Gedurende de 13 jaar en 76 dagen dat de Cassini missie doorgebracht rond Saturnus, de orbiter en zijn lander (de Huygens sonde) onthulde veel over Saturnus en zijn maansystemen. Dit geldt vooral voor Titan, de grootste maan van Saturnus en een van de meest mysterieuze objecten in het zonnestelsel. Als gevolg van de vele flyby's van Cassini hebben wetenschappers veel geleerd over de methaanmeren van Titan, de stikstofrijke atmosfeer en de oppervlaktekenmerken.
Ondanks dat Cassini gedompeld in de atmosfeer van Saturnus op 15 september 2017, stromen wetenschappers nog steeds over de dingen die het onthulde. Voordat Cassini zijn missie beëindigde, maakte hij bijvoorbeeld een afbeelding van een vreemde wolk die hoog boven de zuidpool van Titan zweeft, een wolk die is samengesteld uit giftige, hybride ijsdeeltjes. Deze ontdekking is een andere indicatie van de complexe organische chemie die optreedt in de atmosfeer van Titan en op het oppervlak.
Omdat deze wolk met het blote oog onzichtbaar was, was hij alleen waarneembaar dankzij Cassini's Composite Infrared Spectrometer (CIRS). Dit instrument zag de wolk op een hoogte van ongeveer 160 tot 210 km (100 tot 130 mijl), ver boven de methaanregenwolken van de troposfeer van Titan. Het besloeg ook een groot gebied nabij de zuidpool, tussen 75 ° en 85 ° zuiderbreedte.
Met behulp van de chemische vingerafdruk van het CIRS-instrument voerden NASA-onderzoekers ook laboratoriumexperimenten uit om de chemische samenstelling van de wolk te reconstrueren. Uit deze experimenten bleek dat de wolk was samengesteld uit de organische moleculen waterstofcyanide en benzeen. Deze twee chemicaliën leken te zijn gecondenseerd om ijsdeeltjes te vormen in plaats van op elkaar te zijn gelaagd.
Voor degenen die meer dan het afgelopen decennium de atmosfeer van Titan hebben bestudeerd, was dit een nogal interessante en onverwachte vondst. Zoals Carrie Anderson, mede-onderzoeker van CIRS bij NASA's Goddard Space Flight Center, zei in een recente persverklaring van NASA:
'Deze wolk vertegenwoordigt een nieuwe chemische formule van ijs in de atmosfeer van Titan. Wat interessant is, is dat dit schadelijke ijs is gemaakt van twee moleculen die samen condenseerden uit een rijk gasmengsel aan de zuidpool. "
De aanwezigheid van deze wolk rond de zuidpool van Titan is ook een ander voorbeeld van de wereldwijde circulatiepatronen van de maan. Dit houdt in dat stromen van warme gassen worden verzonden van het halfrond dat de zomer ervaart naar het halfrond en de winter ervaart. Dit patroon keert de richting om wanneer de seizoenen veranderen, wat leidt tot een opeenhoping van wolken rond elke pool die de winter doormaakt.
Toen de Cassini-orbiter in 20o4 in Saturnus arriveerde, beleefde het noordelijk halfrond van Titan de winter - die begon in 2004. Dit werd bewezen door de opeenhoping van wolken rond de noordpool, die Cassini tijdens zijn eerste ontmoeting met de maan later in hetzelfde jaar zag. Op dezelfde manier vonden hetzelfde fenomeen plaats rond de zuidpool tegen het einde van Cassini's missie.
Dit kwam overeen met seizoensveranderingen op Titan, die ongeveer elke zeven aardse jaren plaatsvinden - een jaar op Titan duurt ongeveer 29,5 aardse jaren. Doorgaans zijn de wolken die zich in de atmosfeer van Titan vormen gestructureerd in lagen, waar verschillende soorten gas op verschillende hoogten zullen condenseren tot ijzige wolken. Welke condenseren hangt af van hoeveel damp er aanwezig is en van temperaturen - die steeds dichter bij het oppervlak kouder worden.
Soms kunnen zich echter over verschillende hoogtes verschillende soorten wolken vormen, of samen condenseren met andere soorten wolken. Dit bleek zeker het geval bij de grote wolk waterstofcyanide en benzeen die boven de zuidpool werd gespot. Het bewijs van deze wolk is afgeleid van drie sets Titan-waarnemingen die zijn gedaan met het CIRS-instrument, dat plaatsvond tussen juli en november 2015.
