Iako je Cassiniorbiter završio je svoju misiju 15. rujna 2017. godine, podatke koje je prikupio o Saturnu i njegovom najvećem mjesecu, titan , nastavlja oduševljavati i oduševljavati. Tijekom trinaest godina koliko je provela kružeći oko Saturna i obilazeći njegove mjesece, sonda je prikupila mnoštvo podataka o Titanovoj atmosferi, površini, metanskim jezerima i bogatom organskom okruženju koje znanstvenici nastavljaju istraživati.
Na primjer, postoji pitanje tajanstvenih 'pješčanih dina' na Titanu, za koje se čini da su organske prirode i čija je struktura i podrijetlo ostali misterij. Kako bi riješio ove misterije, tim znanstvenika iz Sveučilište John Hopkins (JHU) i istraživačka tvrtka Nanomehanika nedavno provedeno studija Titanovih dina i zaključio da su vjerojatno nastale u Titanovim ekvatorijalnim regijama.
Njihova studija, “ Odakle dolazi Titan Sand: Uvid iz mehaničkih svojstava kandidata za Titan Sand “, nedavno se pojavio na internetu i dostavljen je naČasopis za geofizička istraživanja: Planeti.Studiju je vodio Xinting Yu, diplomski student s Odsjeka za Zemlju i planetarne znanosti (EPS) na JHU-u, a uključivao je docentice EPS-a Sarah Horst (Yuova savjetnica) Chao He i Patricia McGuiggan, uz podršku Bryana Crawforda iz Nanomehanika Inc.
Da se to razbije, bile su Titanove pješčane dine izvorno uočioCassinijevaradarski instrumenti u regiji Shangri-La blizu ekvatora. Slike koje je sonda dobila pokazale su duge, linearne tamne pruge koje su izgledale poput dina nanesenih vjetrom slične onima na Zemlji. Od svog otkrića, znanstvenici su teoretizirali da se sastoje od zrnaca ugljikovodika koja su se nataložila na površinu iz Titanove atmosfere.
U prošlosti su znanstvenici pretpostavljali da nastaju u sjevernim regijama oko Titanovih metanskih jezera i da se Mjesečevim vjetrovima distribuiraju u ekvatorijalnu regiju. No, otkuda su ta zrna zapravo potjecala i kako su se rasporedila u tim formacijama nalik dinama, ostala je misterija. Međutim, kako je Yu objasnio za Universe Today putem e-pošte, to je samo dio onoga što ove dine čini tajanstvenim:
“Prvo, nitko nije očekivao da će vidjeti bilo kakve pješčane dine na Titanu prije misije Cassini-Huygens, jer su modeli globalne cirkulacije predvidjeli da su brzine vjetra na Titanu preslabe da bi raznijele materijale kako bi se formirale dine. Međutim, kroz Cassini smo vidjeli ogromna linearna polja dina koja pokrivaju gotovo 30% ekvatorijalnih područja Titana!
“Drugo, nismo sigurni kako nastaje Titan pijesak. Dinski materijali na Titanu potpuno su drugačiji od onih na Zemlji. Na Zemlji, materijali za dine uglavnom su fragmenti silikatnog pijeska istrošeni iz silikatnih stijena. Dok su na Titanu, materijali od dina složeni su organski spojevi nastali fotokemijom u atmosferi, koji padaju na tlo. Studije pokazuju da su čestice dina prilično velike (najmanje 100 mikrona), dok su organske čestice formirane fotokemijom još uvijek prilično male blizu površine (samo oko 1 mikron). Dakle, nismo sigurni kako se male organske čestice pretvaraju u velike čestice pješčane dine (potreban vam je milijun malih organskih čestica da formirate jednu jedinu česticu pijeska!)
“Treće, također ne znamo gdje se organske čestice u atmosferi obrađuju kako bi postale veće i formirale čestice dina. Neki znanstvenici misle da se te čestice mogu obraditi posvuda kako bi se formirale čestice dina, dok neki drugi istraživači vjeruju da njihovo stvaranje mora biti uključeno u Titanove tekućine (metan i etan), koje se trenutno nalaze samo u polarnim područjima.”
Dine na Titanu koje se vide na Cassinijevom radaru (gore) koje su slične namibijskim pješčanim dinama na Zemlji. Značajke koje izgledaju kao oblaci na gornjoj slici su zapravo topografske značajke. Zasluge: NASA
Kako bi to rasvijetlili, Yu i njezini kolege proveli su niz eksperimenata kako bi simulirali materijale koji se transportuju i na zemaljskim i na ledenim tijelima. To se sastojalo od korištenja nekoliko prirodnih zemljanih pijeska, poput silikatnog pijeska na plaži, karbonatnog pijeska i bijelog gispom pijeska. Kako bi simulirali vrste materijala pronađenih na Titanu, koristili su laboratorijski proizvedene toline, molekule metana koje su bile podvrgnute UV zračenju.
Proizvodnja tolina posebno je provedena kako bi se ponovno stvorile vrste organskih aerosola i fotokemijski uvjeti koji su uobičajeni na Titanu. To je učinjeno pomoću eksperimentalnog sustava Planetary HAZE Research (PHAZER) na Sveučilištu Johns Hopkins – za koji je glavna istraživačica Sarah Horst. Posljednji korak sastojao se od korištenja tehnike nanoidentifikacije (nadgledao Bryan Crawford iz Nanometrics Inc.) za proučavanje mehaničkih svojstava simuliranih pijeska i tolina.
