Одделени со милијарди километри и обликувани од многу различни средини, магливата месечина на Сатурн, Титан, и џуџестата планета Плутон, барем на хартија, имаат малку заеднички нешта.
Титан е геолошки активен свет обвиен со атмосфера погуста од онаа на Земјата, а неговиот пејзаж го обликуваат мориња од течен метан и огромни дини изградени од органски честички, кои од неговата атмосфера паѓаат како дожд. Плутон, од друга страна, е студена, оддалечена област со ретка атмосфера која се наоѓа над замрзната површина покриена со мраз.
Сепак, набљудувањата со Вселенскиот телескоп „Џејмс Веб“ (JWST) открија дека овие два различни света имаат идентичен, необјаснет инфрацрвен потпис на своите површини, што е знак дека слична хемија можеби се одвива на двата света и покрај нивните големи разлики, велат научниците.
Детално опишана во нова студија, оваа карактеристика се појавува на целосно иста инфрацрвена бранова должина и на Титан и на Плутон, што укажува дека светлината ја апсорбира на ист начин на двата света. Сигналот укажува на присуство на непознато соединение или семејство сродни соединенија кои научниците сè уште не успеале да ги идентификуваат.
„Прилично е мистериозно. Не можеме да кажеме што е тоа“, изјави за Space.com Бруно Безар, планетарен научник од Париската опсерваторија, кој го предводел откритието.
Безар првпат ја забележал необјаснетата карактеристика додека ги анализирал набљудувањата на Титан од ноември 2022 година, кога JWST собирал инфрацрвена светлина која минувала низ маглата во многу прецизни, тесни опсези на бранови должини, овозможувајќи им на научниците директно да погледнат низ инаку непрозирната атмосфера.
За да ја разберат оваа светлина, истражувачите користат спектроскопија, техника која се применува за идентификување соединенија врз основа на специфичните бранови должини на светлината што тие ја апсорбираат. Бидејќи секоја молекула остава уникатен спектрален отпечаток кој телескопите можат да го детектираат, астрономите можат рутински да идентификуваат супстанции низ Сончевиот Систем и пошироко, од едноставен воден мраз до сложени молекули.
Сепак, новооткриената карактеристика не одговара на ниту еден стандарден спектар од досега каталогизираните библиотеки, ниту пак се чини дека е последица на грешка во опремата, се наведува во студијата. Сосема истата апсорпциска карактеристика е откриена со помош на два различни инструменти на JWST – блиско-инфрацрвениот спектрограф (NIRSpec) и инструментот за среден инфрацрвен спектар (MIRI).
Откако не успеал да најде совпаѓање со каталогизираните спектрални отпечатоци на наједноставните и најчестите планетарни мразови, Безар се запрашал дали некој друг свет со слична атмосферска хемија би можел да понуди трага. Тој му се обратил на својот колега Емануел Лелуш од Париската опсерваторија, кој го водел програмот на JWST во рамките на кој Плутон бил набљудуван во мај 2023 година.
„Го прашав дали и тие имаат некаков потпис на Плутон на истата бранова должина. Затоа погледнавме и откривме дека е присутен и таму“, се присетил Безар во интервју за Space.com.
Нема докази дека мистериозната молекула е биосигнатура. Наместо тоа, таа веројатно претставува вид пребиотичка хемија која се одвива во средината без кислород на Титан веќе повеќе од 4 милијарди години.
Една од можните опции е дека припаѓа на семејството јаглеводороди познати како алени, за кои во студијата се наведува дека се практично единствените познати органски соединенија кои покажуваат силни апсорпциски појаси во истиот инфрацрвен опсег од 5 микрометри како и мистериозниот сигнал.
Но, семејството на алени содржи многу сложени варијации за кои сè уште не постојат целосни спектри, вели Безар. Алтернативно, сигналот би можел да му припаѓа на позната молекула чиј спектрален отпечаток се променил, веројатно затоа што е измешана со друг планетарен мраз кој сè уште не е целосно каталогизиран.
