Κατά τη διάρκεια των 13 ετών και 76 ημερών που η Cassiniαποστολή πέρασε γύρω από τον Κρόνο, τον τροχιακό και τον προσεδαφιστή του (το Huygensκαθετήρας ) αποκάλυψε πολλά για τον Κρόνο και τα συστήματα φεγγαριών του. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τον Τιτάνα, το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου και ένα από τα πιο μυστηριώδη αντικείμενα στο Ηλιακό Σύστημα. Ως αποτέλεσμα των πολλών πτήσεων του Cassini, οι επιστήμονες έμαθαν πολλά για τις λίμνες μεθανίου του Τιτάνα, την πλούσια σε άζωτο ατμόσφαιρα και τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας.
Αν καιCassiniβυθίστηκε στην ατμόσφαιρα του Κρόνου 15 Σεπτεμβρίου 2017 , οι επιστήμονες εξακολουθούν να ξεχύνονται με τα πράγματα που αποκάλυψε. Για παράδειγμα, πριν τελειώσει την αποστολή του, το Cassini απαθανάτισε μια εικόνα ενός παράξενο σύννεφο επιπλέει ψηλά πάνω από τον νότιο πόλο του Τιτάνα, που αποτελείται από τοξικά, υβριδικά σωματίδια πάγου. Αυτή η ανακάλυψη είναι μια άλλη ένδειξη της πολύπλοκης οργανικής χημείας που εμφανίζεται στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα και στην επιφάνειά του.
Δεδομένου ότι αυτό το σύννεφο ήταν αόρατο με γυμνό μάτι, ήταν ορατό μόνο χάρη στο Cassini Σύνθετο υπέρυθρο φασματόμετρο (CIRS). Αυτό το όργανο εντόπισε το σύννεφο σε υψόμετρο περίπου 160 έως 210 km (100 έως 130 μίλια), πολύ πάνω από τα σύννεφα βροχής μεθανίου της τροπόσφαιρας του Τιτάνα. Κάλυψε επίσης μια μεγάλη περιοχή κοντά στον νότιο πόλο, μεταξύ 75° και 85° νότιου γεωγραφικού πλάτους.
Καλλιτεχνική ιδέα των τελευταίων στιγμών του Cassini στον Κρόνο. Πίστωση: NASA/JPL.
Χρησιμοποιώντας το χημικό δακτυλικό αποτύπωμα που ελήφθη από το όργανο CIRS, οι ερευνητές της NASA διεξήγαγαν επίσης εργαστηριακά πειράματα για την ανακατασκευή της χημικής σύνθεσης του νέφους. Αυτά τα πειράματα προσδιόρισαν ότι το νέφος αποτελούνταν από τα οργανικά μόρια υδροκυάνιο και βενζόλιο. Αυτές οι δύο χημικές ουσίες φάνηκε να έχουν συμπυκνωθεί μαζί για να σχηματίσουν σωματίδια πάγου, αντί να στρωθούν το ένα πάνω στο άλλο.
Για όσους έχουν περάσει περισσότερο από την τελευταία δεκαετία μελετώντας την ατμόσφαιρα του Τιτάνα, αυτό ήταν ένα αρκετά ενδιαφέρον και απροσδόκητο εύρημα. Όπως είπε η Carrie Anderson, μια συν-ερευνήτρια του CIRS στο Goddard Space Flight Center της NASA, σε πρόσφατη NASA δήλωση τύπου :
«Αυτό το σύννεφο αντιπροσωπεύει μια νέα χημική φόρμουλα πάγου στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα. Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι αυτός ο επιβλαβής πάγος αποτελείται από δύο μόρια που συμπυκνώνονται μαζί από ένα πλούσιο μείγμα αερίων στον νότιο πόλο».
Η παρουσία αυτού του νέφους γύρω από τον νότιο πόλο του Τιτάνα είναι επίσης ένα άλλο παράδειγμα των μοτίβων παγκόσμιας κυκλοφορίας της Σελήνης. Αυτό περιλαμβάνει ρεύματα θερμών αερίων που στέλνονται από το ημισφαίριο που βιώνει το καλοκαίρι στο ημισφαίριο εμπειρία χειμώνα. Αυτό το μοτίβο αντιστρέφει την κατεύθυνση όταν αλλάζουν οι εποχές, γεγονός που οδηγεί σε συσσώρευση νεφών γύρω από όποιον πόλο βιώνει χειμώνα.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη από το φεγγάρι του Κρόνου, Τιτάνα, δείχνει την αλλαγή στα παρατηρούμενα ατμοσφαιρικά φαινόμενα πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την ισημερία το 2009. Πιστώσεις: NASA
Όταν ο τροχιακός Cassini έφτασε στον Κρόνο το 20o4, το βόρειο ημισφαίριο του Τιτάνα βίωνε χειμώνα – ο οποίος ξεκίνησε το 2004. Αυτό αποδείχθηκε από τη συσσώρευση νεφών γύρω από τον βόρειο πόλο του, τον οποίο εντόπισε το Cassini κατά την πρώτη του συνάντηση με το φεγγάρι αργότερα από το ίδιο έτος. Ομοίως, τα ίδια φαινόμενα συνέβαιναν γύρω από τον νότιο πόλο κοντά στο τέλος της αποστολής του Cassini.
Αυτό ήταν συνεπές με τις εποχιακές αλλαγές στον Τιτάνα, οι οποίες λαμβάνουν χώρα περίπου κάθε επτά γήινα χρόνια – ένας χρόνος στον Τιτάνα διαρκεί περίπου 29,5 γήινα χρόνια. Συνήθως, τα σύννεφα που σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα είναι δομημένα σε στρώματα, όπου διαφορετικοί τύποι αερίου συμπυκνώνονται σε παγωμένα σύννεφα σε διαφορετικά υψόμετρα. Ποια συμπυκνώνονται εξαρτάται από το πόσο ατμός υπάρχει και οι θερμοκρασίες – οι οποίες γίνονται σταθερά πιο ψυχρές πιο κοντά στην επιφάνεια.
Ωστόσο, κατά καιρούς, διαφορετικοί τύποι νεφών μπορούν να σχηματιστούν σε ένα εύρος υψομέτρων ή να συμπυκνωθούν με άλλους τύπους νεφών. Αυτό βεβαίως φάνηκε να ισχύει όταν επρόκειτο για το μεγάλο σύννεφο υδροκυανίου και βενζολίου που εντοπίστηκε πάνω από τον νότιο πόλο. Οι αποδείξεις αυτού του νέφους προήλθαν από τρία σετ παρατηρήσεων του Τιτάνα που έγιναν με το όργανο CIRS, που πραγματοποιήθηκαν μεταξύ Ιουλίου και Νοεμβρίου του 2015.
Το όργανο CIRS λειτουργεί διαχωρίζοντας το υπέρυθρο φως στα συστατικά του χρώματα και στη συνέχεια μετρά την ισχύ αυτών των σημάτων στα διαφορετικά μήκη κύματος για να προσδιορίσει την παρουσία χημικών υπογραφών. Προηγουμένως, χρησιμοποιήθηκε για τον εντοπισμό της παρουσίας νεφών πάγου υδροκυανίου πάνω από τον νότιο πόλο, καθώς και άλλων τοξικών χημικών ουσιών στη στρατόσφαιρα του φεγγαριού.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη από το Σύνθετο Υπέρυθρο Φασματόμετρο (CIRS) του τροχιακού Cassini. Πίστωση: NASA-JPL
Ως F. Michael Flasar, ο κύριος ερευνητής του CIRS στο Goddard, είπε :
«Το CIRS λειτουργεί ως θερμόμετρο τηλεπισκόπησης και ως χημικός ανιχνευτής, διαλέγοντας την ακτινοβολία θερμότητας που εκπέμπεται από μεμονωμένα αέρια σε μια ατμόσφαιρα. Και το όργανο τα κάνει όλα εξ αποστάσεως, ενώ περνά από πλανήτη ή φεγγάρι».
Ωστόσο, κατά την εξέταση των δεδομένων παρατήρησης για χημικά «δακτυλικά αποτυπώματα», η Άντερσον και οι συνάδελφοί της παρατήρησαν ότι οι φασματικές υπογραφές του παγωμένου νέφους δεν ταίριαζαν με εκείνες οποιασδήποτε μεμονωμένης χημικής ουσίας. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, η ομάδα άρχισε να διεξάγει εργαστηριακά πειράματα όπου συμπυκνώθηκαν μίγματα αερίων σε έναν θάλαμο που προσομοίωσε συνθήκες στη στρατόσφαιρα του Τιτάνα.
Αφού δοκίμασαν διαφορετικά ζεύγη χημικών ουσιών, βρήκαν τελικά ένα που ταίριαζε με την υπέρυθρη υπογραφή που παρατηρήθηκε από το CIRS. Αρχικά, προσπάθησαν να αφήσουν το ένα αέριο να συμπυκνωθεί πριν από το άλλο, αλλά διαπίστωσαν ότι τα καλύτερα αποτελέσματα αποκτήθηκαν όταν εισήχθησαν και τα δύο αέρια και αφέθηκαν να συμπυκνωθούν ταυτόχρονα. Για να είμαστε δίκαιοι, αυτή δεν ήταν η πρώτη φορά που η Άντερσον και οι συνάδελφοί της ανακάλυψαν συμπυκνωμένο πάγο στα δεδομένα CIRS.
Για παράδειγμα, παρόμοιες παρατηρήσεις έγιναν κοντά στον βόρειο πόλο το 2005, περίπου δύο χρόνια αφότου το βόρειο ημισφαίριο γνώρισε το χειμερινό ηλιοστάσιό του. Εκείνη την εποχή, τα παγωμένα σύννεφα εντοπίστηκαν σε πολύ χαμηλότερο υψόμετρο (κάτω από 150 km, ή 93 μίλια) και έδειξαν χημικά δακτυλικά αποτυπώματα υδροκυανικού και καυνοακετυλενίου - ένα από τα πιο πολύπλοκα οργανικά μόρια στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για το τροχιακό Cassini που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα του Κρόνου. Πίστωση: NASA/JPL
Αυτή η διαφορά μεταξύ αυτού και της πιο πρόσφατης ανίχνευσης ενός υβριδικού νέφους, σύμφωνα με τον Άντερσον, οφείλεται σε διαφορές στις εποχιακές διακυμάνσεις μεταξύ του βόρειου και του νότιου πόλου. Ενώ το βόρειο πολικό νέφος που παρατηρήθηκε το 2005 εντοπίστηκε περίπου δύο χρόνια μετά το βόρειο χειμερινό ηλιοστάσιο, το νότιο νέφος που εξέτασαν πρόσφατα η Άντερσον και η ομάδα της εντοπίστηκε δύο χρόνια πριν από το νότιο χειμερινό ηλιοστάσιο.
Εν ολίγοις, είναι πιθανό το μείγμα των αερίων να ήταν ελαφρώς διαφορετικό στις δύο περιπτώσεις ή/και το βόρειο νέφος να είχε την ευκαιρία να θερμανθεί ελαφρώς, αλλοιώνοντας έτσι τη σύνθεσή του κάπως. Όπως εξήγησε ο Άντερσον, αυτές οι παρατηρήσεις έγιναν δυνατές χάρη στα πολλά χρόνια που πέρασε η αποστολή Cassini γύρω από τον Κρόνο:
«Ένα από τα πλεονεκτήματα του Cassini ήταν ότι μπορέσαμε να πετάξουμε δίπλα στον Τιτάνα ξανά και ξανά κατά τη διάρκεια της δεκατριούς αποστολής για να δούμε αλλαγές με την πάροδο του χρόνου. Αυτό είναι ένα μεγάλο μέρος της αξίας μιας μακροπρόθεσμης αποστολής».
Θα χρειαστούν σίγουρα πρόσθετες μελέτες για τον προσδιορισμό της δομής αυτών των παγωμένων νεφών μικτής σύνθεσης και η Άντερσον και η ομάδα της έχουν ήδη κάποιες ιδέες για το πώς θα φαίνονται. Για τα χρήματά τους, οι ερευνητές αναμένουν αυτά τα σύννεφα να είναι άμορφα και άτακτα, αντί να είναι καλά καθορισμένοι κρύσταλλοι όπως τα μονοχημικά σύννεφα.
Τα επόμενα χρόνια, οι επιστήμονες της NASA είναι βέβαιο ότι θα ξοδέψουν πολύ χρόνο και ενέργεια για να ταξινομήσουν όλα τα δεδομένα που λαμβάνονται από τοCassiniαποστολή κατά τη διάρκεια της 13χρονης αποστολής της. Ποιος ξέρει τι άλλο θα εντοπίσουν προτού εξαντλήσουν τις τεράστιες συλλογές δεδομένων του τροχιακού;
Μελλοντική ανάγνωση: NASA