Ακόμα κι αν το Κασίνι Το orbiter ολοκλήρωσε την αποστολή του στις 15 Σεπτεμβρίου 2017, τα δεδομένα που συγκέντρωσε στον Κρόνο και το μεγαλύτερο φεγγάρι του, ο Τιτάνας, συνεχίζει να εκπλήσσει και να εκπλήσσει. Κατά τη διάρκεια των δεκατριών ετών που πέρασε σε τροχιά γύρω από τον Κρόνο και πραγματοποιώντας flybys των φεγγαριών του, ο ανιχνευτής συγκέντρωσε πληθώρα δεδομένων για την ατμόσφαιρα, την επιφάνεια, τις λίμνες μεθανίου και το πλούσιο οργανικό περιβάλλον του Τιτάνα που συνεχίζουν να διερευνούν οι επιστήμονες.
Για παράδειγμα, υπάρχει το θέμα των μυστηριωδών «αμμόλοφων» στον Τιτάνα, οι οποίοι φαίνεται να είναι οργανικοί στη φύση και των οποίων η δομή και η προέλευση παραμένουν παραμένουν μυστήριο. Για την αντιμετώπιση αυτών των μυστηρίων, μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο John Hopkins (JHU) και η ερευνητική εταιρεία Nanomechanics διεξήγαγαν πρόσφατα μια μελέτη των αμμόλοφων του Τιτάνα και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι πιθανότατα σχηματίστηκαν στις ισημερινές περιοχές του Τιτάνα.
Η μελέτη τους, «Από πού προέρχεται το Titan Sand: Insight from Mechanical Properties of Titan Sand Candidates», πρόσφατα εμφανίστηκε στο διαδίκτυο και έχει υποβληθεί στο Περιοδικό Γεωφυσικής Έρευνας: Πλανήτες. Η μελέτη διεξήχθη από τον Xinting Yu, μεταπτυχιακό φοιτητή στο Τμήμα Επιστημών της Γης και των Πλανητικών Επιστημών (EPS) στο JHU, και περιελάμβανε τους βοηθούς καθηγητές EPS Sarah Horst (σύμβουλος του Yu) Chao He και την Patricia McGuiggan, με την υποστήριξη του Bryan Crawford του Nanomechanics Inc.
Για να το σπάσει, οι αμμόλοφοι του Τιτάνα εντοπίστηκαν αρχικά από Cassini's όργανα ραντάρ στην περιοχή Shangri-La κοντά στον ισημερινό. Οι εικόνες που ελήφθησαν από τον ανιχνευτή έδειξαν μακρές, γραμμικές σκοτεινές ραβδώσεις που έμοιαζαν με αιολικούς αμμόλοφους παρόμοιες με αυτές που βρέθηκαν στη Γη. Από την ανακάλυψή τους, οι επιστήμονες θεωρούν ότι αποτελούνται από κόκκους υδρογονανθράκων που έχουν εγκατασταθεί στην επιφάνεια από την ατμόσφαιρα του Τιτάνα.
Στο παρελθόν, οι επιστήμονες υποθέτουν ότι σχηματίζονται στις βόρειες περιοχές γύρω από τις λίμνες μεθανίου του Τιτάνα και κατανέμονται στην περιοχή του ισημερινού από τους ανέμους της Σελήνης. Αλλά από πού προέρχονταν αυτοί οι κόκκοι και πώς διανεμήθηκαν σε αυτούς τους σχηματισμούς σαν αμμόλοφους, παρέμεινε ένα μυστήριο. Ωστόσο, όπως εξήγησε ο Yu στο Space Magazine μέσω email, αυτό είναι μόνο μέρος αυτού που κάνει αυτούς τους αμμόλοφους μυστηριώδεις:
«Πρώτον, κανείς δεν περίμενε να δει αμμόλοφους στον Τιτάνα πριν από την αποστολή Cassini-Huygens, επειδή τα μοντέλα παγκόσμιας κυκλοφορίας προέβλεπαν ότι οι ταχύτητες ανέμου στον Τιτάνα είναι πολύ αδύναμες για να χτυπήσουν τα υλικά για να σχηματίσουν αμμόλοφους. Ωστόσο, μέσω του Cassini είδαμε τεράστια γραμμικά πεδία αμμόλοφων που καλύπτουν σχεδόν το 30% των ισημερινών περιοχών του Τιτάνα!
