Nors Cassini „Orbiter“ baigė savo misiją 2017 m. rugsėjo 15 d., jos surinkti duomenys apie Saturną ir didžiausią jo mėnulį Titaną ir toliau stebina ir stebina. Per trylika metų, praleidęs orbitą per Saturną ir vykdydamas savo mėnulio skraidykles, zondas surinko daugybę duomenų apie Titano atmosferą, paviršių, metano ežerus ir turtingą organinę aplinką, kurią mokslininkai toliau kaupia.
Pavyzdžiui, čia yra paslaptingos „smėlio kopos“ ant Titano, kurios, atrodo, yra natūralaus pobūdžio ir kurių struktūra ir kilmė išlieka, liko paslaptimi. Norėdami išspręsti šias paslaptis, mokslininkų iš Johno Hopkinso universiteto (JHU) ir tyrimų bendrovės „Nanomechanics“ komanda neseniai atliko Titano kopos tyrimą ir padarė išvadą, kad jos greičiausiai susiformavo Titano pusiaujo regionuose.
Jų tyrimas „Iš kur atsiranda„ Titan Sand “: įžvalgos apie kandidatų į„ Titan Sand “mechanines savybes“ “neseniai pasirodė internete ir buvo pateiktas Geofizinių tyrimų žurnalas: Planeta. Tyrimui vadovavo Xinting Yu, JHU Žemės ir planetų mokslų katedros (EPS) magistrantas. Tyrime dalyvavo EPS asistentės Sarah Horst (J. patarėjas) Chao He ir Patricia McGuiggan, remiamos Bryano Crawfordo iš. Nanomechanika Inc
Norėdami tai suskaidyti, Titano smėlio kopos iš pradžių buvo pastebėtos Cassini's radiolokaciniai prietaisai Šangri La regione netoli pusiaujo. Gauti zondo vaizdai rodė ilgus, linijinius tamsius ruožus, kurie atrodė kaip vėjo nuplautos kopos, panašios į tas, kurios rastos Žemėje. Nuo atradimo mokslininkai teoretikavo, kad juos sudaro angliavandenilių grūdai, nusėdę ant paviršiaus iš Titano atmosferos.
Anksčiau mokslininkai spėjo, kad jie susidaro šiauriniuose regionuose aplink Titano metano ežerus ir Mėnulio vėjų pasiskirsto pusiaujo regionui. Tačiau iš kur kilo šie grūdai ir kaip jie buvo paskirstyti į šias kopas primenančias formacijas, liko paslaptis. Tačiau, kaip Yu el. Paštu paaiškino „Space Magazine“, tai tik dalis to, kas daro šias kopas paslaptingas:
„Pirmiausia, niekas nesitikėjo, kad prieš„ Cassini-Huygens “misiją pamatytų smėlio kopų ant Titano, nes pasauliniai cirkuliacijos modeliai numatė, kad vėjo greitis Titanui yra per silpnas, kad pūstų medžiagas kopoms formuoti. Tačiau per Cassini mes pamatėme didžiulius linijinius kopų laukus, apimančius beveik 30% pusiaujo Titano regionų!
„Antra, mes nežinome, kaip formuojasi Titano smėlis. Titano kopos medžiagos visiškai skiriasi nuo žemėje esančių. Žemėje kopos medžiagos yra daugiausia silikatinio smėlio fragmentai, nusodinti iš silikatinių uolienų. Būdami „Titan“, kopos medžiagos yra sudėtingos organinės medžiagos, susidarančios dėl fotochemijos atmosferoje, krintant ant žemės. Tyrimai rodo, kad kopos dalelės yra gana didelės (mažiausiai 100 mikronų), o fotochemijos būdu suformuotos organinės dalelės yra gana mažos šalia paviršiaus (tik maždaug 1 mikronas). Taigi nesame tikri, kaip mažos organinės dalelės virsta didelėmis smėlio kopos dalelėmis (norint suformuoti vieną smėlio dalelę, jums reikia milijono mažų organinių dalelių!)
