خلال ال 13 سنة و 76 يوما التي كاسيني قضى المهمة حول زحل ، المركبة الفضائية وهبوطها هيغنز التحقيق) كشف الكثير عن زحل وأنظمته من الأقمار. وينطبق هذا بشكل خاص على تيتان ، أكبر قمر زحل وأحد أكثر الأجسام الغامضة في المجموعة الشمسية. نتيجة للعديد من رحلات طيران كاسيني ، تعلم العلماء الكثير عن بحيرات الميثان في تيتان ، والغلاف الجوي الغني بالنيتروجين ، والسمات السطحية.
على الرغم من كاسيني غرق في جو زحل في 15 سبتمبر 2017 ، لا يزال العلماء يتدفقون على الأشياء التي كشف عنها. على سبيل المثال ، قبل أن تنهي كاسيني مهمتها ، التقطت كاسيني صورة سحابة غريبة تطفو فوق القطب الجنوبي لتيتان ، تتكون من جزيئات جليدية سامة وهجينة. هذا الاكتشاف هو مؤشر آخر على الكيمياء العضوية المعقدة التي تحدث في غلاف تيتان وعلى سطحه.
نظرًا لأن هذه السحابة كانت غير مرئية للعين المجردة ، كان يمكن ملاحظتها فقط بفضل مطياف الأشعة تحت الحمراء المركب (CIRS) من Cassini. رصدت هذه الآلة الغيمة على ارتفاع حوالي 160 إلى 210 كيلومتر (100 إلى 130 ميل) ، أعلى بكثير من غيوم المطر الميثان في طبقة التروبوسفير لتيتان. وغطت أيضًا مساحة كبيرة بالقرب من القطب الجنوبي ، بين خطي عرض 75 درجة و 85 درجة جنوبًا.
باستخدام البصمة الكيميائية التي تم الحصول عليها بواسطة أداة CIRS ، أجرى باحثو ناسا أيضًا تجارب مخبرية لإعادة بناء التركيب الكيميائي للسحابة. حددت هذه التجارب أن السحابة تتكون من جزيئات عضوية وسيانيد الهيدروجين والبنزين. يبدو أن هاتين المادتين الكيميائيتين قد تكثفت معًا لتكوين جزيئات الجليد ، بدلاً من وضعها فوق بعضها البعض.
بالنسبة لأولئك الذين قضوا أكثر من العقد الماضي في دراسة الغلاف الجوي لتيتان ، كان هذا اكتشافًا مثيرًا للاهتمام وغير متوقع. كما قالت كاري أندرسون ، باحث مشارك في CIRS في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا ، في بيان صحفي أصدرته وكالة ناسا:
"تمثل هذه السحابة صيغة كيميائية جديدة للجليد في الغلاف الجوي لتيتان. المثير للاهتمام هو أن هذا الجليد الضار مصنوع من جزيئين يتكثفان معًا من خليط غني من الغازات في القطب الجنوبي. "
إن وجود هذه السحابة حول القطب الجنوبي لتيتان هو أيضًا مثال آخر على أنماط دوران القمر العالمية. يتضمن هذا تيارات من الغازات الدافئة التي يتم إرسالها من نصف الكرة الأرضية الذي يمر بالصيف إلى نصف الكرة الأرضية في الشتاء. يعكس هذا النمط الاتجاه عندما تتغير الفصول ، مما يؤدي إلى تراكم السحب حول أي قطب يمر بالشتاء.
عندما وصلت مركبة كاسيني إلى زحل في عام 20 درجة 4 ، كان نصف الكرة الشمالي لتيتان يعاني من فصل الشتاء - والذي بدأ في عام 2004. وقد ظهر ذلك من خلال تراكم السحب حول القطب الشمالي ، الذي رصدته كاسيني خلال أول لقاء لها مع القمر في وقت لاحق من نفس العام. وبالمثل ، كانت الظاهرة نفسها تحدث حول القطب الجنوبي بالقرب من نهاية مهمة كاسيني.
كان هذا متسقًا مع التغييرات الموسمية على Titan ، والتي تحدث تقريبًا كل سبع سنوات من عمر الأرض - تستمر السنة على Titan حوالي 29.5 سنة أرضية. عادة ، تكون الغيوم التي تتكون في الغلاف الجوي لتيتان منظمة في طبقات ، حيث تتكثف أنواع مختلفة من الغاز إلى سحب جليدية على ارتفاعات مختلفة. أيهما يتكثف يعتمد على كمية البخار الموجودة ودرجات الحرارة - التي تصبح أكثر برودة بشكل ثابت بالقرب من السطح.
ومع ذلك ، في بعض الأحيان ، يمكن أن تتشكل أنواع مختلفة من السحب على مدى من الارتفاعات ، أو تتكثف مع أنواع أخرى من السحب. يبدو أن هذا هو الحال بالتأكيد عندما يتعلق الأمر بسحابة كبيرة من سيانيد الهيدروجين والبنزين التي تم رصدها فوق القطب الجنوبي. تم اشتقاق دليل هذه السحابة من ثلاث مجموعات من ملاحظات تيتان التي تم إجراؤها باستخدام أداة CIRS ، والتي حدثت بين يوليو ونوفمبر من عام 2015.
