Kuigi Cassini Orbiter lõpetas oma missiooni 15. septembril 2017, Saturni ja tema suurima kuu Titani kohta kogutud andmed hämmastavad ja hämmastavad endiselt. Kolmeteistkümne aasta jooksul, kui ta veetis Saturni orbiidil ja oma kuude lendoravaid juhtis, kogus sond hulgaliselt andmeid Titani atmosfääri, pinna, metaanijärvede ja rikkaliku orgaanilise keskkonna kohta, mille üle teadlased jätkuvalt vaevavad.
Näiteks on küsimus müstilistes Titanil paiknevates „liivaluidetes”, mis näivad olevat oma olemuselt orgaanilised ja mille struktuur ja päritolu jäävad alles, on jäänud saladuseks. Nende mõistatuste lahendamiseks viisid hiljuti John Hopkinsi ülikooli (JHU) ja uurimisettevõtte Nanomechanics teadlaste meeskond läbi Titani luidete uuringu ja jõudsid järeldusele, et need moodustusid tõenäoliselt Titani ekvatoriaalpiirkondades.
Nende uurimus “Kust Titan Sand pärineb: ülevaade Titan Sandi kandidaatide mehaanilistest omadustest” ilmus hiljuti veebis ja on esitatud Geofüüsikaliste uuringute ajakiri: Planeedid. Uuringut juhtis JHU Maa ja planeediteaduste osakonna (EPS) kraadiõppur Xinting Yu ning uuringusse kaasati EPS-i abiprofessorid Sarah Horst (Yu nõunik) Chao He ja Patricia McGuiggan, abiga Bryan Crawford Nanomehaanika Inc
Selle lagunemiseks märkas Titani liivaluiteid algselt Cassini’s radarinstrumendid ekvaatori lähedal asuvas Shangri-La piirkonnas. Saadud sondil olid pikad sirged tumedad triibud, mis nägid välja nagu tuule poolt pühitud luited, mis sarnanesid Maal leiduvatega. Alates avastusest on teadlased teoreetikud, et need koosnevad süsivesinike teradest, mis on pinnale settinud Titani atmosfäärist.
Varem on teadlased oletanud, et need moodustuvad Titani metaanijärvede ümbruses põhjapoolsetes piirkondades ja neid levitavad Kuu tuuled ekvatoriaalpiirkonda. Kuid kust need terad päriselt tulid ja kuidas neid nendes luitekujulistel kooslustel laiali laotati, on jäänud saladuseks. Nagu Yu e-posti teel Space Magazine'ile selgitas, on see vaid osa sellest, mis muudab need luited salapäraseks:
„Esiteks ei oodanud keegi, et enne Cassini-Huygeni missiooni näeks Titanil ühtegi liivaluidet, sest globaalsed ringlusmudelid ennustasid, et tuule kiirus Titanil on liiga nõrk, et puhuda materjalid luidete moodustamiseks. Kuid läbi Cassini nägime tohutuid lineaarseid luitevälju, mis katavad peaaegu 30% Titaani ekvatoriaalpiirkondadest!
„Teiseks, me pole kindlad, kuidas Titani liivad moodustuvad. Titanil olevad luitmaterjalid erinevad Maa peal olevatest materjalidest. Maal on luitematerjalid peamiselt silikaatkivimitest pärit silikaatliiva killud. Titaanil olles on luitematerjalid keerukad orgaanilised ühendid, mille atmosfääris moodustab fotokeemia, maapinnale kukkudes. Uuringud näitavad, et luiteosakesed on üsna suured (vähemalt 100 mikronit), samas kui fotokeemias moodustunud orgaanilised osakesed on pinna lähedal endiselt üsna väikesed (ainult umbes 1 mikron). Nii et me pole kindlad, kuidas väikesed orgaanilised osakesed suureks liivaluide osakesteks muunduvad (ühe liivaosakese moodustamiseks vajate miljonit väikest orgaanilist osakest!)
„Kolmandaks, me ei tea ka seda, kus atmosfääri orgaanilisi osakesi töödeldakse, et need muutuksid luideosakesteks. Mõnede teadlaste arvates saab neid osakesi luideosakeste moodustamiseks kõikjal töödelda, samas kui mõne teise teadlase arvates on nende moodustumisel vaja seostada Titani vedelikke (metaan ja etaan), mis praegu asuvad ainult polaaraladel. "
Selle valgustamiseks viisid Yu ja tema kolleegid läbi terve rea katseid, et simuleerida materjale, mida veetakse nii maapealsel kui ka jäisel kerel. See koosnes mitme loodusliku Maa liiva, näiteks silikaatrannaliiva, karbonaatliiva ja valge güspumliiva kasutamisest. Titaanil leiduvate materjalide simuleerimiseks kasutasid nad laboratooriumis toodetud tholiine, mis on metaani molekulid, mis on allutatud ultraviolettkiirgusele.
Tholiinide tootmine viidi läbi spetsiaalselt orgaaniliste aerosoolide ja fotokeemiliste tingimuste taastamiseks, mis on Titanil tavalised. Selleks kasutati Johns Hopkinsi ülikoolis eksperimentaalset süsteemi Planetary HAZE Research (PHAZER) - mille uurija on Sarah Horst. Viimane samm koosnes nanoidentifitseerimismeetodi kasutamisest (mida juhendas Bryan Crawford Nanometrics Inc.-ist) simuleeritud liivade ja koliinide mehaaniliste omaduste uurimiseks.
