" "
Utama AstronomiAda Pasir di Titan, Di mana Adakah Ia Keluar?

Ada Pasir di Titan, Di mana Adakah Ia Keluar?

Astronomi : Ada Pasir di Titan, Di mana Adakah Ia Keluar?

Walaupun pengatur Cassini mengakhiri misinya pada 15 September 2017, data yang dikumpulkan di Saturnus dan bulan terbesarnya, Titan, terus kagum dan kagum. Dalam tempoh tiga belas tahun yang dibelanjakannya mengorbit Saturnus dan mengendalikan flybys bulan-bulannya, siasatan itu mengumpulkan banyak data mengenai atmosfera Titan, permukaan, tasik metana, dan persekitaran organik yang kaya bahawa para saintis terus mengalir.

Sebagai contoh, terdapat perkara-perkara yang misterius dan pasir di Titan, yang kelihatan bersifat organik dan struktur dan asalnya kekal sebagai misteri. Untuk menangani misteri-misteri ini, satu pasukan saintis dari John Hopkins University (JHU) dan syarikat penyelidikan Nanomechanics baru-baru ini menjalankan kajian di bukit-bukit Titanjo dan menyimpulkan bahawa mereka mungkin terbentuk di kawasan-kawasan khatulistiwa Titan.

Kajian mereka, Di mana Titan Sand datang Dari: Insight dari Sifat Mekanikal Titan Sand Candidates, baru-baru ini muncul dalam talian dan telah dikemukakan kepada Jurnal Penyelidikan Geofizik: Planet. Kajian itu diketuai oleh Xinting Yu, seorang pelajar siswazah dengan Jabatan Bumi dan Planetary Sciences (EPS) di JHU, dan termasuk Penolong Profesor EPS Sarah Horst (penasihat Yu) Chao He, dan Patricia McGuiggan, dengan sokongan yang disediakan oleh Bryan Crawford daripada Nanomechanics Inc.

Untuk memecahkannya, bukit-bukit pasir Titan pada asalnya dilihat oleh instrumen radar Cassini di rantau Shangri-La berhampiran khatulistiwa. Gambar-gambar probe yang diperoleh menunjukkan garis-garis gelap garis lurus yang mirip dengan bukit-bukit pasir yang mirip dengan yang ditemukan di Bumi. Sejak penemuan mereka, saintis telah berteori bahawa mereka terdiri daripada bijirin hidrokarbon yang telah menetap di permukaan dari atmosfer Titan.

Pada masa lalu, para saintis telah menganggap bahawa mereka membentuk di kawasan utara sekitar tasik metan Titan dan diagihkan ke rantau khatulistiwa oleh angin bulan. Tetapi di mana bijirin ini benar-benar berasal, dan bagaimana mereka datang untuk diedarkan dalam formasi seperti dune ini, masih menjadi misteri. Walau bagaimanapun, seperti Yu menjelaskan kepada Universe Today melalui e-mel, itu hanya sebahagian daripada apa yang menjadikan bukit-bukit ini misterius:

Pertama, tiada siapa yang mengharapkan untuk melihat apa-apa bukit pasir di Titan sebelum misi Cassini-Huygens, kerana model peredaran global meramalkan kelajuan angin di Titan terlalu lemah untuk meniup bahan-bahan untuk membentuk bukit pasir. Walau bagaimanapun, melalui Cassini kita melihat ladang pasir yang luas yang meliputi hampir 30% dari kawasan khatulistiwa Titan!

Kedua, kita tidak pasti bagaimana pasir Titan terbentuk. Bahan-bahan buangan di Titan sama sekali berbeza dari yang ada di Bumi. Di Bumi, bahan-bahan lembah terutamanya serpihan pasir silikat melayang dari batu silikat. Semasa di Titan, bahan-bahan katun adalah organik kompleks yang terbentuk oleh fotokimia di atmosfer, jatuh ke tanah. Kajian menunjukkan bahawa zarah-zarah gurun cukup besar (sekurang-kurangnya 100 mikron), manakala fotokimia membentuk zarah organik masih agak kecil berhampiran permukaan (hanya sekitar 1 mikron). Jadi kita tidak pasti bagaimana zarah-zarah organik kecil berubah menjadi zarah pasir pasir besar (anda memerlukan satu juta zarah organik kecil untuk membentuk satu zarah pasir tunggal!)

