Mulig påvisning af hydrazin på Saturns måne Rhea

I en ny rapport vedr Videnskabens fremskridt , Mark Elowitz, og et hold af videnskabsmænd i fysiske videnskaber, optisk fysik, planetarisk videnskab og strålingsforskning i USA, U.K., Indien, og Taiwan, præsenterede den første analyse af langt-ultraviolette reflektansspektre af regioner på Rheas førende og bagerste halvkugler - som indsamlet af Cassini ultraviolette billeddannelsesspektrograf under målrettede forbiflyvninger. I dette arbejde, de havde specifikt til formål at forklare den uidentificerede brede absorptionsfunktion centreret nær 184 nanometer af de resulterende spektre. Ved hjælp af laboratoriemålinger af UV-spektroskopi af et sæt molekyler, Elowitz et al. fundet en god pasform til Rheas spektre med både hydrazinmonohydrat og flere klorholdige molekyler. De viste, at hydrazinmonohydrat var den mest plausible kandidat til at forklare absorptionsegenskaben ved 184 nm. Hydrazin var også et drivmiddel i Cassinis thrustere, imidlertid, i dette tilfælde, thrusterne blev ikke brugt under iskolde satellit forbiflyvninger, og derfor blev signalet antaget ikke at stige fra rumfartøjets brændstof. Forskerne beskrev derefter, hvordan hydrazinmonohydrat kan fremstilles kemisk på iskolde overflader.

Saturns måne Rhea

Viden om geologien og overfladetopografien af ​​Saturns næststørste måne Rhea var steget meget med adskillige forbiflyvninger under Cassini-Huygens-missionen. Overfladen af ​​Rhea er stærkt krateret med geomorfologiske træk for at indikere endogen aktivitet såsom store nedslagskratere i nord-syd retning. Overfladetemperaturen på Rhea kan ændre sig fra omkring 40 til 100 K, med høj synlig geometrisk albedo. Albedoen, dvs. mængden af ​​lys, der reflekteres fra et himmellegeme, var i overensstemmelse med en overflade bestående af vandis, typisk understøttet af måling af infrarøde (IR) absorptionsfunktioner. Generelt, Rhea kredser om Saturn i en afstand på ca. 8,75 Saturn-radier med en hastighed på 8,5 Km/s, hvor dens vandrende halvkugle bestråles af plasma, der bevæger sig med ca. 57 km/s. Saturns E-ringkorn kunne bombardere og belægge meget af overfladen af ​​Rhea, og sådanne bombardementer fra forskellige kilder kunne forårsage kemiske ændringer i den bestrålede overflade for at syntetisere en rig overfladekemi. Imidlertid, overfladesammensætningen af ​​Rhea er i øjeblikket stort set ukendt. I dette arbejde, Elowitz et al. brugte fire Cassini ultraviolet billeddannende spektrograf/lang ultraviolet (UVIS/FUV) diskopløste observationer af Rhea. For at reducere støjen i dataene, forskerne anvendte et udjævningsfilter. De bemærkede, at spektrene var domineret af vand-is-absorptionsfunktioner, som bemærket i tidligere iskolde satellitter. De udforskede forklaringer på brede absorptionsspektre på tværs af bølgelængdeområdet, der tilnærmelsesvis 179-til-189 nm i UVIS-spektrene fra Rhea.

Forskerne målte laboratoriespektrene for flere molekylære arter og deres blandinger for at udlede optiske begrænsninger. Rhea og Dione er generelt kendt for at dele lignende geomorfologi baseret på Cassini højopløsnings Imaging Science Subsystem (ISS). Begge mellemstore iskolde satellitter bestod af en ilt/kuldioxid-eksosfære med lignende sammensætningsmæssige og fotometriske egenskaber. Både Rhea og Dione udviste lysere førende halvkugler med meget lidt mørkere lemmer ved lave fasevinkler. Holdet krediterede de lysere halvkugler til aflejringen af ​​ren vandis fra Saturns E-ring, hvor både Rhea og Dione viste lignende fotometriske egenskaber sammen med orange/violette farveforhold for at antyde ligheden mellem deres overflader. De opnåede de resulterende modelspektre af hydrazinmonohydrat (N ₂ H ₄ .H ₂ O) og trichlormethan (CHCI ₃ ) under et lag af vandis ved hjælp af laboratorieabsorbansmålinger og Hapke-teorien. Efter at have undersøgt de modellerede spektre, Elowitz et al. viste tilstedeværelsen af ​​hydrazinmonohydrat eller chlormethanmolekyler for at forklare de svage, bred absorption set mellem 179 og 189 nm regioner. Resultaterne viste ikke signifikante variationer i båndstyrken på tværs af observationer eller placeringer på Rhea.

