I løbet af de 13 år og 76 dage, som Cassini mission brugt omkring Saturn, orbiteren og dens lander (the Huygens sonde) afslørede en hel del om Saturn og dens månesystemer. Dette gælder især Titan, Saturns største måne og en af de mest mystiske objekter i solsystemet. Som et resultat af Cassinis mange flybys lærte forskere meget om Titans methansøer, kvælstofrige atmosfære og overfladefunktioner.
Selv om Cassini kastet ud i Saturns atmosfære den 15. september 2017, hælder forskere stadig over de ting, den afslørede. For eksempel, før det sluttede sin mission, fangede Cassini et billede af en mærkelig sky, der flyder højt over Titans sydpol, en der er sammensat af giftige, hybride ispartikler. Denne opdagelse er en anden indikation af den komplekse organiske kemi, der forekommer i Titans atmosfære og på dens overflade.
Da denne sky var usynlig for det blotte øje, var den kun synlig takket være Cassinis Composite Infrared Spectrometer (CIRS). Dette instrument opdagede skyen i en højde af ca. 160 til 210 km (100 til 130 mi), langt over metanregnskyer i Titans troposfære. Det dækkede også et stort område nær sydpolen, mellem 75 ° og 85 ° sydlig bredde.
Ved hjælp af det kemiske fingeraftryk opnået af CIRS-instrumentet gennemførte NASA-forskere også laboratorieeksperimenter for at rekonstruere skyens kemiske sammensætning. Disse eksperimenter bestemte, at skyen var sammensat af de organiske molekyler hydrogencyanid og benzen. Disse to kemikalier så ud til at have kondenseret sammen til dannelse af ispartikler i stedet for at være lagdelt ovenpå hinanden.
For dem, der har brugt mere end det sidste årti med at studere Titans atmosfære, var dette et ret interessant og uventet fund. Som Carrie Anderson, en CIRS-co-efterforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center, sagde i en nylig NASA-pressemeddelelse:
”Denne sky repræsenterer en ny kemisk formel af is i Titans atmosfære. Det, der er interessant, er, at denne skadelige is er lavet af to molekyler, der kondenseres sammen af en rig blanding af gasser på sydpolen. ”
Tilstedeværelsen af denne sky omkring Titans sydpol er også et andet eksempel på månens globale cirkulationsmønstre. Dette involverer strømme af varme gasser, der sendes fra den halvkugle, der oplever sommer til vinteren på halvkuglen. Dette mønster vender retning, når årstiderne skifter, hvilket fører til en ophobning af skyer omkring hvilken pol der oplever vinteren.
Da Cassini-orbiteren ankom Saturn i 20o4, oplevede Titans nordlige halvkugle vinter - som begyndte i 2004. Dette blev beviset af opbygningen af skyer omkring sin nordpol, som Cassini opdagede under sit første møde med månen senere end samme år. Tilsvarende foregik de samme fænomener omkring sydpolen nær slutningen af Cassinis mission.
Dette var i overensstemmelse med sæsonændringer på Titan, der finder sted omtrent hvert syv jordår - et år på Titan varer ca. 29,5 jordår. Typisk er skyerne, der dannes i Titans atmosfære, struktureret i lag, hvor forskellige typer gas kondenseres til iskolde skyer i forskellige højder. Hvilke kondens, der er, afhænger af, hvor meget damp der er til stede, og temperaturer - som stadig bliver koldere tættere på overfladen.
Til tider kan forskellige typer skyer dannes over en række højder eller kondensere med andre typer skyer. Dette syntes bestemt at være tilfældet, når det kom til den store sky af brintcyanid og benzen, der blev plettet over sydpolen. Bevis for denne sky blev afledt af tre sæt Titan-observationer foretaget med CIRS-instrumentet, der fandt sted mellem juli og november 2015.
CIRS-instrumentet fungerer ved at adskille infrarødt lys i dets bestanddele farver og måler derefter styrken af disse signaler ved de forskellige bølgelængder for at bestemme tilstedeværelsen af kemiske signaturer. Tidligere blev det brugt til at identificere tilstedeværelsen af brintcyanidisskyer over sydpolen såvel som andre giftige kemikalier i månens stratosfære.
Som F. Michael Flasar, CIRS-hovedundersøger på Goddard, sagde:
”CIRS fungerer som et fjernfølende termometer og som en kemisk sonde, hvor man vælger den varmestråling, der udsendes af individuelle gasser i en atmosfære. Og instrumentet gør det hele på afstand, mens det går forbi en planet eller en måne. ”
Når man undersøgte observationsdataene for kemiske ”fingeraftryk”, bemærkede Anderson og hendes kolleger imidlertid, at de spektakulære underskrifter på den iskolde sky ikke stemmer overens med dem fra noget individuelt kemikalie. For at tackle dette begyndte teamet at udføre laboratorieeksperimenter, hvor blandinger af gasser blev kondenseret i et kammer, der simulerede forhold i Titans stratosfære.
Efter test af forskellige par kemikalier fandt de endelig et, der matchede den infrarøde signatur, der blev observeret af CIRS. Først prøvede de at lade den ene gas kondensere før den anden, men fandt, at de bedste resultater blev opnået, når begge gasser blev indført og fik lov til at kondensere på samme tid. For at være retfærdig var dette ikke første gang, at Anderson og hendes kolleger opdagede samkondenseret is i CIRS-data.
For eksempel blev der foretaget lignende observationer nær nordpolen i 2005, cirka to år efter, at den nordlige halvkugle oplevede sin vintersolstand. På det tidspunkt blev de iskolde skyer fundet i en meget lavere højde (under 150 km, eller 93 mi) og viste kemiske fingeraftryk af brintcyanicid og caynoacetylen - et af de mere komplekse organiske molekyler i Titans atmosfære.
Denne forskel mellem denne og den nyeste detektion af en hybridsky ifølge Anderson kommer ned på forskelle i sæsonvariationer mellem nord- og sydpolen. Mens den nordlige polære sky, der blev observeret i 2005, blev opdaget ca. to år efter den nordlige vintersolverv, blev den sydlige sky Anderson og hendes team for nylig undersøgt opdaget to år før den sydlige vintersolverv.
Kort sagt er det muligt, at blandingen af gasserne var lidt anderledes i de to tilfælde, og / eller at den nordlige sky havde en chance for at varme lidt, hvilket ændrede sammensætningen noget. Som Anderson forklarede, blev disse observationer muliggjort takket være de mange år, som Cassini-missionen tilbragte omkring Saturn:
”En af fordelene ved Cassini var, at vi var i stand til at flyve over Titan igen og igen i løbet af den tretten-årige mission for at se ændringer over tid. Dette er en stor del af værdien af en langvarig mission. ”
Yderligere undersøgelser vil bestemt være nødvendige for at bestemme strukturen af disse iskolde skyer med blandet sammensætning, og Anderson og hendes team har allerede nogle ideer til, hvordan de ville se ud. For deres penge forventer forskerne, at disse skyer er klumpede og uordnede, snarere end veldefinerede krystaller som de enkeltkemiske skyer.
I de kommende år vil NASA-forskere helt sikkert bruge en masse tid og energi på at sortere gennem alle de data, der er opnået af Cassini mission i løbet af sin 13-årige mission. Hvem ved hvad andet de vil opdage, før de har udtømt orbiterens enorme indsamling af data?
Fremtidig læsning: NASA
