Durante i 13 anni e 76 giorni che il Cassini missione trascorsa intorno a Saturno, l'orbita e il suo lander (il Huygens sonda) ha rivelato molto su Saturno e i suoi sistemi di lune. Ciò è particolarmente vero per Titano, la più grande luna di Saturno e uno degli oggetti più misteriosi del Sistema Solare. Come risultato dei molti voli di Cassini, gli scienziati hanno imparato molto sui laghi di metano di Titano, sull'atmosfera ricca di azoto e sulle caratteristiche della superficie.
Nonostante Cassini immersi nell'atmosfera di Saturno il 15 settembre 2017, gli scienziati stanno ancora riversando su ciò che ha rivelato. Ad esempio, prima che terminasse la sua missione, Cassini catturò l'immagine di una strana nuvola che galleggiava in alto sopra il polo sud di Titano, una che è composta da particelle di ghiaccio ibrido tossico. Questa scoperta è un'altra indicazione della complessa chimica organica che si verifica nell'atmosfera di Titano e sulla sua superficie.
Poiché questa nuvola era invisibile ad occhio nudo, era osservabile solo grazie allo spettrometro composito a infrarossi (CIRS) di Cassini. Questo strumento ha individuato la nuvola a un'altitudine di circa 160 a 210 km (da 100 a 130 mi), molto al di sopra delle nuvole di pioggia a metano della troposfera di Titano. Copriva anche una vasta area vicino al polo sud, tra 75 ° e 85 ° latitudine sud.
Usando l'impronta chimica ottenuta dallo strumento CIRS, i ricercatori della NASA hanno anche condotto esperimenti di laboratorio per ricostruire la composizione chimica della nuvola. Questi esperimenti hanno determinato che la nuvola era composta dalle molecole organiche acido cianidrico e benzene. Queste due sostanze chimiche sembravano essersi condensate insieme per formare particelle di ghiaccio, anziché essere sovrapposte l'una sull'altra.
Per coloro che hanno trascorso più dell'ultimo decennio a studiare l'atmosfera di Titano, questa è stata una scoperta piuttosto interessante e inaspettata. Come Carrie Anderson, un co-investigatore CIRS presso il Goddard Space Flight Center della NASA, ha dichiarato in un recente comunicato stampa della NASA:
"Questa nuvola rappresenta una nuova formula chimica del ghiaccio nell'atmosfera di Titano. La cosa interessante è che questo ghiaccio nocivo è costituito da due molecole che si sono condensate insieme da una ricca miscela di gas nel polo sud. "
La presenza di questa nuvola attorno al polo sud di Titano è anche un altro esempio dei modelli di circolazione globale della luna. Ciò implica che dall'emisfero vengono inviate correnti di gas caldi che stanno vivendo l'estate nell'emisfero durante l'inverno. Questo modello inverte la direzione quando cambiano le stagioni, il che porta ad un accumulo di nuvole attorno a qualsiasi polo che sta vivendo l'inverno.
Quando l'orbita Cassini arrivò a Saturno nel 20o4, l'emisfero nord di Titano stava vivendo l'inverno - che iniziò nel 2004. Ciò fu evidenziato dall'accumulo di nuvole attorno al suo polo nord, che Cassini vide durante il suo primo incontro con la luna più tardi dello stesso anno. Allo stesso modo, gli stessi fenomeni si stavano verificando intorno al polo sud verso la fine della missione di Cassini.
Ciò era coerente con i cambiamenti stagionali su Titano, che si verificano all'incirca ogni sette anni terrestri - un anno su Titano dura circa 29,5 anni terrestri. In genere, le nuvole che si formano nell'atmosfera di Titano sono strutturate in strati, in cui diversi tipi di gas si condensano in nuvole ghiacciate a diverse altitudini. Quali si condensano dipende dalla quantità di vapore presente e dalle temperature, che diventano sempre più fredde più vicino alla superficie.
