Vorhersage für Titan: Kalt, mit der Möglichkeit schädlicher Eiswolken

Während der 13 Jahre und 76 Tage, die die Cassini Mission rund um Saturn, den Orbiter und seinen Lander (die Huygens Sonde) enthüllte viel über Saturn und seine Mondsysteme. Dies gilt insbesondere für Titan, den größten Saturnmond und eines der mysteriösesten Objekte im Sonnensystem. Infolge der vielen Vorbeiflüge von Cassini lernten die Wissenschaftler viel über die Methanseen von Titan, die stickstoffreiche Atmosphäre und die Oberflächenmerkmale.

Obwohl Cassini Am 15. September 2017 tauchten Wissenschaftler in die Saturnatmosphäre ein und strömen immer noch über die Dinge, die sie enthüllten. Zum Beispiel hat Cassini vor Beendigung seiner Mission ein Bild einer seltsamen Wolke aufgenommen, die hoch über dem Südpol des Titanen schwebt und aus giftigen, hybriden Eispartikeln besteht. Diese Entdeckung ist ein weiterer Hinweis auf die komplexe organische Chemie in der Titanatmosphäre und auf der Oberfläche.

Da diese Wolke für das bloße Auge unsichtbar war, konnte sie nur dank Cassinis Composite Infrared Spectrometer (CIRS) beobachtet werden. Dieses Instrument entdeckte die Wolke in einer Höhe von etwa 160 bis 210 km (100 bis 130 mi) weit über den Methanregenwolken der Titan-Troposphäre. Es umfasste auch ein großes Gebiet in der Nähe des Südpols zwischen 75 ° und 85 ° südlicher Breite.

Unter Verwendung des vom CIRS-Instrument erhaltenen chemischen Fingerabdrucks führten die NASA-Forscher auch Laborexperimente durch, um die chemische Zusammensetzung der Wolke zu rekonstruieren. Diese Experimente ergaben, dass die Wolke aus den organischen Molekülen Cyanwasserstoff und Benzol bestand. Diese beiden Chemikalien schienen zusammen zu Eispartikeln kondensiert zu sein, anstatt übereinander geschichtet zu sein.

Für diejenigen, die mehr als das letzte Jahrzehnt damit verbracht haben, die Atmosphäre von Titan zu studieren, war dies ein ziemlich interessanter und unerwarteter Fund. Wie Carrie Anderson, eine CIRS-Co-Ermittlerin im Goddard Space Flight Center der NASA, kürzlich in einer Pressemitteilung der NASA sagte:

„Diese Wolke repräsentiert eine neue chemische Formel für Eis in der Titanatmosphäre. Interessant ist, dass dieses schädliche Eis aus zwei Molekülen besteht, die am Südpol aus einem reichen Gasgemisch zusammenkondensiert sind. "

Das Vorhandensein dieser Wolke um den Südpol des Titanen ist auch ein weiteres Beispiel für die globalen Zirkulationsmuster des Mondes. Dies beinhaltet Ströme von warmen Gasen, die von der Hemisphäre, die den Sommer erlebt, zur Hemisphäre, die den Winter erlebt, gesendet werden. Dieses Muster kehrt die Richtung um, wenn sich die Jahreszeiten ändern, was zu einer Ansammlung von Wolken um den Pol führt, an dem gerade Winter herrscht.

Als der Cassini-Orbiter 20o4 am Saturn ankam, erlebte die nördliche Hemisphäre des Titanen den Winter – der 2004 begann. Dies wurde durch die Ansammlung von Wolken um den Nordpol belegt, die Cassini bei seiner ersten Begegnung mit dem Mond später als im selben Jahr entdeckte. In ähnlicher Weise ereignete sich das gleiche Phänomen am Südpol gegen Ende von Cassinis Mission.

Dies stand im Einklang mit saisonalen Veränderungen auf Titan, die ungefähr alle sieben Erdjahre stattfinden – ein Jahr auf Titan dauert etwa 29,5 Erdjahre. Typischerweise sind die Wolken, die sich in der Titanatmosphäre bilden, in Schichten strukturiert, in denen verschiedene Arten von Gas in unterschiedlichen Höhen zu eisigen Wolken kondensieren. Welche kondensieren, hängt davon ab, wie viel Dampf vorhanden ist und welche Temperaturen an der Oberfläche immer kälter werden.

Manchmal können sich jedoch in verschiedenen Höhen unterschiedliche Wolkentypen bilden oder mit anderen Wolkentypen zusammen kondensieren. Dies schien sicherlich der Fall zu sein, wenn es um die große Wolke aus Cyanwasserstoff und Benzol ging, die über dem Südpol entdeckt wurde. Der Nachweis dieser Wolke wurde aus drei Titan-Beobachtungen abgeleitet, die mit dem CIRS-Instrument durchgeführt wurden und zwischen Juli und November 2015 stattfanden.