See koosnes liivaimulantide ja koliinide paigutamisest tuuletunnelisse, et teha kindlaks nende liikuvus ja kontrollida, kas neid saab jagada samade mustritega. Nagu Yu selgitas:
„Uuringu motivatsioon on proovida vastata kolmandale mõistatusele. Kui luitematerjale töödeldakse vedelike kaudu, mis asuvad Titani polaaraladel, peavad need olema piisavalt tugevad, et neid saaks poolustest transportida Titani ekvatoriaalpiirkondadesse, kus asub suurem osa luidetest. Kuid laboreid, mida me laboris valmistasime, on äärmiselt väikestes kogustes: meie toodetud tholiinikihi paksus on vaid umbes 1 mikron, umbes 1 / 10-1 / 100 inimese juuste paksusest. Selle lahendamiseks kasutasime mõõtmiste tegemiseks väga intrigeerivat ja täpset nanomõõtmete tehnikat, mida nimetatakse nanoindentatsiooniks. Ehkki tekitatud taanded ja praod on kõik nanomeetrites, saame siiski täpselt kindlaks määrata õhukese kile mehaanilised omadused, näiteks Youngi moodul (jäikuse indikaator), nanoindensatsiooni kõvadus (kõvadus) ja murdumiskindlus (rabeduse indikaator). "
Lõpuks otsustas meeskond, et Titanil leiduvad orgaanilised molekulid on isegi pehmeimate liivadega võrreldes Maa peal palju pehmemad ja rabedamad. Lihtsustatult öeldes ei tundunud nende toodetud tholiinidel jõudu läbida tohutut vahemaad, mis asuvad Titani põhjapoolsete metaanijärvede ja ekvatoriaalpiirkonna vahel. Sellest järeldasid nad, et orgaanilised liivad Titanil tekivad tõenäoliselt nende asukoha lähedal.
"Ja nende moodustumine ei pruugi hõlmata vedelikke Titanil, kuna see nõuaks Titaani poolustest ekvaatorini tohutut, enam kui 2000-kilomeetrist transpordivahet," lisas Yu. “Pehmed ja haprad orgaanilised osakesed jahvatatakse enne ekvaatorisse jõudmist tolmuks. Meie uuringus kasutati täiesti erinevat meetodit ja kinnitati Cassini tähelepanekutest tuletatud tulemusi. ”
Lõpuks on see uuring teadlaste jaoks uus suund Titaani ja teiste päikesesüsteemi kehade uurimisel. Nagu Yu selgitas, olid varem teadlased enamasti piiratud Cassini andmeid ja modelleerimist, et vastata küsimustele Titani liivaluidete kohta. Kuid Yu ja tema kolleegid said nende küsimuste lahendamiseks kasutada laboris toodetud analooge, hoolimata asjaolust, et Cassini missioon on nüüd lõpus.
Veelgi enam, see uusim uuring on kindlasti tohutu väärtus, kuna teadlased jätkavad oma tegevust Cassini’s andmed Titanile tulevaste missioonide ootuses. Nende missioonide eesmärk on üksikasjalikumalt uurida Titani liivaluiteid, metaanijärvi ja rikkalikku orgaanilist keemia. Nagu Yu selgitas:
„[O] ur tulemused ei aita mitte ainult mõista Titani luidete ja liiva päritolu, vaid pakuvad olulist teavet ka tulevaste Titanil toimuvate maandumismissioonide jaoks, näiteks Dragonfly (üks kahest finalistist (kaheteistkümnest ettepanekust), kes valiti edasine kontseptsiooni väljatöötamine NASA programmi New Frontiers kaudu). Titaani orgaaniliste materjalide materiaalsed omadused võivad tegelikult pakkuda hämmastavaid vihjeid mõne Titanil leiduva saladuse lahendamiseks.
„Uuringus, mille avaldasime eelmisel aastal ajakirjas JGR-planeet (2017, 122, 2610–2622), saime teada, et tholiini osakeste vahelised osakestevahelised jõud on palju suuremad kui tavaline liiv Maal, mis tähendab, et Titanil on orgaanilisi elemente palju rohkem sidus (või kleepuvam) kui silikaatliivad Maal. See tähendab, et Titanil on vaja liivaosakeste puhumiseks suuremat tuulekiirust, mis aitaks modelleerijatel esimesele mõistatusele vastata. Samuti soovitab see, et Titan-liivad võiksid moodustuda atmosfääri orgaaniliste osakeste lihtsa koagulatsiooni abil, kuna neid on palju lihtsam kokku kleepida. See võib aidata mõista Titani liivaluidete teist saladust. ”
Lisaks mõjutab see uuring ka muude kehade kui Titan uurimist. "Oleme leidnud orgaanilisi elemente paljudest teistest Päikesesüsteemi kehadest, eriti välise Päikesesüsteemi jäistest kehadest, nagu Pluuto, Neptuuni kuu Triton ja komeet 67P," ütles Yu. “Ja osa orgaanikast on fotokeemiliselt toodetud sarnaselt Titanile. Ja me leidsime tuule puhutud tunnuseid (nn eoliste tunnuseid) ka nendel kehadel, nii et meie tulemusi saaks rakendada ka nende planeetide kehade suhtes. "
Eelseisval kümnendil on oodata mitut missiooni, mille eesmärk on uurida Päikesesüsteemi väliseid kuusid ja paljastada asju nende rikkaliku keskkonna kohta, mis võiksid aidata valgustada siinse maakera elu päritolu. Lisaks James Webbi kosmoseteleskoop (arvatavasti võetakse kasutusele aastal 2021) kasutab oma täiustatud instrumentide komplekti ka Päikesesüsteemi planeetide uurimiseks, lootuses nende põletavate küsimustega tegeleda.