"Ketiga, kita juga tidak tahu di mana zarah-zarah organik di atmosfer diproses menjadi lebih besar untuk membentuk zarah gurun. Sesetengah saintis berfikir zarah-zarah ini boleh diproses di mana-mana untuk membentuk zarah parsial, sementara beberapa penyelidik lain percaya pembentukannya perlu terlibat dengan cecair Titan (metana dan etana), yang kini hanya terletak di kawasan kutub. "

Dunes di Titan dilihat di radar Cassini (atas) yang serupa dengan bukit pasir Namibia di Bumi. Ciri-ciri yang kelihatan awan di bahagian atas gambar sebenarnya adalah ciri-ciri topografi. Kredit: NASA

Untuk memberi penjelasan mengenai ini, Yu dan rakan-rakannya menjalankan satu siri percubaan untuk mensimulasikan bahan-bahan yang diangkut di kedua-dua badan darat dan awan. Ini terdiri daripada menggunakan beberapa pasir Bumi semulajadi, seperti pasir pantai silikat, pasir karbonat dan pasir gyspum putih. Untuk meniru jenis bahan yang terdapat di Titan, mereka menggunakan tholin yang dihasilkan makmal, yang merupakan molekul metana yang telah mengalami radiasi UV.

Pengeluaran tholin secara khusus dijalankan untuk mencipta jenis aerosol organik dan keadaan fotokimia yang biasa di Titan. Ini dilakukan menggunakan sistem eksperimen Planetary HAZE (PHAZER) di Johns Hopkins University - yang mana Penyelidik Utama adalah Sarah Horst. Langkah terakhir terdiri daripada menggunakan teknik nanoidentification (diawasi oleh Bryan Crawford Nanometrics Inc.) untuk mengkaji sifat-sifat mekanik pasir dan tholin yang disimulasikan.

Ini terdiri daripada meletakkan simulants pasir dan tholin ke dalam terowong angin untuk menentukan mobiliti mereka dan melihat jika mereka boleh diedarkan dalam corak yang sama. Seperti dijelaskan oleh Yu:

"Motivasi di sebalik kajian ini adalah untuk cuba menjawab misteri ketiga. Sekiranya bahan-bahan lembu diproses melalui cecair, yang terletak di kawasan kutub Titan, mereka perlu cukup kuat untuk diangkut dari tiang ke kawasan khatulistiwa Titan, di mana kebanyakan bukit pasir berada. Walau bagaimanapun, tholin yang kami hasilkan di makmal adalah dalam jumlah yang sangat rendah: ketebalan filem tholin yang dihasilkan hanya sekitar 1 mikron, kira-kira 1 / 10-1 / 100 ketebalan rambut manusia. Untuk menangani perkara ini, kami menggunakan teknik nanoscale yang sangat menarik dan tepat yang dipanggil nanoindentation untuk melakukan pengukuran. Walaupun inden dan retak yang dihasilkan semuanya dalam skala nanometer, kita masih boleh menentukan sifat mekanik seperti modulus Young (penunjuk kekakuan), kekerasan nanoindentasi (kekerasan), dan kekukuhan patah (penunjuk kekejangan) filem nipis. "

Imej radar bukit pasir di Titan. Kredit: NASA / JPL-Caltech / ASI / ESA dan USGS / ESA

Akhirnya, pasukan menentukan bahawa molekul organik yang terdapat di Titan lebih lembut dan lebih rapuh berbanding dengan pasir paling lembut di Bumi. Ringkasnya, tholin yang mereka hasilkan tidak kelihatan mempunyai kekuatan untuk mengembara jarak jauh yang terletak di antara tasik metan di utara Titan dan kawasan khatulistiwa. Dari sini, mereka menyimpulkan bahawa pasir organik di Titan mungkin dibentuk berhampiran tempat mereka berada.