„Trečia, mes taip pat nežinome, kur atmosferoje esančios organinės dalelės yra perdirbamos, kad jos taptų didesnės ir sudarytų kopos daleles. Kai kurie mokslininkai mano, kad šias daleles galima perdirbti visur, kad būtų suformuotos kopos dalelės, o kai kurie kiti tyrėjai mano, kad jų susidarymas turi būti susijęs su Titano skysčiais (metanu ir etanu), kurie šiuo metu yra tik poliariniuose regionuose. “
Norėdami išsiaiškinti tai, Yu ir jos kolegos atliko daugybę eksperimentų, skirtų imti medžiagas, gabenamas tiek antžeminiame, tiek lediniame kūne. Tai sudarė kelių natūralių žemės smėlio, tokių kaip silikatinis paplūdimio smėlis, karbonatinis smėlis ir baltasis gipso smėlis, naudojimas. Imituoti medžiagas, aptinkamas „Titan“, jie naudojo laboratorijoje gaminamus tholinus, kurie yra metano molekulės, veikiami ultravioletinių spindulių.
Tholinų gamyba buvo specialiai atkurta tam, kad būtų atkurti organinių aerozolių tipai ir fotochemijos sąlygos, būdingos „Titan“. Tai buvo padaryta naudojant Johns Hopkins universiteto eksperimentinę sistemą „Planetary HAZE Research“ (PHAZER) - kurios pagrindinė tyrėja yra Sarah Horst. Paskutinis žingsnis buvo nanoidentifikacijos metodo (prižiūrimo Bryano Crawfordo iš Nanometrics Inc.) panaudojimas imituojamo smėlio ir tholinų mechaninėms savybėms ištirti.
Tai sudarė smėlio modelinių tirpalų ir tholinų įdėjimas į vėjo tunelį, kad būtų galima nustatyti jų judumą ir išsiaiškinti, ar juos galima paskirstyti pagal tuos pačius modelius. Kaip paaiškino J.:
„Tyrimo motyvacija yra bandyti atsakyti į trečią paslaptį. Jei kopos medžiagos yra perdirbamos per skysčius, esančius Titano poliniuose regionuose, jie turi būti pakankamai stiprūs, kad galėtų būti gabenami iš polių į pusiaujo Titano regionus, kur yra didžioji dalis kopų. Tačiau laboratorijoje pagaminamų tholinų yra ypač nedaug: mūsų pagamintos tholino plėvelės storis yra tik apie 1 mikronas, maždaug 1 / 10–1 / 100 žmogaus plaukų storio. Norėdami tai išspręsti, atlikdami matavimus naudojome labai intriguojančią ir tikslią nanoskalės metodiką, vadinamą nanoindencijacija. Nors visos įbrėžimai ir įtrūkimai yra nanometrų skalėje, mes vis tiek galime tiksliai nustatyti plonosios plėvelės mechanines savybes, tokias kaip Youngo modulis (standumo indikatorius), nanoindentacijos kietumas (kietumas) ir atsparumas lūžiui (trapumo rodiklis). “
Galų gale komanda nustatė, kad Titane randamos organinės molekulės yra daug minkštesnės ir trapesnės, palyginti su net švelniausiu smėliu Žemėje. Paprasčiau tariant, jų gaminami tholinai neturėjo jėgos įveikti didžiulį atstumą, kuris yra tarp Titano šiaurinių metano ežerų ir pusiaujo regiono. Remdamiesi tuo, jie padarė išvadą, kad organinis smėlis ant Titano greičiausiai susiformavo ten, kur yra.
