ОМ Непростой журнал
Ученые NASA с помощью космической станции Cassini обнаружили загадочное ледяное облако в стратосфере Титана — крупнейшего спутника Сатурна. Специалисты были в замешательстве, когда увидели, что оно состоит из замороженных химических веществ, тогда как обычно облака на Титане формируются так же, как и на Земле.
В составе «тучи», обнаруженной на спутнике Сатурна, оказалось соединение углерода и азота, известное как ацетилендинитрил (C4N2). Он окрашивает атмосферу в коричневато-оранжевый цвет.
Несколько десятилетий назад инфракрасный прибор на космическом аппарате Voyager 1 уже замечал подобные облака на Титане. Ученые были озадачены тем фактом, что содержание ацетилендинитрила в нем составляло менее 1 процента, необходимого для конденсации облака.
«Появление этого облака противоречит всему, что мы знаем о том, как формируются облака на Титане», — заявил Кэрри Андерсон, один из ведущих исследователей в космическом центре NASA в Гринбелте.
Типичный процесс для формирования облаков — это конденсация. Такой же процесс происходит и в тропосфере Титана, стойкого к воздействию погодных формирований в атмосфере спутника, но с метаном вместо воды. Другой процесс конденсации происходит в стратосфере, расположенной над тропосферой, на северном и южном полюсах Титана. В данном случае слои облаков конденсируются, когда глобальная циркуляция заставляет теплые газы опускаться вниз через более прохладные слои полярной стратосферы по мере снижения.
В любом случае облако образуется, когда температура и давление воздуха благоприятны для конденсации пара в лед. В этот момент пар и лед достигают точки равновесия, что определяется температурой воздуха и давлением.
«Для облаков, которые конденсируются, это равновесие является таким же обязательным, как и закон тяготения», — рассказал один из исследователей Роберт Самуэльсон.
Благодаря этому состоянию есть возможность подсчитать количество пара и льда. Однако расчеты показали, что для образования облака из ацетилендинитрила необходимо, чтобы на его высоте содержалось более чем в 100 раз больше пара, чем удалось зафиксировать.
Одно из возможных объяснений состояло в том, что пар в этих облаках все же может присутствовать, но на тот момент у космического аппарата Voyager не было соответствующего оборудования, необходимого для его обнаружения. Однако, когда с помощью станции Cassini в его составе также был обнаружен пар, Андерсон и ее коллеги дали происхождению такого облака иную трактовку. По их мнению, оно сформировалось не путем конденсации, а в процессе реакции других видов ледяных частиц. Исследователи называют это химией твердого тела, потому что реакция включает лед или другие твердые вещества.
Первым шагом в описываемом процессе является формирование ледяных частиц, состоящих из цианоацетилена (HC3N). Так как эти маленькие кусочки льда спускаются вниз через стратосферу Титана, они покрываются цианистым водородом (HCN). На этой стадии частицы льда имеют «сердцевину» и оболочку, которые состоят из двух различных химических веществ. Время от времени фотон ультрафиолетового света проникает в замороженную оболочку и вызывает ряд химических реакций, которые могут привести к образованию водорода и ацетилендинитрила.
Напомним, что миссия Cassini была запущена в 1997 году для исследованию Сатурна, его колец и Титана.
