Neptuns måne Triton fremmer sjælden iskolt forening

Astronomer, der bruger Gemini-observatoriet, udforsker Neptuns største måne Triton og observerer, for første gang ud over laboratoriet, en ekstraordinær forening mellem kulilte og nitrogenis. Opdagelsen giver indsigt i, hvordan denne flygtige blanding kan transportere materiale hen over månens overflade via gejsere, udløse sæsonbestemte atmosfæriske ændringer, og give en kontekst for forhold på andre fjerne, iskolde verdener.

Ekstreme forhold kan give ekstreme resultater. I dette tilfælde, det er den ualmindelige parring af to almindelige molekyler - kulilte (CO) og nitrogen (N2) - frosset som fast is på Neptuns iskalde måne Triton.

I laboratoriet, et internationalt hold af videnskabsmænd har udpeget en meget specifik bølgelængde af infrarødt lys, der absorberes, når kulilte- og nitrogenmolekyler slutter sig sammen og vibrerer i forening. Individuelt, kulilte og nitrogenis absorberer hver deres egne distinkte bølgelængder af infrarødt lys, men tandemvibrationen af ​​en isblanding absorberer yderligere, distinkt bølgelængde identificeret i denne undersøgelse.

Ved at bruge det 8 meter lange Gemini South Telescope i Chile, holdet har optaget den samme unikke infrarøde signatur på Triton. Nøglen til opdagelsen var højopløsningsspektrografen kaldet IGRINS (Immersion Grating Infrared Spectrometer), som blev bygget som et samarbejde mellem University of Texas i Austin og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Både Gemini Observatory og IGRINS modtager støtte fra US National Science Foundation (NSF) og KASI.

"Mens det iskolde spektrale fingeraftryk, vi afslørede, var helt rimeligt, især da denne kombination af is kan skabes i laboratoriet, at udpege denne specifikke bølgelængde af infrarødt lys på en anden verden er uden fortilfælde, " sagde Stephen C. Tegler fra Northern Arizona University's Astrophysical Materials Laboratory, der ledede den internationale undersøgelse. Forskningsresultaterne er blevet accepteret til offentliggørelse i Astronomisk Tidsskrift .

I jordens atmosfære findes kulilte- og nitrogenmolekyler som gasser, ikke is. Faktisk, molekylært nitrogen er den dominerende gas i den luft, vi indånder, og kulilte er en sjælden forurening, der kan være dødelig.

På det fjerne Triton, imidlertid, kulilte og nitrogen fryser som fast is. De kan danne deres egne uafhængige iser, eller kan kondensere sammen i den iskolde blanding, der er registreret i Gemini-dataene. Denne iskolde blanding kunne være involveret i Tritons ikoniske gejsere, der først blev set på Voyager 2 rumfartøjsbilleder som mørke, vindblæste striber på overfladen af ​​det fjerne, iskold måne.

Voyager 2-rumfartøjet fangede første gang Tritons gejsere i aktion i månens sydpolare region tilbage i 1989. Siden da, teorier har fokuseret på et indre hav som en mulig kilde til udbrudt materiale. Eller, gejserne kan bryde ud, når sommersolen opvarmer dette tynde lag af flygtig is på Tritons overflade, potentielt involverer den blandede kulilte og nitrogenis afsløret af Gemini-observationen. Denne isblanding kunne også migrere rundt om overfladen af ​​Triton som svar på årstidens varierende sollysmønstre.

"På trods af Tritons afstand fra Solen og de kolde temperaturer, det svage sollys er nok til at drive kraftige sæsonbestemte ændringer på Tritons overflade og atmosfære, " tilføjer Henry Roe, Vicedirektør for Gemini og medlem af forskerteamet. "Dette arbejde demonstrerer styrken ved at kombinere laboratorieundersøgelser med teleskopobservationer for at forstå komplekse planetariske processer i fremmede miljøer, der er så forskellige fra det, vi møder hver dag her på Jorden."

Sæsonerne skrider langsomt frem på Triton, som Neptun tager 165-jorden år at kredse om Solen. En sæson på Triton varer lidt over 40 år; Triton passerede sit sydlige sommersolhvervsmærke i 2000, 20 år mere til at udføre yderligere forskning, før efteråret begynder.

Ser frem til, forskerne forventer, at disse fund vil kaste lys over sammensætningen af ​​is og årstidsvariationer i atmosfæren på andre fjerne verdener ud over Neptun. Astronomer har mistænkt, at blandingen af ​​kulilte og nitrogenis ikke kun findes på Triton, men også på Pluto, hvor New Horizons-rumfartøjet fandt de to iser sameksisterende. Dette Gemini-fund er det første direkte spektroskopiske bevis på, at disse is blander og absorberer denne type lys på begge verdener.

Baggrund

Triton kredser om Neptun, den ottende planet fra Solen, omkring 2,7 milliarder miles fra Jorden - ved den kolde ydre kant af vores solsystems største planetzone. Det er den eneste store måne i solsystemet, der kredser "baglæns" eller i modsat retning af sin planets rotation. Den ejendommelige bevægelse antyder, at Triton er et fanget trans-neptunsk objekt fra Kuiperbæltet - et område med rester fra solsystemets tidlige historie, hvilket er grunden til, at den deler flere træk med dværgplaneten Pluto og Eris:størrelse (omtrent to tredjedele af vores månes), og overfladetemperaturer, der svæver nær det absolutte nulpunkt; så lavt, at almindelige forbindelser, vi kender som gasser på Jorden, fryser til is.

Tritons atmosfære er også 70, 000 gange mindre tæt end Jordens og er sammensat af nitrogen, metan, og kulilte. Dens overflade ser ud til at bestå af to forskellige terræner, en sammensat af de flygtige is og den anden dannet af vand- og kuldioxidis.

Molekylært nitrogen menes at have været den mest almindelige type nitrogen, der var tilgængelig, da solsystemet blev dannet. Dens overflod i det ydre solsystem er en vigtig nøgle til livets oprindelse, da det er en vigtig del af livets byggesten.