In een nieuw verslag over wetenschappelijke vooruitgang , Mark Elowitz, en een team van wetenschappers in de natuurwetenschappen, optische fysica, planetaire wetenschap en stralingsonderzoek in de VS, VK, Indië, en Taiwan, presenteerde de eerste analyse van ver-ultraviolette reflectiespectra van regio's op Rhea's voorste en achterste hemisferen - zoals verzameld door de Cassini ultraviolet-beeldvormingsspectrograaf tijdens gerichte flybys. In dit werk, ze waren specifiek bedoeld om het niet-geïdentificeerde brede absorptiekenmerk te verklaren dat zich in de buurt van 184 nanometer van de resulterende spectra bevindt. Met behulp van laboratoriummetingen van de UV-spectroscopie van een set moleculen, Elowitz et al. vond een goede pasvorm voor Rhea's spectra met zowel hydrazine-monohydraat als verschillende chloorbevattende moleculen. Ze toonden aan dat hydrazine-monohydraat de meest plausibele kandidaat is om het absorptiekenmerk bij 184 nm te verklaren. Hydrazine was ook een drijfgas in Cassini's stuwraketten, echter, op dit moment, de stuwraketten werden niet gebruikt tijdens ijzige satellietvluchten en daarom werd aangenomen dat het signaal niet opstijgt uit ruimtevaartuigbrandstof. De wetenschappers hebben vervolgens beschreven hoe hydrazine-monohydraat chemisch kan worden geproduceerd op ijzige oppervlakken.

Saturnusmaan Rhea

De kennis van de geologie en de oppervlaktetopografie van de op een na grootste maan van Saturnus Rhea was tijdens de Cassini-Huygens-missie vele malen gevorderd. Het oppervlak van Rhea is zwaar bekraterd met geomorfologische kenmerken die duiden op endogene activiteit, zoals grote inslagkraters in de noord-zuid richting. De oppervlaktetemperatuur van Rhea kan variëren van ongeveer 40 tot 100 K, met hoge zichtbare geometrische albedo. het albedo, d.w.z., de hoeveelheid licht die door een hemellichaam wordt weerkaatst, consistent was met een oppervlak bestaande uit waterijs, meestal ondersteund door de meting van infrarood (IR) absorptiekenmerken. In het algemeen, Rhea draait om Saturnus op een afstand van ongeveer 8,75 Saturnusstralen met een snelheid van 8,5 Km/s, waar het reizende halfrond wordt bestraald door plasma dat zich met een snelheid van ongeveer 57 km/s voortplant. De E-ringkorrels van Saturnus zouden een groot deel van het oppervlak van Rhea kunnen bombarderen en bedekken, en dergelijke bombardementen van verschillende bronnen kunnen chemische veranderingen in het bestraalde oppervlak veroorzaken om een ​​rijke oppervlaktechemie te synthetiseren. Echter, de oppervlaktesamenstelling van Rhea is momenteel grotendeels onbekend. In dit werk, Elowitz et al. gebruikte vier Cassini ultraviolet imaging spectrograaf / ver ultraviolet (UVIS / FUV) schijf-opgeloste waarnemingen van Rhea. Om de ruis in de gegevens te verminderen, de onderzoekers pasten een afvlakfilter toe. Ze merkten op dat de spectra worden gedomineerd door waterijsabsorptiekenmerken, zoals opgemerkt in eerdere ijzige satellieten. Ze onderzochten verklaringen voor brede absorptiespectra over het golflengtebereik van ongeveer 179 tot 189 nm in de UVIS-spectra van Rhea.

De wetenschappers maten de laboratoriumspectra van verschillende moleculaire soorten en hun mengsels om optische beperkingen af ​​te leiden. Van Rhea en Dione is algemeen bekend dat ze vergelijkbare geomorfologie delen op basis van het Cassini Imaging Science Subsystem (ISS) met hoge resolutie. Beide middelgrote ijzige satellieten bestonden uit een zuurstof/kooldioxide-exosfeer met vergelijkbare compositie- en fotometrische eigenschappen. Zowel Rhea als Dione vertoonden helderdere voorste hemisferen met zeer weinig verdonkering van ledematen bij lage fasehoeken. Het team schreef de helderdere hemisferen toe aan de afzetting van puur waterijs uit de E-ring van Saturnus, waar zowel Rhea als Dione vergelijkbare fotometrische eigenschappen vertoonden naast oranje / violette kleurverhoudingen om de gelijkenis van hun oppervlakken te impliceren. Ze verkregen de resulterende modelspectra van hydrazine-monohydraat (N ₂ H ₄ .H ₂ O) en trichloormethaan (CHCl ₃ ) onder een laag waterijs met behulp van laboratoriumabsorptiemetingen en de Hapke-theorie. Na bestudering van de gemodelleerde spectra, Elowitz et al. toonde de aanwezigheid aan van hydrazine-monohydraat- of chloormethaanmoleculen om de zwakke, brede absorptie waargenomen tussen 179 en 189 nm-regio's. De resultaten toonden geen significante variaties in de bandsterkte tussen waarnemingen of locaties op Rhea.