Tuttavia, a volte, diversi tipi di nuvole possono formarsi su un intervallo di altitudini o condensarsi con altri tipi di nuvole. Questo sembrava certamente essere il caso della grande nuvola di acido cianidrico e benzene che era stata individuata sopra il polo sud. La prova di questa nuvola è stata derivata da tre serie di osservazioni su Titano fatte con lo strumento CIRS, che si sono svolte tra luglio e novembre 2015.
Lo strumento CIRS funziona separando la luce infrarossa nei suoi colori costituenti e quindi misura i punti di forza di questi segnali alle diverse lunghezze d'onda per determinare la presenza di firme chimiche. In precedenza, veniva utilizzato per identificare la presenza di nuvole di ghiaccio con acido cianidrico sopra il polo sud, così come altre sostanze chimiche tossiche nella stratosfera della luna.
Come ha affermato F. Michael Flasar, il principale investigatore CIRS di Goddard:
“CIRS agisce come un termometro con telerilevamento e come una sonda chimica, rilevando la radiazione termica emessa dai singoli gas in atmosfera. E lo strumento fa tutto da remoto, passando da un pianeta o da una luna. "
Tuttavia, nell'esaminare i dati di osservazione per le "impronte digitali" chimiche, Anderson e i suoi colleghi hanno notato che le firme spettrali della nuvola ghiacciata non corrispondevano a quelle di ogni singolo prodotto chimico. Per ovviare a questo, il team ha iniziato a condurre esperimenti di laboratorio in cui le miscele di gas erano condensate in una camera che simulava le condizioni nella stratosfera di Titano.
Dopo aver testato diverse coppie di sostanze chimiche, hanno finalmente trovato uno che corrispondeva alla firma a infrarossi osservata da CIRS. Inizialmente, hanno provato a far condensare un gas prima dell'altro, ma hanno scoperto che i risultati migliori sono stati ottenuti quando sono stati introdotti entrambi i gas e sono stati lasciati condensare allo stesso tempo. Ad essere onesti, questa non era la prima volta che Anderson e i suoi colleghi avevano scoperto il ghiaccio condensato nei dati CIRS.
Ad esempio, nel 2005 sono state fatte osservazioni simili vicino al polo nord, circa due anni dopo che l'emisfero nord ha vissuto il suo solstizio d'inverno. A quel tempo, le nuvole ghiacciate furono rilevate a un'altitudine molto più bassa (inferiore a 150 km, o 93 mi) e mostrarono impronte chimiche di acido cianicida e caynoacetilene - una delle molecole organiche più complesse nell'atmosfera di Titano.
Questa differenza tra questo e l'ultimo rilevamento di una nuvola ibrida, secondo Anderson, si riduce alle differenze nelle variazioni stagionali tra i poli nord e sud. Mentre la nuvola polare settentrionale osservata nel 2005 è stata avvistata circa due anni dopo il solstizio d'inverno settentrionale, la nuvola meridionale Anderson e il suo gruppo esaminati di recente sono stati avvistati due anni prima del solstizio d'inverno meridionale.
In breve, è possibile che la miscela dei gas fosse leggermente diversa nei due casi e / o che la nuvola settentrionale abbia avuto la possibilità di riscaldarsi leggermente, alterando in tal modo la sua composizione. Come ha spiegato Anderson, queste osservazioni sono state rese possibili grazie ai molti anni che la missione Cassini trascorse intorno a Saturno:
“Uno dei vantaggi di Cassini è stato che siamo stati in grado di sorvolare Titano ancora e ancora nel corso della missione di tredici anni per vedere i cambiamenti nel tempo. Questa è una grande parte del valore di una missione a lungo termine. "
Saranno sicuramente necessari ulteriori studi per determinare la struttura di queste nuvole ghiacciate di composizione mista, e Anderson e il suo team hanno già alcune idee su come apparirebbero. Per i loro soldi, i ricercatori si aspettano che queste nuvole siano grumose e disordinate, piuttosto che cristalli ben definiti come le nuvole monochimiche.
Nei prossimi anni, gli scienziati della NASA passeranno sicuramente molto tempo ed energia a selezionare tutti i dati ottenuti dal Cassini missione nel corso della sua missione di 13 anni. Chi sa cos'altro rileveranno prima di aver esaurito le vaste raccolte di dati dell'orbiter?
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