Oprindelsen af ​​chlorforbindelser på Rhea

Holdet udforskede derefter mulige kilder og dræn for hver molekylær art, at forstå de kemiske forbindelser, der er ansvarlige for de svage absorptionsspektre fra området af interesse. De antog tilstedeværelsen af ​​en kilde til carbontetrachlorid (CCl ₄ ) på Rhea, efterfulgt af et frisk lag vandis leveret oven på det fra Saturns E-ring. UV-reflektansspektroskopiteknikken var kun følsom over for de øverste få mikrometer, gør det muligt for forskerne at opdage et lag af chlormethanforbindelser under vandisaflejringerne. Imidlertid, det var stadig svært at forklare tilstedeværelsen af ​​klorforbindelser via kemiske veje på Rhea, da deres oprindelse krævede tilstedeværelsen af ​​et indre havlag eller eksogen levering af mikrometeoroider eller asteroider indeholdende klor. For eksempel, hvis forbindelserne eksisterede dybt i det indre af Rhea, de kunne sænke frysepunktet for vandis for at øge sandsynligheden for et vandigt lag. Forskere havde tidligere opdaget klor-baserede salte såsom natriumchlorid på enceladus faner som bevis for et indre hav. Imidlertid, det var usandsynligt for klorforbindelser at migrere til overfladen af ​​Rhea gennem sprækker i isskallen på grund af den forholdsvis større dybde af dets væskelag. Den resterende mulige kilde til klor var via eksogen levering af kondritiske asteroider gennem historien. Det kondenserede klor kan derefter være blevet omfordelt til andre områder af satellitten gennem sputtering induceret af ladede partikler fra Saturns magnetosfære, at forklare den brede udbredelse af udtagne klorforbindelser.

Forstå produktionen af ​​hydrazinmonohydrat på Rhea

Sammenlignet med chlormethan, produktionen af ​​hydrazinmonohydrat var lettere at forklare på grund af kemiske reaktioner, der involverede vandis og ammoniak eller levering fra Titans nitrogenrige atmosfære. Elowitz et al. overvejede muligheden for kontaminering af UVIS-data med et hydrazin-drivmiddel fra Cassini-rumfartøjet, selvom det var højst usandsynligt, da hydrazin-thrusterne ikke blev brugt under iskolde satellit-flybys. Holdet bekræftede den specifikke signatur af en 184-nm-funktion på Rheas overflade ved hjælp af UV-spektrometer-observationer foretaget af Cassini-rumfartøjet. Ud over det, bestrålingen af ​​ammoniak med ladede partikler fra Saturns magnetosfære inducerede dissociationen af ​​ammoniakmolekyler til dannelse af diazen og hydrazin. Kilden til ammoniak på Rhea kunne være primordial, inkorporeret i dets indre under dannelsen og bragt til overfladen inden for en periode med endogen aktivitet, som tydeligt i Cassini ISS-billeder, selvom ammoniak var usandsynligt at overleve på ubestemt tid på overfladen. Holdet foreslår yderligere analyse for at forstå potentialet for satellit-til-satellit-overførsel af materialer over Titans atmosfære for at forklare tilstedeværelsen af ​​hydrazinmonohydrat på Rhea.

På denne måde Mark Elowitz og kolleger detaljerede den første geokemiske undersøgelse af Saturns måne Rheas iskolde overflade i det fjerne ultraviolette område. Resultaterne indikerede den mulige tilstedeværelse af chlormethanforbindelser under et lag af vandis, eller tilstedeværelsen af ​​et hydrazinmonohydratkompleks. De antog, at hydrazin var den overvejende kandidat for de observerede UV-spektrale træk ved 184 nm, sammenlignet med chlormethanforbindelser. Holdet krediterede tilstedeværelsen af ​​ammoniak i det iskolde øvre lag på Rhea for at være kilden til hydrazinmonohydrat. Forskerne agter også at undersøge muligheden for hydrazinsyntese i atmosfæren af ​​Saturns største måne Titan og dens overførsel fra satellit-til-satellit for at nå Rhea på tværs af geologiske tidsrum.

© 2021 Science X Network