнале Geophysical Research Letters.Миссия Кассини-Гюйгенс – совместный проект НАСА, ЕКА (Европейское космическое агентство) и Итальянское космическое агентство.
Лаборатория реактивного движения НАСА, подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, управляет миссией для Научного Управления Миссии НАСА, Вашингтон. JPL проектировала, разработала и собрала орбитальный аппарат Кассини.
Инструмент CIRS был построен Годдаром.Для получения дополнительной информации о Кассини, посещении:http://www.nasa.gov/cassinihttp://saturn.jpl.nasa.gov