تعمل أداة CIRS عن طريق فصل ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى الألوان المكونة لها ، ثم تقيس قوة هذه الإشارات عند أطوال موجية مختلفة لتحديد وجود التوقيعات الكيميائية. في السابق ، تم استخدامه لتحديد وجود السحب الجليدية لسيانيد الهيدروجين فوق القطب الجنوبي ، بالإضافة إلى المواد الكيميائية السامة الأخرى في الستراتوسفير للقمر.
كما قال F. Michael Flasar ، الباحث الرئيسي لـ CIRS في Goddard:
"تعمل CIRS كمقياس حرارة للاستشعار عن بعد وكمسبار كيميائي ، حيث تلتقط إشعاع الحرارة المنبعثة من الغازات الفردية في الجو. والأداة تقوم بكل ذلك عن بعد ، بينما تمر بكوكب أو قمر. "
ومع ذلك ، عند فحص بيانات المراقبة عن "بصمات الأصابع" الكيميائية ، لاحظت أندرسون وزملاؤها أن التوقيعات الطيفية للسحابة الجليدية لا تتطابق مع تلك الموجودة في أي مادة كيميائية فردية. ولمعالجة ذلك ، بدأ الفريق في إجراء تجارب معملية حيث تم تكثيف مخاليط الغازات في غرفة تحاكي الظروف في الستراتوسفير في تيتان.
بعد اختبار أزواج مختلفة من المواد الكيميائية ، وجدوا أخيرًا واحدًا يتوافق مع توقيع الأشعة تحت الحمراء الذي لاحظته CIRS. في البداية ، حاولوا ترك غاز واحد يتكثف قبل الآخر ، لكنهم وجدوا أنه تم الحصول على أفضل النتائج عند إدخال كلا الغازين والسماح لهما بالتكثيف في نفس الوقت. لكي نكون منصفين ، لم تكن هذه هي المرة الأولى التي تكتشف فيها أندرسون وزملاؤها الجليد المكثف المشترك في بيانات CIRS.
على سبيل المثال ، تم إجراء ملاحظات مماثلة بالقرب من القطب الشمالي في عام 2005 ، بعد عامين تقريبًا من نصف الكرة الشمالي الذي شهد انقلابه الشتوي. في ذلك الوقت ، تم اكتشاف الغيوم الجليدية على ارتفاع أقل بكثير (أقل من 150 كم ، أو 93 ميل) وأظهرت بصمات كيميائية لمبيد السيانوجين الهيدروجين و caynoacetylene - أحد الجزيئات العضوية الأكثر تعقيدًا في الغلاف الجوي لتيتان.
هذا الاختلاف بين هذا وآخر كشف عن سحابة هجينة ، وفقًا لأندرسون ، يرجع إلى الاختلافات في الاختلافات الموسمية بين القطبين الشمالي والجنوبي. في حين تم رصد السحابة القطبية الشمالية التي تمت ملاحظتها في عام 2005 بعد عامين تقريبًا من الانقلاب الشتوي الشمالي ، تم اكتشاف السحابة الجنوبية أندرسون وفريقها مؤخرًا قبل عامين من الانقلاب الشتوي الجنوبي.
باختصار ، من الممكن أن يكون مزيج الغازات مختلفًا قليلاً في الحالتين ، و / أو أن السحابة الشمالية لديها فرصة للتدفئة قليلاً ، وبالتالي تغيير تكوينها إلى حد ما. وكما أوضح أندرسون ، فإن هذه الملاحظات أصبحت ممكنة بفضل السنوات العديدة التي أمضاها مهمة كاسيني حول زحل:
"كانت إحدى مزايا كاسيني هي أننا تمكنا من التحليق بطائرة تيتان مرارًا وتكرارًا على مدار مهمة الثلاثة عشر عامًا لرؤية التغييرات بمرور الوقت. هذا جزء كبير من قيمة المهمة طويلة الأمد ".
ستكون هناك حاجة إلى دراسات إضافية بالتأكيد لتحديد بنية هذه الغيوم الجليدية ذات التكوين المختلط ، ولدى أندرسون وفريقها بالفعل بعض الأفكار حول كيف ستبدو. من أجل أموالهم ، يتوقع الباحثون أن تكون هذه الغيوم متكتلة وغير منظمة ، بدلاً من بلورات محددة جيدًا مثل الغيوم الكيميائية المفردة.
في السنوات القادمة ، من المؤكد أن علماء ناسا سيقضون الكثير من الوقت والطاقة في فرز جميع البيانات التي تم الحصول عليها من قبل كاسيني مهمة على مدار مهمتها التي دامت 13 عامًا. من يعرف ماذا سيكتشفون قبل أن يستنفذوا مجموعات البيانات الضخمة للمركب؟
القراءة المستقبلية: وكالة ناسا