„Имаме спектри само за наједноставните од нив, но можно е во рамките на ова семејство да постојат едно или повеќе соединенија кои се присутни заедно и создаваат ваква апсорпциска карактеристика“, изјавил Безар.
Без оглед на тоа кое соединение на крајот ќе се покаже како одговорно, тој и неговиот тим веруваат дека тоа настанува во атмосферата преку фотохемиски реакции, пред на крајот да се спушти на површината.
И покрај големите разлики, Титан и Плутон имаат атмосфери во кои доминираат азот и метан. Научниците знаат од набљудувањата со вселенски летала и лабораториските симулации дека во горните слоеви на атмосферите на овие светови, ултравиолетовата сончева светлина ги разложува овие молекули, предизвикувајќи низа високо реактивни хемиски фрагменти. Тие фрагменти потоа повторно се спојуваат во сложени органски соединенија, од кои некои се кондензираат и повторно паѓаат како снег на површината под нив, каде што JWST ги детектирал.
Неколку различни докази го поддржуваат овој процес од атмосферата до површината. Најпрво, тимот анализирал како се однесува сигналот долж дискот на Титан. Додека JWST го скенирал Титан од центарот на неговиот кружен диск кон неговиот надворешен раб, односно работ, мистериозниот сигнал постепено ослабнувал, се наведува во студијата.
„Тоа е она што го очекувате доколку сигналот доаѓа од површината“, истакнал Безар.
Поради тродимензионалната геометрија на набљудувањето на сфера, сигналот кој доаѓа од рамна површина ќе биде најсилен во центарот и послаб во близина на работ, каде што аголот на гледање низ атмосферата станува подолг и повеќе закриен. Оваа специфична карактеристика на слабеење не ја покажал јаглерод моноксидот од атмосферата, кој тимот го проверил и кој останал речиси непроменет од центарот до работ, изјавил Безар. Тоа му помогнало на тимот да заклучи дека мистериозната молекула веројатно се наоѓа на тлото.
Плутон понудил независен доказ кој ја поддржува оваа теорија за потеклото од површината. Неговата атмосфера, која има речиси никакво притисок, физички е премногу тенка и ретка за да произведе апсорпциска карактеристика со таква длабочина, оставајќи ја цврстата површина на џуџестата планета како единствен веројатен извор на силниот сигнал.
За дополнително да ја тестираат својата хипотеза за атмосферското потекло, тимот ги проучувал набљудувањата на JWST на месечината на Јупитер, Ганимед. Бидејќи Ганимед нема атмосфера богата со азот и метан, тој не може да го активира истиот фотохемиски процес како Титан и Плутон. Како што се очекувало, истражувачите не пронашле никаква трага од мистериозната карактеристика, што дополнително ја поддржува теоријата дека соединението е уникатно поврзано со хемијата на атмосфери богати со азот и метан.
Појаснувањето би можело да пристигне во наредните месеци. Истражувачите моментално ги анализираат поновите набљудувања на JWST, кои обезбедуваат поцелосен поглед на Титан додека тој ротира. Податоците ќе му овозможат на тимот да направи мапа на мистериозниот инфрацрвен потпис низ целата површина на месечината и да утврди дали тој е поврзан со одредени геолошки карактеристики, како што се огромните дини на Титан богати со органски материјал, кои постојано се обновуваат со бавно таложење на сложени честички создадени во атмосферата.
Дополнителните траги можеби ќе треба да ја почекаат мисијата Dragonfly на NASA, летало со големина на автомобил кое треба да биде лансирано во 2028 година и да пристигне на Титан во средината на 2030-тите.
Иако Dragonfly нема да носи инфрацрвен спектрометар со кој би ги повторил мерењата на светлината на JWST, неговиот вграден масен спектрометар ќе му овозможи да ги „вкуси“ органските молекули во различни геолошки интересни области до кои ќе стигне леталото. Со откривањето кои соединенија навистина се присутни на површината на Титан, мисијата би можела да им даде на научниците пократок список на кандидати кои би можеле да ги синтетизираат во лаборатории на Земјата за да проверат дали одговараат на својствата на мистериозната молекула.
