Under de 13 år och 76 dagar som Cassiniuppdrag tillbringade runt Saturnus, orbiter och dess landare (den Huygenssond ) avslöjade en hel del om Saturnus och dess månsystem. Detta gäller särskilt Titan, Saturnus största måne och ett av de mest mystiska objekten i solsystemet. Som ett resultat av Cassinis många förbiflygningar lärde sig forskare mycket om Titans metansjöar, kväverika atmosfär och ytegenskaper.
Även omCassinikastade sig in i Saturnus atmosfär på 15 september 2017 , forskare häller fortfarande över de saker som den avslöjat. Till exempel, innan det avslutade sitt uppdrag, tog Cassini en bild av en konstigt moln flyter högt över Titans sydpol, en som är sammansatt av giftiga hybridispartiklar. Denna upptäckt är ytterligare en indikation på den komplexa organiska kemin som förekommer i Titans atmosfär och på dess yta.
Eftersom detta moln var osynligt för blotta ögat var det bara observerbart tack vare Cassinis Komposit infraröd spektrometer (CIRS). Detta instrument upptäckte molnet på en höjd av cirka 160 till 210 km (100 till 130 mi), långt ovanför metanregnmolnen i Titans troposfär. Den täckte också ett stort område nära sydpolen, mellan 75° och 85° sydlig latitud.
Konstnärskoncept av Cassinis sista stunder vid Saturnus. Kredit: NASA/JPL.
Med hjälp av det kemiska fingeravtrycket som erhållits av CIRS-instrumentet genomförde NASA-forskare också laboratorieexperiment för att rekonstruera molnets kemiska sammansättning. Dessa experiment fastställde att molnet bestod av de organiska molekylerna cyanväte och bensen. Dessa två kemikalier verkade ha kondenserats tillsammans för att bilda ispartiklar, snarare än att läggas ovanpå varandra.
För dem som har ägnat mer än det senaste decenniet åt att studera Titans atmosfär var detta ett ganska intressant och oväntat fynd. Som Carrie Anderson, en CIRS-medutredare vid NASA:s Goddard Space Flight Center, sa i en nyligen genomförd NASA pressmeddelande :
'Detta moln representerar en ny kemisk formel för is i Titans atmosfär. Det som är intressant är att den här skadliga isen är gjord av två molekyler som kondenseras tillsammans ur en rik blandning av gaser vid sydpolen.'
Närvaron av detta moln runt Titans sydpol är också ett annat exempel på månens globala cirkulationsmönster. Detta innebär att strömmar av varma gaser skickas från halvklotet som upplever sommar till halvklotet som upplever vintern. Detta mönster vänder riktningen när årstiderna ändras, vilket leder till en uppbyggnad av moln runt vilken pol som än har vinter.
Konstnärens intryck av Saturnus måne Titan visar förändringen i observerade atmosfäriska effekter före, under och efter dagjämningen 2009. Kredit: NASA
När Cassini-omloppsbanan anlände till Saturnus 20o4, upplevde Titans norra halvklot vinter – som började 2004. Detta bevisades av ansamlingen av moln runt dess nordpol, som Cassini upptäckte under sitt första möte med månen senare än samma år. På samma sätt ägde samma fenomen rum runt sydpolen nära slutet av Cassinis uppdrag.
Detta överensstämde med säsongsmässiga förändringar på Titan, som äger rum ungefär vart sjunde jordår – ett år på Titan varar cirka 29,5 jordår. Vanligtvis är molnen som bildas i Titans atmosfär strukturerade i lager, där olika typer av gas kommer att kondensera till isiga moln på olika höjder. Vilka som kondenserar beror på hur mycket ånga som finns och temperaturer – som blir stadigt kallare närmare ytan.
Men ibland kan olika typer av moln bildas över en rad höjder, eller samkondensera med andra typer av moln. Detta verkade verkligen vara fallet när det kom till det stora molnet av cyanväte och bensen som sågs ovanför sydpolen. Bevis för detta moln härleddes från tre uppsättningar Titanobservationer som gjordes med CIRS-instrumentet, som ägde rum mellan juli och november 2015.
