Ученые из Франции и США смоделировали, происходящие в атмосфере Титана – Журнал "Все о Космосе"

Ученые из Франции и США смоделировали, происходящие в атмосфере Титана

8:22 15/04/2018
👁 28

Титан

Исследователи из Франции и США смоделировали в лаборатории процессы, происходящие в атмосфере Титана, и показали, что отличия между химическими составами аэрозолей, рассчитанными на основании данных аппаратов Cassini и «Гюйгенс», можно объяснить разрушением молекул под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Статья опубликована в Nature Astronomy.

Единственный в Солнечный системе спутник, обладающий плотной атмосферой — это Титан, самый крупный из спутников Сатурна. Обычно спутники, несмотря на свой внушительный размер, имеют сильно разреженную атмосферу и напоминают скорее Луну, чем Землю, но на поверхности Титана атмосферное давление в полтора раза превышает давление на поверхности Земли. В основном атмосфера Титана состоит из молекулярного азота (98,4 процента) и метана (1,6 процента), причем концентрация последнего растет с увеличением высоты.

Тем не менее, Титан практически не обладает магнитным полем, а значит, его атмосфера плохо защищена от воздействия солнечного ветра и космических лучей. Кроме того, она также подвержена действию ультрафиолетового излучения. Из-за этого молекулы атмосферы испытывают фотохимические превращения, в результате которых образуется множество органических соединений (например, циановодород или бензол), включая частицы твердых аэрозолей. Предполагается, что в качестве очагов концентрации таких аэрозолей выступают крупные частицы, ионизированные ультрафиолетовым излучением. Именно из-за аэрозолей атмосфера Титана приобретает коричневатый оттенок.

Наблюдения станции «Кассини», запущенной NASA в 1997 году и вышедшей на орбиту Сатурна в июне 2004 года, позволили в подробностях изучить атмосферу Титана. В частности, спектроскопические наблюдения за излучением атмосферы показали, что аэрозоли действительно образуются на высоте около 1000 километров, а измерения спускаемого аппарата «Гюйгенс», который собирал образцы на высоте менее 130 километров, подтвердили их наличие в нижних слоях. Тем не менее, химические составы атмосферы, рассчитанные по данным обоих аппаратов, отличались. Следовательно, различные аэрозоли по-разному ведут себя с уменьшением высоты.

cxtkaSxkq7c[1]

Изменение спектра поглощения алифатических соединений со временем: черная линия отвечает спектру до облучения, красная — после облучения ультрафиолетом в течение 24 часов. Для сравнения приведены данные спектроскопических измерений аппарата «Кассини», отвечающие высоте около 200 километров (зеленая линия).

Чтобы объяснить возникающую разницу в химических составах, группа ученых под руководством Натали Карраско (Nathalie Carrasco) из Университета Пьера и Марии Кюри экспериментально смоделировала процессы, происходящие в атмосфере Титана. Для этого исследователи поместили в вакуумную камеру (воздух откачали до давления менее 10−8 атмосфер) твердую пластинку с напыленными органическими пленками толщиной около 440 нанометров, химический состав которых воспроизводил химический состав аэрозолей в верхних слоях атмосферы спутника, а затем облучали ее ультрафиолетом в течение длительного времени. Интенсивность излучения составляла около 1016 фотонов на сантиметр квадратный в секунду, а длина волны отвечала линии Лайман-альфа (длина волны λ ≈ 121,6 нанометров), которая лучше всего проникает вглубь атмосферы.

JcBr87sw8hY[1]

В результате оказалось, что спектр поглощения пластинки (то есть ее химический состав) изменялся с течением времени, а в целом ее поглощающая способность уменьшалась. При этом ультрафиолет сильнее разрушал одинарные связи между молекулами углерода и углерода, углерода и водорода, но слабее затрагивал двойные связи и связи углерод-азот. В конечном счете, после 24 часов облучения концентрация азота в пластинке повысилась, а ее химический состав начинал сильнее походить на состав аэрозолей, измеренный аппаратом «Гюйгенс» вблизи поверхности Титана. В то же время, синтезированные в верхних слоях атмосферы аэрозольные частицы достигают поверхности спутника только через 260 часов (что отвечает одному дню на Титане или 11 земным дням). Следовательно, заключают авторы, различие между данными «Кассини» и «Гюйгенса» можно списать на разрушение молекул аэрозолей под действием ультрафиолетового излучения.


Источник

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *