Представление художника о поверхности Титана. Этот спутник Сатурна — один из миров Солнечной системы, больше всего напоминающий Землю, несмотря на то, что температура там достигает -179° по Цельсию. Это единственное место в Солнечной системе, где есть озера, но это углеводородные озера. Эти молекулы, состоящие только из углерода и водорода, действуют на Земле как вода, участвуя в круговороте метана с дождями, образованием рек и испарением. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Институт космических наук.
Титан — второй по величине спутник Солнечной системы и единственный с плотной атмосферой. В верхних слоях этой атмосферы, богатой азотом и метаном, солнечное излучение производит огромное разнообразие органических молекул, некоторые из которых мы также находим на Земле как составляющие основной единицы жизни — клетки.
Международная исследовательская группа под руководством Рафаэля Сильвы из Института астрофизики и космических наук и магистра факультета наук Лиссабонского университета (Ciências ULisboa) проанализировала солнечный свет, отраженный атмосферой Титана, и впервые выявила почти сотню сигнатур. Молекула метана (CH4) вписывает в видимую полосу электромагнитного спектра следы, необходимые для ее обнаружения в других атмосферах.
Кроме того, команда нашла возможные доказательства присутствия молекулы триуглерода (C3), молекулы, которая может участвовать в цепочке химических реакций, генерирующих сложные молекулы Титана. Если это подтвердится, это будет первое обнаружение молекулы триуглерода на планете. планетарное тело.
«Атмосфера Титана работает как химический реактор размером с планету, производя множество сложных молекул на основе углерода», — говорит Рафаэль Сильва, добавляя: «Из всех известных нам атмосфер Солнечной системы атмосфера Титана больше всего похожа на ту, что мы думаем, что они существовали на ранней Земле».
Метан, который на Земле является газом, предоставляет информацию о геологических процессах и, возможно, о биологических процессах. Это молекула, которая не выживает долго в атмосферах Земли или Титана, поскольку быстро и необратимо разрушается солнечной радиацией. По этой причине на Титане метан должен восполняться за счет геологических процессов, таких как выброс подземного газа.
Атмосфера крупнейшего спутника Сатурна скрывает его поверхность под глобальным слоем густого непрозрачного тумана. Они состоят из органических молекул и углеводородов, «настолько больших, что образуют частицы, подобные загрязнению атмосферы в некоторых городах Земли, и которые откладываются на поверхности», — говорит Рафаэль Сильва, добавляя: «Могло бы быть еще более интересное химия там». Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт/Институт космических наук.
Эта работа принесла новую информацию о химии самого метана. 97 новых линий его спектрального поглощения в длинах волн видимого света — в оранжевой, желтой и зеленой цветовых областях — были идентифицированы в полосах линий, ранее связанных с поглощением метана, но никогда не индивидуализированных. Впервые известны длина волны и интенсивность каждой из этих линий.
«Даже в спектрах высокого разрешения линии поглощения метана недостаточно сильны по сравнению с тем количеством газа, которое мы можем иметь в лаборатории на Земле. Но на Титане у нас есть целая атмосфера, и путь, по которому свет проходит через атмосферу, может быть «Сотни километров в длину. Это делает различные полосы и линии, которые имеют слабый сигнал в лабораториях на Земле, очень заметными на Титане», — говорит Рафаэль Сильва.
Знание и каталогизация всех сигнатур молекулы метана также поможет идентифицировать новые молекулы, особенно в атмосферах с таким сложным химическим составом, где анализ спектров затруднен из-за плотности молекулярных сигнатур даже с помощью инструментов высокого разрешения.
Так команда обнаружила признаки возможного присутствия молекулы триуглерода (С3) в верхних слоях, на высоте 600 километров. В Солнечной системе эта молекула, проявляющая себя голубоватым излучением, до сих пор была известна только в материале, окружающем ядро кометы.
Линии поглощения на Титане, которые команда связала с триуглеродом, немногочисленны и имеют низкую интенсивность, несмотря на то, что они очень специфичны для этого типа молекул, поэтому в будущем будут проведены новые наблюдения, чтобы попытаться подтвердить это обнаружение.
В верхнем слое атмосферы Титана, видимом здесь в синем свете, молекулы метана диссоциируются под действием солнечного света и рекомбинируются в молекулы этана и ацетилена. Дальше вниз оранжевый туман полностью скрывает поверхность. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Институт космических наук.
«Чем больше мы узнаем о различных молекулах, которые участвуют в химической сложности атмосферы Титана, тем лучше мы поймем тип химической эволюции, которая могла способствовать возникновению жизни на Земле или быть связана с ней», — говорит Рафаэль Сильва. и добавляет: «Считается, что часть органического вещества, которое способствовало зарождению жизни на Земле, образовалась в ее атмосфере в результате процессов, относительно похожих на те, которые мы наблюдали на Титане».
В настоящее время этот спутник Сатурна представляет собой уникальный мир Солнечной системы, являющийся полигоном при подготовке будущих наблюдений за атмосферами планет за пределами нашей планетной системы, так называемых экзопланет. Среди них могут быть небольшие холодные тела, подобные Титану.
«Опыт, полученный в ходе такого сложного анализа, может быть полезен для инфракрасных наблюдений с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба или будущей космической миссии «Ариэль» Европейского космического агентства (ЕКА)», — комментирует Педро Мачадо, второй автор этой теперь опубликованной статьи.
Данные, использованные в этой работе, были получены в результате наблюдений, проведенных в июне 2018 года с помощью спектрографа видимого и ультрафиолетового диапазона высокого разрешения UVES, установленного на Очень Большом Телескопе ESO (VLT) в Чили. Также были использованы архивные данные, собранные с помощью того же прибора в 2005 году.
Исследование опубликовано в журнале Planetary and Space Science.
Информация от: Лиссабонским университетом