„Ir jų susidarymui gali būti nereikalingi skysčiai ant Titano, nes tam prireiks didžiulio daugiau nei 2000 kilometrų atstumo nuo Titano polių iki pusiaujo“, - pridūrė Yu. „Minkštos ir trapios organinės dalelės, prieš pasiekiant pusiaują, bus susmulkintos į dulkes. Mūsų tyrime buvo naudojamas visiškai kitas metodas ir sustiprinti kai kurie rezultatai, padaryti remiantis Cassini stebėjimais. “
Galų gale šis tyrimas yra nauja kryptis tyrinėtojams, tiriant Titaną ir kitus Saulės sistemos kūnus. Kaip paaiškino Yu, praeityje tyrėjai dažniausiai buvo varžomi Cassini duomenis ir modeliavimą, kad būtų galima atsakyti į klausimus apie Titano smėlio kopas. Tačiau J. ir jos kolegos galėjo naudoti laboratorijoje pagamintus analogus, norėdami išspręsti šiuos klausimus, nepaisant to, kad Cassini misija baigėsi.
Be to, šis naujausias tyrimas tikrai turi didžiulę vertę, nes mokslininkai toliau akylai tiria Cassini's duomenys, numatant būsimas misijas į Titaną. Šiomis misijomis siekiama išsamiau ištirti Titano smėlio kopas, metano ežerus ir turtingą organinę chemiją. Kaip paaiškino J.:
„[O] UR rezultatai gali ne tik padėti suprasti Titano kopų ir smėlio kilmę, bet ir suteiks svarbios informacijos apie būsimas nusileidimo misijas Titanui, tokias kaip„ Dragonfly “(vienas iš dviejų finalininkų (iš dvylikos pasiūlymų), atrinktų tolesnis NASA programos „Naujosios sienos“ koncepcijos vystymas). „Titano“ organinių medžiagų materialinės savybės iš tikrųjų gali suteikti nuostabių įkalčių, kad būtų išspręstos kai kurios „Titan“ paslaptys.
„Tyrime, kurį praėjusiais metais paskelbėme JGR planetose (2017, 122, 2610–2622), mes sužinojome, kad tarpląstelinių jėgų tarp tholino dalelių yra daug daugiau nei įprastame smėlyje Žemėje, o tai reiškia, kad Titano organinių medžiagų yra daug daugiau vientisas (arba lipnesnis) nei silikatinis smėlis Žemėje. Tai reiškia, kad mums reikia didesnio vėjo greičio, kad būtų galima nupūsti smėlio daleles ant Titano, o tai galėtų padėti modeliavimo tyrinėtojams atsakyti į pirmąją paslaptį. Tai taip pat rodo, kad Titano smėlis gali būti suformuotas paprasčiausiai koaguliuojant organines daleles atmosferoje, nes jas daug lengviau suklijuoti. Tai galėtų padėti suprasti antrąją Titano smėlio kopų paslaptį “.
Be to, šis tyrimas turi įtakos kitų nei Titan kūnas tyrimams. „Mes radome organinių elementų daugelyje kitų Saulės sistemos kūnų, ypač apledėjusių kūnų išorinėje saulės sistemoje, tokių kaip Plutonas, Neptūno mėnulio Tritonas ir kometa 67P“, - sakė Yu. „Kai kurios organinės medžiagos yra fotochemiškai pagamintos panašiai kaip„ Titan “. Ir tuose kūnuose mes aptikome vėjo pūstų bruožų (vadinamų eolinių bruožų), todėl mūsų rezultatai gali būti pritaikyti ir šiems planetų kūnams. “
Ateinantį dešimtmetį tikimasi daugybės misijų ištirti išorinės Saulės sistemos mėnulius ir atskleisti dalykus apie turtingą jų aplinką, kurie galėtų padėti nušviesti gyvybės ištakas čia, Žemėje. Be to, Džeimso Webbo kosminis teleskopas (dabar planuojama dislokuoti 2021 m.) taip pat naudos savo pažangųjį instrumentų rinkinį Saulės sistemos planetoms tirti, tikėdamasis išspręsti šiuos deginančius klausimus.
