Одделени со милијарди километри и обликувани од многу различни средини, магливата месечина на Сатурн, Титан, и џуџестата планета Плутон, барем на хартија, имаат малку заедничко.
Титан е геолошки активен свет обвиен во атмосфера погуста од Земјината, а неговиот пејзаж е обликуван од мориња од течен метан и огромни дини направени од органски честички што паѓаат од неговата атмосфера. Плутон, пак, е ладен, оддалечен регион со тенка атмосфера што лебди над ледена, замрзната површина.
Но, набљудувањата со вселенскиот телескоп James Webb открија дека двата различни света делат идентичен, необјаснет инфрацрвен потпис на нивните површини, знак дека слична хемија може да дејствува на двата света и покрај нивните огромни разлики, велат научниците.
Детално објаснета во нова студија, оваа карактеристика се појавува на точно иста инфрацрвена бранова должина на Титан и Плутон, што укажува дека апсорбира светлина на ист начин на двата света. Сигналот укажува на присуство на непознато соединение или семејство на сродни соединенија што научниците сè уште не ги идентификувале.
„Доста е мистериозно. Не можеме да кажеме што е“, изјави за Space.com Бруно Безар, планетарен научник во Париската опсерваторија кој го водеше откритието.
Безар прв пат ја забележал необјаснетата карактеристика додека анализирал набљудувања на Титан од ноември 2022 година, кога James Webb собрал инфрацрвена светлина што минувала низ маглата во многу прецизни, тесни опсези на бранови должини, дозволувајќи им на научниците директно да ѕирнат низ инаку непроѕирната атмосфера.
За да ја разберат оваа светлина, истражувачите користат спектроскопија, техника што се користи за идентификување на соединенија врз основа на специфичните бранови должини на светлината што ја апсорбираат. Бидејќи секоја молекула остава уникатен спектрален отпечаток што телескопите можат да го детектираат, астрономите можат рутински да идентификуваат супстанции низ целиот Сончев Систем и пошироко, од едноставен воден мраз до сложени молекули.
Сепак, новооткриената карактеристика не се совпаѓа со ниту еден стандарден спектар од библиотеките што досега се каталогизирани, ниту пак се чини дека е резултат на грешка во опремата, се вели во студијата. Истата карактеристика на апсорпција е откриена од два различни инструменти на James Webb, блискоинфрацрвениот спектрограф (NIRSpec) и средниот инфрацрвен инструмент (MIRI).
Откако не успеал да најде совпаѓање со каталогизираните спектрални отпечатоци од наједноставните и најчести планетарни мразови, Безар се запрашал дали друг свет со слична атмосферска хемија би можел да понуди трага. Се обратил кај својот колега Емануел Лелуш во Париската опсерваторија, кој ја водеше James Webb програмата што го набљудуваше Плутон во мај 2023 година.
„Го прашав дали имаат потпис на Плутон на истата бранова должина. Па го побаравме и го најдовме таму“, се присети Безар во интервју за Space.com.
Нема докази дека мистериозниот молекул е био-потпис. Наместо тоа, веројатно претставува еден вид пребиотска хемија што се одвива во безкислородната средина на Титан повеќе од 4 милијарди години.
Една можност е дека припаѓа на семејство на јаглеводороди познати како алени, за кои студијата забележува дека се практично единствените познати органски соединенија што покажуваат силни апсорпциони ленти во истиот инфрацрвен опсег од 5 микрони како и мистериозниот сигнал.
Но, семејството алени содржи многу сложени варијации за кои сè уште не постојат комплетни спектри, рече Безар. Алтернативно, сигналот би можел да припаѓа на позната молекула чиј спектрален потпис се променил, можеби затоа што е измешан со други планетарни мразови кои сè уште не се целосно каталогизирани.
„Имаме спектри само за наједноставните од нив, но можно е во ова семејство да се најдат едно или повеќе соединенија кои се присутни заедно и ја создаваат оваа карактеристика на апсорпција“, рече Безар.
Без оглед на тоа кое соединение на крајот се покажува како одговорно, тој и неговиот тим веруваат дека се формира во атмосферата преку фотохемиски реакции пред конечно да се наталожи на површината.
И покрај нивните остра разлики, Титан и Плутон имаат атмосфери доминирани од азот и метан. Научниците знаат од набљудувањата на вселенските летала и лабораториските симулации дека во горните слоеви на атмосферите на овие светови, ултравиолетовата сончева светлина ги раздвојува овие молекули, активирајќи синџир од високо реактивни хемиски фрагменти. Овие фрагменти потоа се рекомбинираат во сложени органски соединенија, од кои некои се кондензираат и паѓаат назад како снег на површината подолу, каде што James Webb ги детектира.
Неколку докази го поддржуваат овој процес од атмосферата до површината. Прво, тимот анализирал како сигналот се однесувал низ дискот на Титан. Додека James Webb го скенирал Титан од центарот на неговата кружна површина кон неговиот надворешен раб, односно ивица, мистериозниот сигнал постепено ослабувал, се вели во студијата.
„Ова е она што би го очекувале ако доаѓаше од површината“, рече Безар.
Поради тродимензионалната геометрија на набљудување сфера, сигналот што доаѓа од рамна површина би бил најсилен во центарот, а послаб во близина на работ, каде што аголот на гледање низ атмосферата станува подолг и понејасен. Овој специфичен модел на слабеење не го покажал атмосферскиот јаглерод моноксид што го тестирал тимот, кој останал практично непроменет од центарот до работ, рече Безар, помагајќи му на тимот да заклучи дека мистериозниот молекул веројатно е на тлото.
Плутон обезбедил независни докази за да ја поддржи оваа површинска теорија. Неговата речиси безпритисочна атмосфера е физички премногу тенка и ретка за да произведе карактеристика на апсорпција од таква длабочина, оставајќи ја цврстата површина на џуџестата планета како единствен веројатен извор на силниот сигнал.
За дополнително да ја тестираат својата хипотеза за атмосферско потекло, тимот ги проучувал набљудувањата на James Webb на Јупитеровата месечина Ганимед. Бидејќи Ганимед нема атмосфера богата со азот и метан, не може да го движи истиот фотохемиски процес како Титан и Плутон. Како што се очекуваше, истражувачите не пронајдоа трага од мистериозната карактеристика, што дополнително ја поддржува теоријата дека соединението единствено е поврзано со хемијата на атмосферите богати со азот и метан.
Појаснувањето би можело да дојде во наредните месеци. Истражувачите моментално анализираат понови набљудувања на James Webb кои даваат поцелосен поглед на Титан додека ротира. Податоците ќе му овозможат на тимот да го мапира мистериозниот инфрацрвен потпис низ површината на Месечината и да утврди дали е поврзан со специфични геолошки карактеристики, како што се огромните дини богати со органски материи на Титан, кои постојано се надополнуваат со бавно таложење на комплексни честички формирани во атмосферата.
Дополнителни индиции можеби ќе треба да почекаат за мисијата Dragonfly на НАСА, вселенско летало со големина на автомобил кое е закажано да се лансира во 2028 година и да пристигне на Титан во средината на 30-тите.
Иако Dragonfly нема да носи инфрацрвен спектрометар за да ги реплицира мерењата на светлината на James Webb, неговиот вграден масен спектрометар ќе му овозможи да ги „вкуси“ органските молекули во различните геолошки интересни области што вселенското летало ќе ги посети. Со откривање на тоа кои соединенија се всушност присутни на површината на Титан, мисијата би можела да им даде на научниците список на кандидати што би можеле да ги реплицираат во лабораториите на Земјата за да видат дали се совпаѓаат со својствата на мистериозниот молекул.
