Planetaire wetenschappers die de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruikten, onthulden de geheimen van de atmosfeer van Titan, de grootste maan van Saturnus. Het team vond een chemische voetafdruk in de atmosfeer van Titan, wat aangeeft dat kosmische straling van buiten het zonnestelsel de chemische reacties beïnvloedt die betrokken zijn bij de vorming van stikstofhoudende organische moleculen. Dit is de eerste waarnemingsbevestiging van dergelijke processen, en beïnvloedt het begrip van de intrigerende omgeving van Titan.

Titan trekt veel belangstelling vanwege zijn unieke atmosfeer met een aantal organische moleculen die een prebiotische omgeving vormen.

Takahiro Iino, een wetenschapper aan de Universiteit van Tokio, en zijn team gebruikten ALMA om de chemische processen in de atmosfeer van Titan te onthullen. Ze vonden zwakke maar stevige signalen van acetonitril (CH ₃ CN) en zijn zeldzame isotopomeer CH ₃ C ₁₅ N in de ALMA-gegevens.

"We ontdekten dat de overvloed aan ¹⁴ N in acetonitril is hoger dan die in andere stikstofhoudende soorten zoals HCN en H ₃ CN, "zegt Iino. "Het komt goed overeen met de recente computersimulatie van chemische processen met kosmische straling met hoge energie."

Er zijn twee belangrijke spelers in de chemische processen van de atmosfeer; ultraviolet (UV) licht van de zon en kosmische straling die van buiten het zonnestelsel komt. In de hogere atmosfeer, UV-licht vernietigt selectief stikstofmoleculen die ¹⁵ N omdat het UV-licht met de specifieke golflengte die interageert met ¹⁴ N. ¹⁴ N wordt op die hoogte gemakkelijk geabsorbeerd. Dus, stikstofhoudende soorten die op die hoogte worden geproduceerd, vertonen doorgaans een hoge ¹⁵ N overvloed. Anderzijds, kosmische stralen dringen dieper door en interageren met stikstofmoleculen die ¹⁴ N. Als gevolg hiervan, er is een verschil in de overvloed aan moleculen met ¹⁴ N en ¹⁵ N. Het team onthulde dat acetonitril in de stratosfeer meer voorkomt in ¹⁴ N dan die van andere eerder gemeten stikstofhoudende moleculen.

"We veronderstellen dat galactische kosmische straling een belangrijke rol speelt in de atmosfeer van andere zonnestelsellichamen, " zegt Hideo Sagawa, een universitair hoofddocent aan de Kyoto Sangyo University en een lid van het onderzoeksteam. "Het proces kan universeel zijn, dus het begrijpen van de rol van kosmische straling in Titan is cruciaal in de algemene planetaire wetenschap."

Titan is een van de meest populaire objecten in ALMA-waarnemingen. De gegevens die met ALMA worden verkregen, moeten worden gekalibreerd om fluctuaties als gevolg van variaties in het weer ter plaatse en mechanische storingen te voorkomen. Voor verwijzingen, het personeel van het observatorium richt de telescoop vaak op heldere bronnen, zoals Titaan, van tijd tot tijd in wetenschappelijke observaties. Daarom, een grote hoeveelheid Titan-gegevens wordt opgeslagen in het ALMA Science Archive. Iino en zijn team hebben in het archief gegraven en de Titan-gegevens opnieuw geanalyseerd en subtiele vingerafdrukken gevonden van zeer kleine hoeveelheden CH ₃ C ₁₅ N.

Deze waarnemingsresultaten zijn gepubliceerd als T. Iino et al. " ¹⁴ N/ ¹⁵ N isotopenverhouding in CH ₃ CN van de atmosfeer van Titan gemeten met ALMA" in de Astrofysisch tijdschrift gepubliceerd op februari 2019.