Astronomen die het Gemini Observatorium gebruiken, verkennen Neptunus' grootste maan Triton en observeren, voor het eerst buiten het lab, een buitengewone unie tussen koolmonoxide en stikstofijs. De ontdekking biedt inzicht in hoe dit vluchtige mengsel materiaal via geisers over het maanoppervlak kan transporteren, trigger seizoensgebonden atmosferische veranderingen, en een context bieden voor omstandigheden op andere verre, ijzige werelden.

Extreme omstandigheden kunnen extreme resultaten opleveren. In dit geval, het is de ongewone koppeling van twee veel voorkomende moleculen - koolmonoxide (CO) en stikstof (N2) - bevroren als vast ijs op Neptunus' ijskoude maan Triton.

In het laboratorium, een internationaal team van wetenschappers heeft een zeer specifieke golflengte van infrarood licht vastgesteld dat wordt geabsorbeerd wanneer koolmonoxide- en stikstofmoleculen samenkomen en tegelijk trillen. individueel, koolmonoxide- en stikstofijs absorberen elk hun eigen verschillende golflengten van infrarood licht, maar de tandemtrilling van een ijsmengsel absorbeert bij een extra, verschillende golflengte geïdentificeerd in dit onderzoek.

Met behulp van de 8-meter Gemini South Telescope in Chili, het team heeft dezelfde unieke infraroodhandtekening vastgelegd op Triton. De sleutel tot de ontdekking was de hoge resolutie spectrograaf genaamd IGRINS (Immersion Grating Infrared Spectrometer), die werd gebouwd als een samenwerking tussen de Universiteit van Texas in Austin en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Zowel het Gemini Observatorium als IGRINS ontvangen financiering van de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) en KASI.

"Hoewel de ijzige spectrale vingerafdruk die we ontdekten volkomen redelijk was, vooral omdat deze combinatie van ijs in het laboratorium kan worden gemaakt, het lokaliseren van deze specifieke golflengte van infrarood licht op een andere wereld is ongekend, " zei Stephen C. Tegler van het Astrophysical Materials Laboratory van de Northern Arizona University, die de internationale studie leidde. De onderzoeksresultaten zijn geaccepteerd voor publicatie in de Astronomisch tijdschrift .

In de atmosfeer van de aarde komen koolmonoxide- en stikstofmoleculen voor als gassen, mededelingen. In feite, moleculaire stikstof is het dominante gas in de lucht die we inademen, en koolmonoxide is een zeldzame verontreiniging die dodelijk kan zijn.

Op verre Triton, echter, koolmonoxide en stikstof bevriezen als vast ijs. Ze kunnen hun eigen onafhankelijke ijs vormen, of kunnen samen condenseren in de ijzige mix die is gedetecteerd in de Gemini-gegevens. Deze ijzige mix kan betrokken zijn bij Triton's iconische geisers die voor het eerst werden gezien in ruimtevaartuigafbeeldingen van Voyager 2 als donker, door de wind geblazen strepen op het oppervlak van de verre, ijskoude maan.

Het ruimtevaartuig Voyager 2 ving in 1989 voor het eerst de geisers van Triton in actie in het zuidpoolgebied van de maan. theorieën hebben zich gericht op een interne oceaan als een mogelijke bron van uitgebarsten materiaal. Of, de geisers kunnen uitbarsten wanneer de zomerzon deze dunne laag vluchtig ijs op het oppervlak van Triton verwarmt, mogelijk met betrekking tot het gemengde koolmonoxide en stikstofijs dat is onthuld door de Gemini-waarneming. Dat ijsmengsel zou ook rond het oppervlak van Triton kunnen migreren als reactie op seizoensgebonden variërende patronen van zonlicht.

"Ondanks Tritons afstand tot de zon en de koude temperaturen, het zwakke zonlicht is voldoende om sterke seizoensveranderingen op het oppervlak en de atmosfeer van Triton te veroorzaken, " voegt Henry Roe toe, Adjunct-directeur van Gemini en lid van het onderzoeksteam. "Dit werk demonstreert de kracht van het combineren van laboratoriumonderzoek met telescoopobservaties om complexe planetaire processen in buitenaardse omgevingen te begrijpen die zo anders zijn dan wat we hier op aarde elke dag tegenkomen."

Seizoenen vorderen langzaam op Triton, aangezien Neptunus 165 aardse jaren nodig heeft om om de zon te draaien. Een seizoen op Triton duurt iets meer dan 40 jaar; Triton passeerde zijn zuidelijke zomerzonnewende in 2000, nog ongeveer 20 jaar over om verder onderzoek te doen voordat de herfst begint.

Vooruit kijken, de onderzoekers verwachten dat deze bevindingen licht zullen werpen op de samenstelling van ijs en seizoensvariaties in de atmosfeer op andere verre werelden buiten Neptunus. Astronomen vermoeden dat de vermenging van koolmonoxide en stikstofijs niet alleen op Triton, maar ook op Pluto, waar het ruimtevaartuig New Horizons ontdekte dat de twee ijssoorten naast elkaar bestonden. Deze Gemini-bevinding is het eerste directe spectroscopische bewijs dat deze ijssoorten dit soort licht op beide werelden vermengen en absorberen.

Achtergrond

Triton draait om Neptunus, de achtste planeet vanaf de zon, zo'n 2,7 miljard mijl van de aarde - aan de koude buitenrand van de belangrijkste planeetzone van ons zonnestelsel. Het is de enige grote maan in het zonnestelsel die "achteruit" of in de tegenovergestelde richting van de rotatie van zijn planeet draait. De eigenaardige beweging suggereert dat Triton een gevangen trans-Neptuniaans object is uit de Kuipergordel - een gebied met overblijfselen uit de vroege geschiedenis van het zonnestelsel, daarom deelt het verschillende kenmerken met de dwergplaneet Pluto en Eris:grootte (ongeveer tweederde van die van onze maan), en oppervlaktetemperaturen die rond het absolute nulpunt zweven; zo laag dat gewone verbindingen die we als gassen op aarde kennen, bevriezen tot ijs.

Tritons atmosfeer is ook 70, 000 keer minder dicht dan de aarde en is samengesteld uit stikstof, methaan, en koolmonoxide. Het oppervlak lijkt te bestaan ​​uit twee verschillende terreinen, een bestaande uit het vluchtige ijs en het tweede gevormd door water en kooldioxide-ijs.

Men denkt dat moleculaire stikstof het meest voorkomende type stikstof was dat beschikbaar was toen het zonnestelsel zich vormde. Zijn overvloed in het buitenste zonnestelsel is een belangrijke sleutel tot de oorsprong van het leven, omdat het een belangrijk onderdeel is van de bouwstenen van het leven.