«Δεύτερον, δεν είμαστε σίγουροι πώς σχηματίζονται οι άμμοι του Τιτάνα. Τα υλικά αμμόλοφων στον Τιτάνα είναι εντελώς διαφορετικά από αυτά της Γης. Στη Γη, τα υλικά των αμμόλοφων είναι κυρίως θραύσματα πυριτικής άμμου που ξεσκονίζονται από πυριτικούς βράχους. Ενώ βρίσκεστε στον Τιτάνα, τα υλικά αμμόλοφων είναι σύνθετα οργανικά που σχηματίζονται από τη φωτοχημεία στην ατμόσφαιρα, πέφτοντας στο έδαφος. Μελέτες δείχνουν ότι τα σωματίδια των αμμόλοφων είναι αρκετά μεγάλα (τουλάχιστον 100 μικρά), ενώ τα οργανικά σωματίδια που σχηματίζονται από τη φωτοχημεία εξακολουθούν να είναι αρκετά μικρά κοντά στην επιφάνεια (μόνο περίπου 1 μικρό). Επομένως, δεν είμαστε σίγουροι πώς τα μικρά οργανικά σωματίδια μετατρέπονται σε σωματίδια αμμόλοφων (χρειάζεστε ένα εκατομμύριο μικρά οργανικά σωματίδια για να σχηματίσετε ένα μόνο σωματίδιο άμμου!)
«Τρίτον, δεν γνωρίζουμε επίσης πού επεξεργάζονται τα οργανικά σωματίδια στην ατμόσφαιρα για να γίνουν μεγαλύτερα για να σχηματίσουν τα σωματίδια αμμόλοφων. Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτά τα σωματίδια μπορούν να υποστούν επεξεργασία παντού για να σχηματίσουν τα σωματίδια αμμόλοφων, ενώ μερικοί άλλοι ερευνητές πιστεύουν ότι ο σχηματισμός τους πρέπει να εμπλέκεται με τα υγρά του Τιτάνα (μεθάνιο και αιθάνιο), τα οποία επί του παρόντος βρίσκονται μόνο στις πολικές περιοχές. "
Για να ρίξει φως σε αυτό, η Yu και οι συνάδελφοί της διεξήγαγαν μια σειρά πειραμάτων για να προσομοιώσουν τα υλικά που μεταφέρονται τόσο σε επίγεια όσο και σε παγωμένα σώματα. Αυτό συνίστατο στη χρήση πολλών φυσικών γη, όπως πυριτική άμμο στην παραλία, ανθρακική άμμο και λευκή άμμος γύψου. Για να προσομοιώσουν τα είδη υλικών που βρέθηκαν στον Τιτάνα, χρησιμοποίησαν εργαστήρια παραγόμενα θολίνια, τα οποία είναι μόρια μεθανίου που έχουν υποβληθεί σε υπεριώδη ακτινοβολία.
Η παραγωγή θολινών διεξήχθη ειδικά για να αναδημιουργήσει τα είδη οργανικών αερολυμάτων και συνθηκών φωτοχημείας που είναι κοινά στον Τιτάνα. Αυτό έγινε χρησιμοποιώντας το πειραματικό σύστημα Planetary HAZE Research (PHAZER) στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins - για το οποίο ο κύριος ερευνητής είναι η Sarah Horst. Το τελευταίο βήμα συνίστατο στη χρήση μιας τεχνικής νανο-ταυτοποίησης (που επιβλέπεται από τον Bryan Crawford της Nanometrics Inc.) για τη μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων των προσομοιωμένων άμμων και θολινών.
