Галактические космические лучи влияют на атмосферу Титана

Исследователи-планетологи раскрыли секрет атмосферы Титана, самой большой из лун Сатурна, использовав для этого радиотелескоп Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Команда обнаружила в атмосфере Титана химический отпечаток, который позволяет предположить, что на химические реакции, связанные с образованием азотистых органических молекул, влияют космические лучи из-за пределов Солнечной системы. Это первое визуальное подтверждение таких процессов, и оно помогает лучше понять удивительную среду, существующую на Титане.

Титан вызывает большой интерес не в последнюю очередь благодаря своей уникальной атмосфере, в пребиотической среде которой присутствует целый ряд органических молекул.

Такахиро Иино, ученый из Токийского университета, и его команда использовали ALMA для изучения химических процессов в атмосфере Титана. Они обнаружили в данных ALMA слабые, но четкие сигналы от ацетонитрила (CH3CN) и его редкого изотопомера CH3C15N.

«Мы обнаружили, что в ацетонитриле частота 14N выше, чем в других азотсодержащих соединениях, таких как HCN и HC3N», - говорит Иино. Это хорошо согласуется с результатами недавно проведенного компьютерного моделирования химических процессов, в которых непосредственное участие принимают высокоэнергетические космические лучи.

Существуют два важных фактора химических процессов в атмосфере: ультрафиолетовый свет от Солнца и космические лучи из-за пределов Солнечной системы. В верхних слоях атмосферы ультрафиолетовое излучение разрушает молекулы азота, которые содержат 15N. Определенная длина волны ультрафиолетового света легко взаимодействует с 14N на больших высотах и ​​при этом поглощается. Следовательно, азотсодержащие соединения, которые образуются на этом уровне, имеют высокую частоту 15N.

В отличие от ультрафиолета, космические лучи проникают глубже в атмосферу и взаимодействуют с молекулами азота, которые содержат 14N. Вследствие этого возникает разница в частоте молекул 14N и 15N. Команда смогла подтвердить, что ацетонитрил в стратосфере содержит больше 14N, чем в других ранее измеренных азотистых молекулах.

«Мы предполагаем, что галактические космические лучи играют важную роль в атмосферах и других небесных тел Солнечной системы», - поясняет Хидео Сагава, доцент Университета Киото Сангё и член исследовательской группы. - «Процесс может быть универсальным, поэтому понимание роли космических лучей на Титане имеет решающее значение для исследования планет вообще».

Титан является одним из самых популярных объектов для наблюдений радиотелескопом ALMA. Данные, полученные с помощью ALMA, обязательно должны быть откалиброваны для устранения колебаний, вызванных изменениями погоды в месте нахождения радиотелескопа и механическими ошибками. Для калибровки во время научных наблюдений самых разных объектов команда регулярно направляет телескоп на яркие источники, такие как Титан. Именно поэтому в научном архиве ALMA накопилось и хранится большое количество данных о Титане. Пользуясь такой возможностью, Иино и его команда просмотрели архивные данные и провели повторный анализ данных Титана, обнаружив в его атмосфере слабые отпечатки очень небольших количеств CH3C15N.