5.5K
Совместная миссия NASA и ESA «Cassini-Huygens» стала важной вехой в истории исследований Солнечной системы, обеспечив широкий спектр крупных научных результатов. В течение тринадцати лет космический аппарат «Cassini» постоянно наблюдал гигантский Сатурн и его спутники.
Среди этих лун Титан был в центре внимания, являясь настоящей «звездой» для планетологов! Это связано с тем, что он обладает плотной атмосферой, в основном состоящей из азота, и ему присуще привычные нам погодные явления: дожди, облака и фотохимическая дымка. Но помимо общих черт Титан обладает и своими особенностями: леденящей температурой в -180°C и отсутствием кислорода и воды.
Метан является вездесущим на луне Сатурна, как в жидком, так и в газообразном состоянии. При воздействии солнечных лучей он реагирует с азотом, что приводит к образованию больших органических молекул, предшественников элементарных кирпичиков жизни. В этом смысле Титан – природный реактор пребиотических молекул, генезис и эволюция которых являются краеугольным камнем астробиологии, изучающей происхождение жизни.
Космический аппарат «Cassini» показал, что химические процессы протекают очень высоко над поверхностью Титана. На высоте более 1000 километров микроскопические твердые частицы слипаются, растут, подвергаются интенсивному ультрафиолетовому излучению Солнца, а затем опускаются и формируют оранжевую дымку вокруг спутника. Но что происходит с этими частицами под действием энергичных фотонов, как они влияют на химический состав атмосферы спутника и, следовательно, на производство сложной органики, остается загадкой.
В новом исследовании, представленном в журнале Nature Astronomy, команда ученых из лаборатории LATMOS при Институте Пьера Симона Лапласа (Франция) описывает результаты экспериментов, в ходе которых они смоделировали атмосферу Титана с целью лучше понять ее химию и ответить на некоторые вопросы, поставленные миссией «Cassini-Huygens».
Исследователи начали с синтеза аналогов частиц в реакторе, которые имитируют химию азота и метана в пропорциях, характерных для атмосферы спутника. Затем они подобрали «искусственное солнце», соответствующее спектру в верхней атмосфере Титана, и подвергли облучению «созданную» атмосферную дымку на нескольких длинах волн.
Инфракрасная спектроскопия показала, что под действием ультрафиолета частицы теряют часть своего водорода, сохраняя при этом богатое азотом «ядро», а затем постепенно погружаются в более низкие слои атмосферы. Эти фотохимические изменения могут объяснить противоречивые данные, полученные различными инструментами миссии «Cassini-Huygens», в частности, низкое содержание азота на высоте 600 километров и его изобилие на поверхности.
Такие процессы являются важнейшим фактором в формировании химии и климата спутника Сатурна, а значит и к определению потенциала к зарождению жизни. Исследователи надеются, что будущие миссии к Титану смогут наблюдать эти метаморфозы воочию.