Ученые нашли на Титане "нереальное" облако. Снова.
Уже не первый раз команда "Кассини" сообщает об ледяном облаке в атмосфере Титана (https://vk.com/wall-35632477_48269). И появилось предположение, что процессы формирования этих загадочных образований могут быть похожи на процессы, идущие в атмосфере полярных регионов Земли!Expand text…
Облако находится в стратосфере Титана и состоит из соединения углерода и азота, известного как ацетилендинитрил (C4N2), ингредиента из химического коктейля, который окрашивает атмосферу Титана в мутный коричневато-оранжевый цвет.
Несколько десятилетий назад инфракрасный прибор на зонде "Вояджер-1" уже обнаруживал подобное облако. С тех пор одна загадка не дает ученым покоя - в атмосфере было найдено менее 1% ацетилендинитрила, необходимого для конденсации облака. Недавние наблюдения "Кассини" при помощи композитного инфракрасного спектрометра CIRS дали такой же результат. Опять в облаке регистрируются похожие замороженные химические соединения, которые в виде газа в стратосфере практически не наблюдаются.
Как образуются облака? Для дождевых облаков на Земле и облаков из метана в тропосфере Титана работает такой механизм - вода (метан) испаряется с поверхности и поднимается во все более высокие слои в тропосфере, где температура начинает понижаться. Облако образуется, когда водяной пар (пары метана), достигают высот, где сочетание температуры и давления образуют благоприятные условия для конденсации паров.
Другой процесс конденсации происходит в стратосфере - области над тропосферой - в северной и южной полярной областях Титана. Течения в атмосфере переносят газы с полюса в теплом полушарии на полюс в холодном полушарии. На холодном полюсе теплый воздух начинает опускаться на все более низкие высоты, где температура и давление воздуха благоприятны для конденсации паров газов в ледяные кристаллы. Пар и лед приходят к точке равновесия, которая определяется температурой и давлением воздушной смеси. Для облаков, образующихся в результате конденсации паров, это равновесие является обязательным, как закон всемирного тяготения. Благодаря этому мы можем определить, сколько пара нужно на ледяное облако.
Однако произвести вычисления для облака из ацетилендинитрила не получилось. Для него нужно по крайней мере в 100 раз больше паров, чем то количество, которое зарегистрировал "Кассини"!
Ранее это объяснялось просто - инструменты "Вояджера-1" не обладали достаточной чувствительностью. Однако когда спектрометр "Кассини" успешно провалил задание по обнаружению этого газа, ученые стали думали о другом объяснении этого явления. А что если конденсация тут не работает? Что если тут правит бал химия и ледяные частицы из C4N2 образуются в результате химических реакций с участием ледяных частиц - "химии твердого тела", как назвали эти процессы ученые?
Итак, первым шагом в предлагаемом процессе является формирование небольших ледяных частиц из цианоацетилена (HC3N). Когда они перемещаются на более низкие высоты, путешествуя через стратосферу Титана, они покрываются цианистым водородом (HCN). На этой стадии ледяные частицы имеют сердцевину и оболочку, состоящие из двух различных химических веществ. Время от времени в частицу влетает фотон ультрафиолетового излучения от Солнца и вызывает ряд химических реакций (смотрите третье изображение), которые могут начаться либо в сердцевине, либо внутри оболочки частицы. В обоих случаях может получиться ацетилендинитриловый лед и водород в качестве продуктов реакции.
Возникает вопрос - откуда у нас такие познания о химии в облаках Титана? Благодаря изучению процессов, формирующих облака, участвующие в разрушении озонового слоя над полюсами Земли! Хотя стратосфера Земли бедна на влагу, там могут образовываться облака. Это тонкие перламутровые или полярные стратосферные облака. В них хлорсодержащие вещества, попавшие в кристаллы водяного льда в виде загрязнений, приводят к химическим реакциям, в результате которых образуются озоноразрушающие молекулы.
Исследователи предполагают, что в атмосфере Титана реакции происходят внутри частиц льда - в этом случае образующийся ацетилендинитриловый лед не будет иметь прямого контакта с атмосферой, что могло бы объяснить, почему нет равновесия между льдом и парами этого вещества.
Результаты исследований были опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
Оригинал на английском: https://saturn.jpl.nasa.gov/news/2941/nasa-scientists..
Alexander Voytyuk