CIRS-instrumentet fungerar genom att separera infrarött ljus i dess ingående färger och mäter sedan styrkan hos dessa signaler vid olika våglängder för att fastställa förekomsten av kemiska signaturer. Tidigare användes den för att identifiera närvaron av vätecyanid-ismoln över sydpolen, såväl som andra giftiga kemikalier i månens stratosfär.
Konstnärens intryck av Cassini orbiter's Composite Infrared Spectrometer (CIRS). Kredit: NASA-JPL
Som F. Michael Flasar, CIRS:s huvudutredare på Goddard, sa :
'CIRS fungerar som en fjärravkännande termometer och som en kemisk sond som plockar ut värmestrålningen som avges av enskilda gaser i en atmosfär. Och instrumentet gör allt på distans, medan det passerar en planet eller måne.'
Men när de undersökte observationsdata för kemiska 'fingeravtryck', märkte Anderson och hennes kollegor att de spektrala signaturerna för det isiga molnet inte matchade dem för någon enskild kemikalie. För att ta itu med detta började teamet genomföra laboratorieexperiment där blandningar av gaser kondenserades i en kammare som simulerade förhållanden i Titans stratosfär.
Efter att ha testat olika par kemikalier hittade de till slut en som matchade den infraröda signaturen som observerades av CIRS. Först försökte man låta den ena gasen kondensera före den andra, men fann att de bästa resultaten fick man när båda gaserna infördes och fick kondensera samtidigt. För att vara rättvis var detta inte första gången som Anderson och hennes kollegor upptäckte co-kondenserad is i CIRS-data.
Till exempel gjordes liknande observationer nära nordpolen 2005, ungefär två år efter att det norra halvklotet upplevde sitt vintersolstånd. Vid den tiden upptäcktes de isiga molnen på en mycket lägre höjd (under 150 km, eller 93 mi) och visade kemiska fingeravtryck av vätecyanicid och caynoacetylen – en av de mer komplexa organiska molekylerna i Titans atmosfär.
Konstnärens intryck av Cassini-banan som kommer in i Saturnus atmosfär. Kredit: NASA/JPL
Denna skillnad mellan detta och den senaste upptäckten av ett hybridmoln, enligt Anderson, beror på skillnader i säsongsvariationer mellan nord- och sydpolen. Medan det nordliga polarmolnet som observerades 2005 sågs ungefär två år efter det norra vintersolståndet, sågs det södra molnet som Anderson och hennes team nyligen undersökte två år före södra vintersolståndet.
Kort sagt, det är möjligt att blandningen av gaserna var något annorlunda i de två fallen, och/eller att det norra molnet hade en chans att värmas upp något och därmed ändrade dess sammansättning något. Som Anderson förklarade gjordes dessa observationer möjliga tack vare de många år som Cassini-uppdraget tillbringade runt Saturnus:
'En av fördelarna med Cassini var att vi kunde flyga förbi Titan gång på gång under det trettonåriga uppdraget för att se förändringar över tiden. Detta är en stor del av värdet av ett långsiktigt uppdrag.”
Ytterligare studier kommer säkert att behövas för att bestämma strukturen hos dessa isiga moln av blandad sammansättning, och Anderson och hennes team har redan några idéer om hur de skulle se ut. För sina pengar förväntar sig forskarna att dessa moln är klumpiga och oordnade, snarare än väldefinierade kristaller som de enkla kemiska molnen.
Under de kommande åren kommer NASA-forskare säkerligen att lägga mycket tid och energi på att sortera igenom all data som erhållits avCassiniuppdrag under loppet av sitt 13-åriga uppdrag. Vem vet vad mer de kommer att upptäcka innan de har uttömt omloppsbanans stora samlingar av data?
Framtida läsning: NASA