Onderzoekers van de Cassini-missie van NASA hebben bewijs gevonden van een giftig hybride ijs in een piekerige wolk hoog boven de zuidpool van de grootste maan van Saturnus. Titan.

De bevinding is een nieuwe demonstratie van de complexe chemie die optreedt in de atmosfeer van Titan - in dit geval wolkenvorming in de stratosfeer van de gigantische maan - en onderdeel van een verzameling processen die uiteindelijk helpen om een ​​weelde aan organische moleculen naar het oppervlak van Titan te brengen.

Onzichtbaar voor het menselijk oog, de wolk werd gedetecteerd op infrarode golflengten door de Composite Infrared Spectrometer, of CIRS, op het Cassini-ruimtevaartuig. Gelegen op een hoogte van ongeveer 100 tot 130 mijl (160 tot 210 kilometer), de wolk is ver boven de methaanregenwolken van de troposfeer van Titan, of laagste deel van de atmosfeer. De nieuwe wolk bedekt een groot gebied nabij de zuidpool, van ongeveer 75 tot 85 graden zuiderbreedte.

Laboratoriumexperimenten werden gebruikt om een ​​chemisch mengsel te vinden dat overeenkwam met de spectrale signatuur van de wolk:de chemische vingerafdruk gemeten door het CIRS-instrument. Uit de experimenten bleek dat het exotische ijs in de wolk een combinatie is van het eenvoudige organische molecuul waterstofcyanide samen met het grote ringvormige chemische benzeen. De twee chemicaliën lijken tegelijkertijd te zijn gecondenseerd om ijsdeeltjes te vormen, in plaats van dat de ene op de andere wordt gelaagd.

"Deze wolk vertegenwoordigt een nieuwe chemische formule van ijs in de atmosfeer van Titan, " zei Carrie Anderson van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, een CIRS-medeonderzoeker. "Wat interessant is, is dat dit schadelijke ijs is gemaakt van twee moleculen die samen condenseerden uit een rijk mengsel van gassen op de zuidpool."

Eerder, CIRS-gegevens hielpen bij het identificeren van waterstofcyanide-ijs in wolken boven de zuidpool van Titan, evenals andere giftige chemicaliën in de stratosfeer van de maan.

In de stratosfeer van Titan, een wereldwijd circulatiepatroon stuurt een stroom warme gassen van het halfrond waar het zomer is naar de winterpool. Deze circulatie keert van richting wanneer de seizoenen veranderen, wat leidt tot een opeenhoping van wolken op welke pool dan ook winter ervaart. Kort na zijn aankomst bij Saturnus, Cassini vond bewijs van dit fenomeen op de noordpool van Titan. Later, tegen het einde van de 13 jaar van het ruimtevaartuig in het Saturnus-systeem, een soortgelijke wolkenopbouw werd gezien op de zuidpool.

De eenvoudige manier om over de wolkenstructuur na te denken, is dat verschillende soorten gas op verschillende hoogten zullen condenseren tot ijswolken, bijna als lagen in een parfait-dessert. Welke wolk waar condenseert hangt af van hoeveel damp er aanwezig is en van de temperaturen, die op lagere hoogten in de stratosfeer kouder en kouder worden. De werkelijkheid is ingewikkelder, echter, omdat elk type wolk zich vormt over een reeks hoogtes, dus het is mogelijk dat sommige ijssoorten tegelijkertijd condenseren, of co-condenseren.

Anderson en collega's gebruiken CIRS om de complexe reeks infraroodvingerafdrukken van veel moleculen in de atmosfeer van Titan te doorzoeken. Het instrument scheidt infrarood licht in zijn samenstellende kleuren, als regendruppels die een regenboog vormen, en meet de sterkte van het signaal bij de verschillende golflengten.

"CIRS fungeert als een thermometer voor afstandsdetectie en als een chemische sonde, het uitkiezen van de warmtestraling die wordt uitgezonden door individuele gassen in een atmosfeer, " zei F. Michael Flasar, de hoofdonderzoeker van CIRS bij Goddard. "En het instrument doet het allemaal op afstand, tijdens het passeren van een planeet of maan."

De nieuwe wolk, die de onderzoekers de hooggelegen zuidpoolwolk noemen, heeft een onderscheidende en zeer sterke chemische signatuur die te zien was in drie reeksen Titan-waarnemingen van juli tot november 2015. Omdat de seizoenen van Titan zeven aardse jaren duren, het was de hele tijd late herfst op de zuidpool.

De spectrale handtekeningen van het ijs kwamen niet overeen met die van een individuele chemische stof, dus begon het team laboratoriumexperimenten om tegelijkertijd mengsels van gassen te condenseren. Met behulp van een ijskamer die de omstandigheden in de stratosfeer van Titan simuleert, ze testten paren chemicaliën met infrarode vingerafdrukken in het rechter deel van het spectrum.

Aanvankelijk, ze laten het ene gas condenseren voor het andere. Maar het beste resultaat werd bereikt door zowel waterstofcyanide als benzeen in de kamer te brengen en tegelijkertijd te laten condenseren. op zichzelf, benzeen heeft geen kenmerkende ver-infraroodvingerafdruk. Toen het werd toegestaan ​​om samen te condenseren met waterstofcyanide, echter, de ver-infrarode vingerafdruk van het gecondenseerde ijs kwam goed overeen met de CIRS-waarnemingen.

Aanvullende studies zullen nodig zijn om de structuur van de samengecondenseerde ijsdeeltjes te bepalen. De onderzoekers verwachten dat ze klonterig en wanordelijk zijn, in plaats van goed gedefinieerde kristallen.

Anderson en collega's vonden eerder een soortgelijk voorbeeld van gecondenseerd ijs in CIRS-gegevens uit 2005. Die waarnemingen werden gedaan nabij de noordpool, ongeveer twee jaar na de winterzonnewende op het noordelijk halfrond van Titan. Die wolk vormde zich op een veel lagere hoogte, onder 93 mijl (150 kilometer), en had een andere chemische samenstelling:waterstofcyanide en cyanoacetyleen, een van de meer complexe organische moleculen in de atmosfeer van Titan.

Anderson schrijft de verschillen in de twee wolken toe aan seizoensvariaties op de noord- en zuidpool. De noordelijke wolk werd ongeveer twee jaar na de noordelijke winterzonnewende waargenomen, maar de zuidelijke wolk werd ongeveer twee jaar voor de zuidelijke winterzonnewende waargenomen. Het is mogelijk dat de mengsels van gassen in de twee gevallen iets anders waren of dat de temperaturen een beetje waren opgewarmd tegen de tijd dat de noordpoolwolk werd gezien, of allebei.

"Een van de voordelen van Cassini was dat we in de loop van de dertienjarige missie keer op keer langs Titan konden vliegen om veranderingen in de tijd te zien, "zei Anderson. "Dit is een groot deel van de waarde van een missie op lange termijn."

Het Cassini-ruimtevaartuig beëindigde zijn Saturn-missie op 15 september, 2017.