Αυτό συνίστατο στην τοποθέτηση των προσομοιωτών άμμου και των θολίνων σε μια σήραγγα αέρα για να προσδιοριστεί η κινητικότητά τους και να δούμε αν θα μπορούσαν να διανεμηθούν με τα ίδια σχέδια. Όπως εξήγησε ο Γιου:
«Το κίνητρο πίσω από τη μελέτη είναι να προσπαθήσουμε να απαντήσουμε στο τρίτο μυστήριο. Εάν τα υλικά των αμμόλοφων υποβάλλονται σε επεξεργασία μέσω υγρών, τα οποία βρίσκονται στις πολικές περιοχές του Τιτάνα, πρέπει να είναι αρκετά ισχυρά ώστε να μεταφέρονται από τους πόλους στις περιοχές του Ισημερινού του Τιτάνα, όπου βρίσκονται οι περισσότεροι αμμόλοφοι. Ωστόσο, οι θολίνες που παρήγαμε στο εργαστήριο είναι σε εξαιρετικά χαμηλές ποσότητες: το πάχος της μεμβράνης θολίνης που παρήγαμε είναι μόνο περίπου 1 μικρό, περίπου 1 / 10-1 / 100 του πάχους των ανθρώπινων μαλλιών. Για να το αντιμετωπίσουμε αυτό, χρησιμοποιήσαμε μια πολύ ενδιαφέρουσα και ακριβή τεχνική νανοκλίμακας που ονομάζεται νανο-προσανατολισμός για να εκτελέσουμε τις μετρήσεις. Ακόμα κι αν οι παραγόμενες εσοχές και ρωγμές είναι όλες σε κλίμακα νανομέτρου, μπορούμε ακόμα να προσδιορίσουμε με ακρίβεια τις μηχανικές ιδιότητες όπως το μέτρο Young (ένδειξη δυσκαμψίας), τη σκληρότητα νανοεμπλοκής (σκληρότητα) και τη σκληρότητα κατάγματος (δείκτης ευθραυστότητας) της λεπτής μεμβράνης. "
Στο τέλος, η ομάδα διαπίστωσε ότι τα οργανικά μόρια που βρέθηκαν στον Τιτάνα είναι πολύ πιο μαλακά και πιο εύθραυστα σε σύγκριση με ακόμη και τις πιο μαλακές άμμους στη Γη. Με απλά λόγια, τα θολίν που παρήγαγαν δεν φαίνεται να έχουν τη δύναμη να διανύσουν την τεράστια απόσταση που βρίσκεται ανάμεσα στις λίμνες του βόρειου μεθανίου του Τιτάνα και στην περιοχή του ισημερινού. Από αυτό, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι οργανικές άμμοι στον Τιτάνα πιθανότατα σχηματίζονται κοντά στο σημείο όπου βρίσκονται.
«Και ο σχηματισμός τους ενδέχεται να μην περιλαμβάνει υγρά στον Τιτάνα, καθώς αυτό θα απαιτούσε μια τεράστια απόσταση μεταφοράς πάνω από 2000 χιλιόμετρα από τους πόλους του Τιτάνα μέχρι τον ισημερινό», πρόσθεσε ο Yu. «Τα μαλακά και εύθραυστα οργανικά σωματίδια αλέθονται στη σκόνη πριν φτάσουν στον ισημερινό. Η μελέτη μας χρησιμοποίησε μια εντελώς διαφορετική μέθοδο και ενίσχυσε ορισμένα αποτελέσματα που προκύπτουν από τις παρατηρήσεις του Cassini. "
Στο τέλος, αυτή η μελέτη αντιπροσωπεύει μια νέα κατεύθυνση για τους ερευνητές όσον αφορά τη μελέτη του Τιτάνα και άλλων σωμάτων στο Ηλιακό Σύστημα. Όπως εξήγησε ο Yu, στο παρελθόν, οι ερευνητές ήταν κυρίως περιορισμένοι Κασίνι δεδομένα και μοντελοποίηση για να απαντήσετε σε ερωτήσεις σχετικά με τους αμμόλοφους του Τιτάνα. Ωστόσο, η Yu και οι συνάδελφοί της κατάφεραν να χρησιμοποιήσουν εργαστηριακά ανάλογα για να αντιμετωπίσουν αυτά τα ερωτήματα, παρά το γεγονός ότι το Κασίνι η αποστολή είναι πλέον στο τέλος.