Het CIRS-instrument werkt door infrarood licht in de samenstellende kleuren te scheiden en meet vervolgens de sterkte van deze signalen op de verschillende golflengten om de aanwezigheid van chemische handtekeningen te bepalen. Eerder werd het gebruikt om de aanwezigheid van waterstofcyanide-ijswolken boven de zuidpool te identificeren, evenals andere giftige chemicaliën in de stratosfeer van de maan.
Zoals F. Michael Flasar, de hoofdonderzoeker van CIRS bij Goddard, zei:
“CIRS werkt als een teledetectiethermometer en als een chemische sonde, die de warmtestraling opvangt die door individuele gassen in een atmosfeer wordt uitgezonden. En het instrument doet het allemaal op afstand, terwijl het langs een planeet of maan passeert. '
Bij het onderzoeken van de observatiegegevens voor chemische 'vingerafdrukken' merkten Anderson en haar collega's echter op dat de spectrale handtekeningen van de ijzige wolk niet overeenkwamen met die van een individuele chemische stof. Om dit aan te pakken, begon het team met het uitvoeren van laboratoriumexperimenten waarbij mengsels van gassen werden gecondenseerd in een kamer die de omstandigheden in de stratosfeer van Titan simuleerde.
Na verschillende chemicaliënparen te hebben getest, vonden ze er uiteindelijk een die overeenkwam met de infraroodhandtekening van CIRS. In eerste instantie probeerden ze het ene gas voor het andere te laten condenseren, maar ontdekten dat de beste resultaten werden behaald toen beide gassen werden geïntroduceerd en tegelijkertijd konden condenseren. Om eerlijk te zijn, dit was niet de eerste keer dat Anderson en haar collega's gecondenseerd ijs ontdekten in CIRS-gegevens.
Zo werden in 2005 bij de noordpool soortgelijke waarnemingen gedaan, ongeveer twee jaar nadat het noordelijk halfrond zijn winterzonnewende had doorgemaakt. Op dat moment werden de ijzige wolken op een veel lagere hoogte gedetecteerd (minder dan 150 km of 93 mijl) en vertoonden ze chemische vingerafdrukken van cyaanwaterstof en caynoacetyleen - een van de complexere organische moleculen in de atmosfeer van Titan.
Dit verschil tussen deze en de laatste detectie van een hybride wolk komt volgens Anderson neer op verschillen in seizoensvariaties tussen de noord- en zuidpool. Terwijl de noordelijke poolwolk die in 2005 werd waargenomen ongeveer twee jaar na de noordelijke winterzonnewende werd opgemerkt, werd de zuidelijke wolk die Anderson en haar team onlangs hebben onderzocht, twee jaar vóór de zuidelijke winterzonnewende opgemerkt.
Kortom, het is mogelijk dat het mengsel van de gassen in de twee gevallen iets anders was en / of dat de noordelijke wolk de kans had om enigszins op te warmen, waardoor de samenstelling enigszins veranderde. Zoals Anderson uitlegde, werden deze waarnemingen mogelijk gemaakt dankzij de vele jaren die de Cassini-missie rond Saturnus doorbracht:
“Een van de voordelen van Cassini was dat we in de loop van de dertienjarige missie keer op keer met Titan konden vliegen om veranderingen in de tijd te zien. Dit is een groot deel van de waarde van een missie op lange termijn. ”
Aanvullende studies zullen zeker nodig zijn om de structuur van deze ijzige wolken van gemengde compositie te bepalen, en Anderson en haar team hebben al enkele ideeën over hoe ze eruit zouden zien. Voor hun geld verwachten de onderzoekers dat deze wolken klonterig en wanordelijk zijn, in plaats van goed gedefinieerde kristallen zoals de enkelvoudige chemische wolken.
In de komende jaren zullen NASA-wetenschappers zeker veel tijd en energie besteden aan het sorteren van alle gegevens die zijn verkregen door de Cassini missie in de loop van haar 13-jarige missie. Wie weet wat ze nog meer zullen detecteren voordat ze de enorme verzameling gegevens van de orbiter hebben uitgeput?
Toekomstig lezen: NASA