Das CIRS-Instrument trennt Infrarotlicht in seine Grundfarben und misst dann die Stärke dieser Signale bei den verschiedenen Wellenlängen, um das Vorhandensein chemischer Signaturen zu bestimmen. Zuvor wurde es verwendet, um das Vorhandensein von Cyanwasserstoff-Eiswolken über dem Südpol sowie anderer giftiger Chemikalien in der Stratosphäre des Mondes zu identifizieren.

Wie F. Michael Flasar, der CIRS-Hauptermittler bei Goddard, sagte:

„CIRS fungiert als Fernerkundungsthermometer und als chemische Sonde und erfasst die Wärmestrahlung, die von einzelnen Gasen in einer Atmosphäre abgegeben wird. Und das Instrument erledigt alles aus der Ferne, während es an einem Planeten oder Mond vorbeifährt. “

Bei der Untersuchung der Beobachtungsdaten auf chemische „Fingerabdrücke“ stellten Anderson und ihre Kollegen jedoch fest, dass die spektralen Signaturen der Eiswolke nicht mit denen einer einzelnen Chemikalie übereinstimmten. Um dies zu beheben, begann das Team mit Laborexperimenten, bei denen Gasgemische in einer Kammer kondensiert wurden, die die Bedingungen in der Stratosphäre von Titan simulierte.

Nachdem sie verschiedene Chemikalienpaare getestet hatten, fanden sie schließlich eine, die der von CIRS beobachteten Infrarotsignatur entsprach. Zuerst versuchten sie, ein Gas vor dem anderen kondensieren zu lassen, stellten jedoch fest, dass die besten Ergebnisse erzielt wurden, wenn beide Gase gleichzeitig eingeführt und kondensieren gelassen wurden. Um fair zu sein, war dies nicht das erste Mal, dass Anderson und ihre Kollegen in CIRS-Daten co-kondensiertes Eis entdeckten.

Zum Beispiel wurden ähnliche Beobachtungen in der Nähe des Nordpols im Jahr 2005 gemacht, etwa zwei Jahre nachdem die nördliche Hemisphäre ihre Wintersonnenwende erlebt hatte. Zu diesem Zeitpunkt wurden die eisigen Wolken in einer viel geringeren Höhe (unter 150 km) entdeckt und zeigten chemische Fingerabdrücke von Cyanwasserstoff und Caynoacetylen – einem der komplexeren organischen Moleküle in der Titanatmosphäre.

Dieser Unterschied zwischen dieser und der jüngsten Entdeckung einer Hybridwolke ist laut Anderson auf Unterschiede in den saisonalen Schwankungen zwischen Nord- und Südpol zurückzuführen. Während die 2005 beobachtete nördliche Polarwolke etwa zwei Jahre nach der nördlichen Wintersonnenwende entdeckt wurde, wurde die südliche Wolke, die Anderson und ihr Team kürzlich untersuchten, zwei Jahre vor der südlichen Wintersonnenwende entdeckt.

Kurz gesagt, es ist möglich, dass das Gemisch der Gase in beiden Fällen leicht unterschiedlich war und / oder dass sich die Nordwolke leicht erwärmte, wodurch sich ihre Zusammensetzung etwas veränderte. Wie Anderson erklärte, wurden diese Beobachtungen dank der vielen Jahre ermöglicht, die die Cassini-Mission rund um den Saturn verbracht hat:

„Einer der Vorteile von Cassini war, dass wir im Verlauf der dreizehnjährigen Mission immer wieder an Titan vorbeifliegen konnten, um Veränderungen im Laufe der Zeit zu beobachten. Dies ist ein großer Teil des Wertes einer langfristigen Mission. “

Zusätzliche Studien werden sicherlich erforderlich sein, um die Struktur dieser eisigen Wolken gemischter Zusammensetzung zu bestimmen, und Anderson und ihr Team haben bereits einige Ideen, wie sie aussehen würden. Für ihr Geld erwarten die Forscher, dass diese Wolken klumpig und ungeordnet sind und nicht genau definierte Kristalle wie die einzelnen chemischen Wolken.

In den kommenden Jahren werden die NASA-Wissenschaftler mit Sicherheit viel Zeit und Energie darauf verwenden, alle von der Cassini Mission im Laufe seiner 13-jährigen Mission. Wer weiß, was sie sonst noch entdecken werden, bevor sie die riesigen Datensammlungen des Orbiters erschöpft haben?

Zukünftige Lesung: NASA

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