"Dan pembentukan mereka mungkin tidak melibatkan cecair di Titan, kerana itu memerlukan jarak pengangkutan lebih dari 2000 kilometer dari tiang Titan ke khatulistiwa, " tambah Yu. "Zarah-zarah organik yang lembut dan rapuh akan digulung menjadi habuk sebelum mencapai khatulistiwa. Kajian kami menggunakan kaedah yang sama sekali berbeza dan diperkuat beberapa hasil yang diperoleh daripada pemerhatian Cassini. "

Akhirnya, kajian ini merupakan satu arah baru bagi para penyelidik mengenai kajian Titan dan badan-badan lain dalam Sistem Suria. Seperti yang dijelaskan oleh Yu, pada masa lalu, para penyelidik kebanyakannya dikekang dengan data dan pemodelan Cassini untuk menjawab soalan mengenai bukit pasir Titan. Walau bagaimanapun, Yu dan rakan-rakannya dapat menggunakan analog yang dihasilkan oleh makmal untuk menjawab soalan-soalan ini, meskipun fakta bahawa misi Cassini kini berakhir.

Lebih-lebih lagi, kajian terbaru ini pastinya mempunyai nilai yang sangat besar kerana para saintis terus memusnahkan data Cassini dalam jangkauan misi masa depan ke Titan. Misi-misi ini bertujuan untuk mempelajari bukit pasir Titan, tasik metana dan kimia organik kaya dengan lebih terperinci. Seperti dijelaskan oleh Yu:

"[O] hasil ur tidak hanya dapat membantu memahami asal-usul bukit pasir dan pasir Titan, tetapi juga akan memberikan maklumat penting untuk misi pendaratan potensi masa depan di Titan, seperti Dragonfly (salah satu dari dua finalis (dari dua belas proposal) yang dipilih untuk pembangunan konsep selanjutnya oleh program New Frontiers NASA). Sifat-sifat bahan organik di Titan sebenarnya boleh memberikan petunjuk yang luar biasa untuk menyelesaikan beberapa misteri di Titan.

"Dalam satu kajian yang diterbitkan tahun lepas di JGR-planet (2017, 122, 2610-2622), kita dapati bahawa kekuatan interpartikel antara zarah tholin adalah lebih besar daripada pasir biasa di Bumi, yang bermakna organik di Titan jauh lebih kohesif (atau lengket) daripada pasir silikat di Bumi. Ini menunjukkan bahawa kita memerlukan kelajuan angin yang lebih besar untuk meniupkan zarah pasir di Titan, yang dapat membantu penyelidik pemodelan untuk menjawab misteri pertama. Ia juga mencadangkan bahawa pasir Titan dapat dibentuk dengan pembekuan mudah zarah organik di atmosfer, kerana mereka lebih mudah untuk tetap bersama. Ini dapat membantu memahami misteri kedua pasir pasir Titan. "

Konsep anting-anting artis yang ditugaskan ke Titan dan memulakan misi penerokaannya. Kredit: APL / Michael Carroll

Di samping itu, kajian ini mempunyai implikasi untuk kajian badan-badan selain Titan. "Kami telah menemui organ-organ di banyak badan sistem solar lain, terutamanya badan-badan berais dalam sistem suria luar, seperti Pluto, Triton bulan Neptunus, dan komet 67P, " kata Yu. "Dan beberapa organik dihasilkan secara fotokimia sama seperti Titan. Dan kami mendapati ciri-ciri angin yang ditiup (dipanggil ciri-ciri aeolian) ke atas badan-badan itu, jadi hasil kami boleh digunakan untuk badan-badan planet ini juga. "

Dalam dekad yang akan datang, pelbagai misi dijangka meneroka bulan-bulan Sistem Suria luar dan mendedahkan perkara tentang persekitaran yang kaya mereka yang dapat membantu menerangkan asal-usul kehidupan di Bumi. Di samping itu, Teleskop Angkasa James Webb (kini dijangka akan digunakan pada tahun 2021) juga akan menggunakan instrumen guamannya yang canggih untuk mengkaji planet-planet Sistem Suria dengan harapan dapat menangani soalan-soalan terbakar ini.

Bacaan Lanjut: arXiv

Kategori:
Lights Out: A Fine Occultation of Aldebaran Spans the Atlantic
Lubang Hitam Mendorong Bintang Sekitar dalam Cluster Globular ini