De oorsprong van chloorverbindingen op Rhea

Het team onderzocht vervolgens mogelijke bronnen en putten van elke moleculaire soort, om de chemische verbindingen te begrijpen die verantwoordelijk zijn voor de zwakke absorptiespectra uit het interessegebied. Ze veronderstelden de aanwezigheid van een bron voor koolstoftetrachloride (CCl ₄ ) op Rhea, gevolgd door een nieuwe laag waterijs die bovenop die van de E-ring van Saturnus wordt afgeleverd. De UV-reflectiespectroscopietechniek was alleen gevoelig voor de bovenste paar micrometers, waardoor de wetenschappers een laag chloormethaanverbindingen onder de waterijsafzettingen konden detecteren. Echter, het was nog steeds moeilijk om de aanwezigheid van chloorverbindingen via chemische routes op Rhea te verklaren, omdat hun oorsprong de aanwezigheid van een interne oceaanlaag of exogene afgifte door micrometeoroïden of asteroïden die chloor bevatten vereiste. Bijvoorbeeld, als de verbindingen diep in het binnenland van Rhea bestonden, ze zouden het vriespunt van waterijs kunnen verlagen om de kans op een waterige laag te vergroten. Onderzoekers hadden eerder op chloor gebaseerde zouten zoals natriumchloride op pluimen van Enceladus ontdekt als bewijs voor een interne oceaan. Echter, het was onwaarschijnlijk dat chloorverbindingen naar het oppervlak van Rhea migreerden door scheuren in de ijsschelp vanwege de relatief grotere diepte van de vloeistoflaag. De resterende mogelijke bron van chloor was door de geschiedenis heen via exogene levering door chondritische asteroïden. Het gecondenseerde chloor is dan mogelijk herverdeeld naar andere delen van de satelliet door sputteren veroorzaakt door geladen deeltjes uit de magnetosfeer van Saturnus. om de brede verspreiding van bemonsterde chloorverbindingen te verklaren.

De productie van hydrazine-monohydraat op Rhea . begrijpen

In vergelijking met chloormethaan, de productie van hydrazine-monohydraat was gemakkelijker te verklaren vanwege chemische reacties met waterijs en ammoniak of levering uit de stikstofrijke atmosfeer van Titan. Elowitz et al. de mogelijkheid van besmetting van de UVIS-gegevens door een hydrazine-drijfgas van het Cassini-ruimtevaartuig overwogen, hoewel het hoogst onwaarschijnlijk was omdat de hydrazine-stuwraketten niet werden gebruikt tijdens ijzige satellietvluchten. Het team bevestigde de specifieke signatuur van een 184 nm-functie op het oppervlak van Rhea met behulp van de UV-spectrometerobservaties gemaakt door het Cassini-ruimtevaartuig. Naast dat, de bestraling van ammoniak door geladen deeltjes uit de magnetosfeer van Saturnus veroorzaakte de dissociatie van ammoniakmoleculen om diazeen en hydrazine te vormen. De bron van ammoniak op Rhea kan primordiaal zijn, opgenomen in het inwendige tijdens de vorming en naar de oppervlakte gebracht binnen een periode van endogene activiteit, zoals blijkt uit Cassini ISS-beelden, hoewel het onwaarschijnlijk was dat ammoniak voor onbepaalde tijd op het oppervlak zou overleven. Het team stelt verdere analyse voor om het potentieel voor satelliet-naar-satellietoverdracht van materialen door de atmosfeer van Titan te begrijpen om de aanwezigheid van hydrazine-monohydraat op Rhea te verklaren.

Op deze manier, Mark Elowitz en collega's hebben het eerste geochemische onderzoek van het ijzige oppervlak van Saturnusmaan Rhea in het verre ultraviolette gebied gedetailleerd. De resultaten wezen op de mogelijke aanwezigheid van chloormethaanverbindingen onder een laag waterijs, of de aanwezigheid van een hydrazine-monohydraatcomplex. Ze gingen ervan uit dat hydrazine de belangrijkste kandidaat is voor de waargenomen UV-spectrale kenmerken bij 184 nm, vergeleken met chloormethaanverbindingen. Het team noemde de aanwezigheid van ammoniak in de ijzige bovenlaag op Rhea de bron van hydrazine-monohydraat. De onderzoekers zijn ook van plan om de mogelijkheid van hydrazinesynthese in de atmosfeer van Saturnus' grootste maan Titan en de overdracht van satelliet naar satelliet om Rhea te bereiken over geologische tijdspannes te onderzoeken.

© 2021 Science X Network