To se sastojalo od postavljanja simulanata pijeska i tolina u aerotunel kako bi se utvrdila njihova mobilnost i vidjeli mogu li se distribuirati u istim obrascima. Kao što je Yu objasnio:
“Motivacija iza studije je pokušati odgovoriti na treći misterij. Ako se materijali dina obrađuju kroz tekućine, koje se nalaze u polarnim područjima Titana, moraju biti dovoljno jake da se transportiraju od polova do ekvatorijalnih područja Titana, gdje se nalazi većina dina. Međutim, tolini koje smo proizveli u laboratoriju su u iznimno malim količinama: debljina filma tolina koji smo proizveli je samo oko 1 mikron, oko 1/10-1/100 debljine ljudske kose. Kako bismo se pozabavili ovim, koristili smo vrlo intrigantnu i preciznu tehniku nanorazmjera nazvanu nanoindentacija za izvođenje mjerenja. Iako su proizvedena udubljenja i pukotine sve u nanometarskim ljestvicama, još uvijek možemo precizno odrediti mehanička svojstva kao što su Youngov modul (pokazatelj krutosti), tvrdoća nanoindentiranja (tvrdoća) i žilavost loma (pokazatelj lomljivosti) tankog filma.'
Radarska slika pješčanih dina na Titanu. Zasluge: NASA/JPL–Caltech/ASI/ESA i USGS/ESA
Na kraju je tim utvrdio da su organske molekule pronađene na Titanu mnogo mekše i krhke u usporedbi čak i s najmekšim pijeskom na Zemlji. Jednostavno rečeno, činilo se da tolini koje su proizveli nisu imali snage prijeći ogromnu udaljenost koja leži između Titanovih sjevernih metanskih jezera i ekvatorijalne regije. Iz ovoga su zaključili da je organski pijesak na Titanu vjerojatno nastao u blizini mjesta gdje se nalaze.
'I njihovo formiranje možda neće uključivati tekućine na Titanu, jer bi to zahtijevalo ogromnu transportnu udaljenost od preko 2000 kilometara od Titanovih polova do ekvatora', dodao je Yu. “Meke i lomljive organske čestice bile bi mljevene u prašinu prije nego što stignu do ekvatora. Naša studija koristila je potpuno drugačiju metodu i pojačala neke rezultate zaključene iz Cassinijevih opažanja.”
Na kraju, ova studija predstavlja novi smjer za istraživače kada je riječ o proučavanju Titana i drugih tijela u Sunčevom sustavu. Kao što je Yu objasnio, u prošlosti su istraživači uglavnom bili ograničeniCassinipodatke i modeliranje kako bi odgovorili na pitanja o Titanovim pješčanim dinama. Međutim, Yu i njezini kolege uspjeli su koristiti laboratorijski proizvedene analoge kako bi odgovorili na ova pitanja, unatoč činjenici da jeCassinimisija je sada pri kraju.
Štoviše, ova najnovija studija zasigurno će biti od ogromne vrijednosti dok znanstvenici nastavljaju istraživatiCassinijevapodatke u iščekivanju budućih misija na Titan. Ove misije imaju za cilj detaljnije proučiti Titanove pješčane dine, metanska jezera i bogatu organsku kemiju. Kao što je Yu objasnio:
“[Naši] rezultati ne samo da mogu pomoći u razumijevanju podrijetla Titanovih dina i pijeska, već će također pružiti ključne informacije za potencijalne buduće misije slijetanja na Titan, kao što je Dragonfly (jedan od dva finalista (od dvanaest prijedloga) odabranih za daljnji razvoj koncepta NASA-inim programom New Frontiers). Materijalna svojstva organskih tvari na Titanu zapravo mogu pružiti nevjerojatne tragove za rješavanje nekih misterija na Titanu.
“U studiji koju smo prošle godine objavili u JGR-planets (2017, 122, 2610–2622), otkrili smo da su međučestične sile između čestica tolina puno veće od običnog pijeska na Zemlji, što znači da je organskih tvari na Titanu mnogo više. kohezivniji (ili ljepljiviji) od silikatnog pijeska na Zemlji. To implicira da nam je potrebna veća brzina vjetra da otpuhnemo čestice pijeska na Titanu, što bi moglo pomoći istraživačima modeliranja da odgovore na prvi misterij. Također sugerira da bi Titan pijesak mogao nastati jednostavnim zgrušavanjem organskih čestica u atmosferi, budući da se mnogo lakše lijepe zajedno. To bi moglo pomoći u razumijevanju druge misterije Titanovih pješčanih dina.”
Umjetnički koncept vretenca koji je raspoređen na Titan i započinje svoju istraživačku misiju. Zasluge: APL/Michael Carroll
Osim toga, ova studija ima implikacije za proučavanje tijela koja nisu Titan. 'Pronašli smo organske tvari na mnogim drugim tijelima Sunčevog sustava, posebno na ledenim tijelima u vanjskom Sunčevom sustavu, kao što su Pluton, Neptunov mjesec Triton i komet 67P', rekao je Yu. “A neke od organskih tvari fotokemijski se proizvode slično kao Titan. I na tim smo tijelima pronašli značajke koje napuhuje vjetar (zvane eolske značajke), tako da bi se naši rezultati mogli primijeniti i na ta planetarna tijela.”
U idućem desetljeću očekuje se da će više misija istražiti mjesece vanjskog Sunčevog sustava i otkriti stvari o njihovom bogatom okruženju koje bi mogle pomoći u rasvjetljavanju podrijetla života ovdje na Zemlji. Osim toga, Svemirski teleskop James Webb (sada se očekuje da će biti raspoređen 2021.) također će koristiti svoj napredni komplet instrumenata za proučavanje planeta Sunčevog sustava u nadi da će riješiti ova goruća pitanja.
Daljnje čitanje: arXiv