Galaktiske kosmiske stråler påvirker Titans atmosfære

Planetforskere, der brugte Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) afslørede hemmelighederne bag Titans atmosfære, Saturns største måne. Holdet fandt et kemisk fodaftryk i Titans atmosfære, der indikerer, at kosmiske stråler, der kommer uden for solsystemet, påvirker de kemiske reaktioner, der er involveret i dannelsen af ​​nitrogenbærende organiske molekyler. Dette er den første observationelle bekræftelse af sådanne processer, og påvirker forståelsen af ​​Titans spændende miljø.

Titan tiltrækker stor interesse på grund af sin unikke atmosfære med en række organiske molekyler, der danner et præbiotisk miljø.

Takahiro Iino, en videnskabsmand ved University of Tokyo, og hans team brugte ALMA til at afsløre de kemiske processer i Titans atmosfære. De fandt svage, men faste signaler af acetonitril (CH ₃ CN) og dens sjældne isotopomer CH ₃ C ₁₅ N i ALMA-dataene.

"Vi fandt ud af, at overfloden af ¹⁴ N i acetonitril er højere end i andre nitrogenholdige arter såsom HCN og H ₃ CN, " siger Iino. "Det matcher godt den seneste computersimulering af kemiske processer med højenergi kosmiske stråler."

Der er to vigtige aktører i atmosfærens kemiske processer; ultraviolet (UV) lys fra Solen og kosmiske stråler, der kommer uden for solsystemet. I den øvre atmosfære, UV-lys ødelægger selektivt nitrogenmolekyler indeholdende ¹⁵ N fordi UV-lyset med den specifikke bølgelængde, der interagerer med ¹⁴ N. ¹⁴ N absorberes let i den højde. Dermed, nitrogenbærende arter produceret i den højde har en tendens til at udvise en høj ¹⁵ N overflod. På den anden side, kosmiske stråler trænger dybere ind og interagerer med nitrogenmolekyler, der indeholder ¹⁴ N. Som følge heraf der er forskel på mængden af ​​molekyler med ¹⁴ N og ¹⁵ N. Holdet afslørede, at acetonitril i stratosfæren er mere rigeligt i ¹⁴ N end andre tidligere målte nitrogenbærende molekyler.

"Vi antager, at galaktiske kosmiske stråler spiller en vigtig rolle i atmosfæren i andre solsystemlegemer, " siger Hideo Sagawa, en lektor ved Kyoto Sangyo University og medlem af forskerholdet. "Processen kunne være universel, så forståelsen af ​​de kosmiske strålers rolle i Titan er afgørende i den overordnede planetariske videnskab."

Titan er et af de mest populære objekter i ALMA-observationer. Dataene opnået med ALMA skal kalibreres for at fjerne udsving på grund af variationer i vejret på stedet og mekaniske fejl. Til reference, observatoriets personale peger ofte teleskopet mod lyse kilder, såsom Titan, fra tid til anden i videnskabelige observationer. Derfor, en stor mængde Titan-data er lagret i ALMA Science Archive. Iino og hans team har gravet i arkivet og genanalyseret Titan-dataene og fundet subtile fingeraftryk af meget små mængder CH ₃ C ₁₅ N.

Disse observationsresultater er publiceret som T. Iino et al. " ¹⁴ N/ ¹⁵ N isotopforhold i CH ₃ CN for Titans atmosfære målt med ALMA" i Astrofysisk tidsskrift offentliggjort i februar 2019.