Раскрыты секреты атмосферы Титана – галактические космические лучи воздействуют на самую большую луну Сатурна

Планетологи с помощью большого миллиметрового/субмиллиметрового массива Атакама (ALMA) раскрыли тайны атмосферы Титана, крупнейшего спутника Сатурна. Команда обнаружила химический след в атмосфере Титана, указывающий на то, что космические лучи, приходящие извне Солнечной системы, влияют на химические реакции, участвующие в образовании азотсодержащих органических молекул. Это первое наблюдательное подтверждение таких процессов, и оно напрямую влияет на понимание интригующей окружающей среды Титана.

Титан привлекает большой интерес из-за своей уникальной атмосферы с рядом органических молекул, которые образуют пребиотическую среду.

Такахиро Иино, ученый из Токийского университета, и его команда использовали ALMA, чтобы раскрыть химические процессы в атмосфере Титана. Они обнаружили слабые, но твердые сигналы ацетонитрила (CH _³CN) и его редкого изотопомера CH _³C ¹⁵N в данных ALMA.

“Мы обнаружили, что обилие ¹⁴N в ацетонитриле выше, чем у других азотсодержащих видов, таких как HCN и HC ₃N”, - говорит Иино. "Он хорошо соответствует недавнему компьютерному моделированию химических процессов с использованием высокоэнергетических космических лучей.”

Существуют два важных игрока в химических процессах, происходящих в атмосфере; ультрафиолетовый (УФ) свет от Солнца и космические лучи, поступающие из-за пределов Солнечной системы. В верхних слоях атмосферы ультрафиолетовый свет избирательно разрушает молекулы азота, содержащие ¹⁵N, поскольку ультрафиолетовый свет с определенной длиной волны, взаимодействующей с ¹⁴N ¹⁴N, легко поглощается на этой высоте. Таким образом, азотсодержащие виды, производимые на этой высоте, как правило, демонстрируют высокую численность ¹⁵N. С другой стороны, космические лучи проникают глубже и взаимодействуют с молекулами азота, содержащими ¹⁴N. В результате есть разница в обилии молекул с ¹⁴N и ¹⁵N. Команда ученых показала, что ацетонитрил в стратосфере более распространен в ¹⁴N, чем другие ранее измеренные азотсодержащие молекулы.

“Мы предполагаем, что галактические космические лучи играют важную роль в атмосферах других тел Солнечной системы”, - говорит Хидео Сагава, профессор Киотского университета Санге и член исследовательской группы. 

Процесс может быть универсальным, поэтому понимание роли космических лучей на Титане имеет решающее значение для общей планетарной науки.

Титан является одним из самых популярных объектов в наблюдениях ALMA. Полученные с помощью ALMA данные необходимо откалибровать для устранения флуктуаций, вызванных изменениями погоды на объекте и механическими сбоями. Для справок сотрудники обсерватории часто направляют телескоп на яркие источники, такие как Титан, время от времени в научных наблюдениях. Поэтому в научном архиве ALMA хранится большое количество данных о Титане. Иино и его команда покопались в архиве и повторно проанализировали данные Титана и обнаружили тонкие отпечатки очень маленьких количеств CH ₃C ¹⁵N.

Результаты наблюдений были опубликованы в Астрофизическом журнале в феврале 2019 года. Членами исследовательской группы являются: Такахиро Иино (Токийский университет), Хидео Сагава (Киотский университет Санге) и Такаси Цукагоси (Национальная астрономическая обсерватория Японии).