Επιπλέον, αυτή η πιο πρόσφατη μελέτη είναι βέβαιο ότι έχει τεράστια αξία καθώς οι επιστήμονες συνεχίζουν να εξετάζουν Cassini's δεδομένα εν αναμονή των μελλοντικών αποστολών στον Τιτάνα. Αυτές οι αποστολές στοχεύουν στη μελέτη των αμμόλοφων του Τιτάνα, των λιμνών μεθανίου και της πλούσιας οργανικής χημείας με περισσότερες λεπτομέρειες. Όπως εξήγησε ο Γιου:
«[Τα] αποτελέσματά σας όχι μόνο μπορούν να βοηθήσουν στην κατανόηση της προέλευσης των αμμόλοφων και της άμμου του Τιτάνα, αλλά και θα παρέχουν κρίσιμες πληροφορίες για πιθανές μελλοντικές αποστολές προσγείωσης στον Τιτάνα, όπως το Dragonfly (ένας από τους δύο φιναλίστ (από δώδεκα προτάσεις) που επιλέχθηκαν για περαιτέρω ανάπτυξη ιδεών από το πρόγραμμα Νέα Σύνορα της NASA). Οι υλικές ιδιότητες των οργανικών στον Τιτάνα μπορούν πραγματικά να προσφέρουν εκπληκτικές ενδείξεις για την επίλυση ορισμένων από τα μυστήρια του Τιτάνα.
«Σε μια μελέτη που δημοσιεύσαμε πέρυσι στους πλανήτες JGR (2017, 122, 2610–2622), ανακαλύψαμε ότι οι δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων μεταξύ των σωματιδίων θολίνης είναι πολύ μεγαλύτερες από την κοινή άμμο στη Γη, πράγμα που σημαίνει ότι τα οργανικά στον Τιτάνα είναι πολύ περισσότερα συνεκτική (ή κολλητική) από την πυριτική άμμο στη Γη. Αυτό σημαίνει ότι χρειαζόμαστε μεγαλύτερη ταχύτητα ανέμου για να φυσήσουμε τα σωματίδια άμμου στον Τιτάνα, κάτι που θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές μοντελοποίησης να απαντήσουν στο πρώτο μυστήριο. Υποδηλώνει επίσης ότι η άμμος του Τιτάνα θα μπορούσε να σχηματιστεί με απλή πήξη οργανικών σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, καθώς είναι πολύ πιο εύκολο να κολλήσουν μεταξύ τους. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει στην κατανόηση του δεύτερου μυστηρίου των αμμόλοφων του Τιτάνα. "
Επιπλέον, αυτή η μελέτη έχει επιπτώσεις στη μελέτη άλλων οργανισμών εκτός του Τιτάνα. «Βρήκαμε οργανικά σε πολλά άλλα σώματα του ηλιακού συστήματος, ειδικά παγωμένα σώματα στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα, όπως ο Πλούτωνας, το φεγγάρι του Ποσειδώνα Triton και ο κομήτης 67P», δήλωσε ο Yu. «Και μερικά από τα οργανικά παράγονται φωτοχημικά παρόμοια με τον Τιτάνα. Και βρήκαμε χαρακτηριστικά ανέμου (ονομάζονται αιολικά χαρακτηριστικά) και σε αυτά τα σώματα, έτσι τα αποτελέσματά μας θα μπορούσαν να εφαρμοστούν και σε αυτά τα πλανητικά σώματα. "
Κατά την επόμενη δεκαετία, πολλές αποστολές αναμένεται να εξερευνήσουν τα φεγγάρια του εξωτερικού ηλιακού συστήματος και να αποκαλύψουν πράγματα για τα πλούσια περιβάλλοντά τους που θα μπορούσαν να βοηθήσουν να ρίξουν φως στην προέλευση της ζωής εδώ στη Γη. Επιπλέον, το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (τώρα αναμένεται να αναπτυχθεί το 2021) θα χρησιμοποιήσει επίσης το προηγμένο κοστούμι των οργάνων για να μελετήσει τους πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος με την ελπίδα να αντιμετωπίσει αυτά τα καίρια ζητήματα.
