Иако је Цассини орбитер је мисију окончао 15. септембра 2017. године, подаци које је прикупио о Сатурну и његовом највећем месецу, Титану, и даље задивљују и задивљују. Током тринаест година колико је провео у орбити око Сатурна и изводећи летјелице својих луна, сонда је прикупила мноштво података о Титановој атмосфери, површини, метанским језерима и богатом органском окружењу које научници и даље обнављају.
На пример, постоји питање мистериозних „пешчаних дина“ на Титану, које су по природи органске природе и чија структура и порекло остају тајна. Да би се позабавили тим мистеријама, тим научника са Универзитета Јохн Хопкинс (ЈХУ) и истраживачке компаније Наномецханицс недавно су спровели истраживање дита Титана и закључили да су се вероватно формирали у екваторијалним регионима Титана.
Њихова студија, „Одакле долази песк Титан: Увид из механичких својстава кандидата за песак на Титан“, недавно се појавила на мрежи и поднесена је Часопис за геофизичка истраживања: планете. Студију је водио Ксинтинг Иу, студент постдипломског студија на Департману за Земљу и планетарне науке (ЕПС) на ЈХУ, и укључили су ЕПС-ове доцентице Сарах Хорст (Иуов саветник) Цхао Хе и Патрициа МцГуигган, уз подршку коју је пружио Бриан Цравфорд из Наномецханицс Инц.
Да би га разбили, првобитно су приметили Титанове пешчане дине Цассини'с радарски инструменти у региону Схангри-Ла у близини екватора. Слике добивене сонде показале су дуге, линеарне тамне пруге које су личиле на сипине с ветра сличне онима на Земљи. Од свог открића научници су теоретизирали да се састоје од зрна угљоводоника који су се населили на површини из атмосфере Титана.
У прошлости су научници претпостављали да се формирају у северним пределима око Титанових метанских језера и месечини ветрови су их дистрибуирали у екваторијалну регију. Али одакле та зрна заправо потјечу и како су расподијељена у тим формацијама попут дине, остало је мистерија. Међутим, како је Иу објаснио за Спаце Магазине путем е-поште, то је само део онога што ове дине чини мистериозним:
„Прво, нико није очекивао да ће на Титану видети било какве пјешчане дине прије мисије Цассини-Хуигенс, јер су модели глобалне циркулације предвиђали да су брзине вјетра на Титану преслабе да би пухале материјале да би формирале дине. Међутим, кроз Цассини смо видели огромна линеарна поља дине која покрива готово 30% екваторијалних подручја Титана!
„Друго, нисмо сигурни како се титански песци формирају. Двоструки материјали о Титану потпуно су различити од оних на Земљи. На Земљи су сипински материјали углавном фрагменти силикатног песка исцепани из силикатних стена. Док су на Титану, материјали од дина су сложене органске супстанце настале фотохемијом у атмосфери и падају на земљу. Студије показују да су честице дине прилично велике (најмање 100 микрона), док су органске честице настале фотохемијом још увек прилично малене близу површине (само око 1 микрона). Дакле, нисмо сигурни како се мале органске честице претварају у велике честице пешчане дине (треба вам милион малих органских честица да формирате једну једину честицу песка!)
„Треће, такође не знамо где се органске честице у атмосфери прерађују како би постале веће да би формирале честице дине. Неки научници мисле да се ове честице могу обрађивати свуда како би формирале честице дине, док неки други истраживачи сматрају да њихово формирање треба да буде повезано са Титановим течностима (метан и етан), које се тренутно налазе само у поларним регионима. "
Да би осветлили ово, Иу и њене колеге спровели су низ експеримената како би симулирали материјале који се преносе и на земаљским и на леденим телима. Ово се састојало од коришћења неколико природних пескова земље, попут силикатног песка на плажи, карбонатног песка и белог песка гипса. Да би симулирали врсте материјала пронађене на Титану, користили су лабораторијски произведене толове, који су молекули метана који су били изложени УВ зрачењу.
Производња толина је посебно вођена како би се створили типови органских аеросола и услови фотохемије који су уобичајени на Титану. Ово је урађено коришћењем експерименталног система Планетарно истраживање ХАЗЕ (ПХАЗЕР) на Универзитету Јохнс Хопкинс - за који је главни истраживач Сарах Хорст. Последњи корак се састојао од коришћења технике наноидентификације (коју је надгледао Бриан Цравфорд из Нанометрицс Инц.) да би се проучиле механичке особине симулираних песка и толина.
Ово се састојало од стављања симулатора песка и толина у ветро тунел да би се утврдила њихова покретљивост и видело да ли могу да се дистрибуирају по истим обрасцима. Као што је Иу објаснио:
„Мотивација која стоји иза студије је покушај одговора на трећу мистерију. Ако се материјали из дина прерађују кроз течности, које се налазе у поларним пределима Титана, оне морају бити довољно јаке да се превозе с полова у екваторијалне области Титана, где се налази већина дина. Међутим, толини које смо произвели у лабораторији су у изузетно малим количинама: дебљина толонског филма који смо произвели износи само око 1 микрона, отприлике 1 / 10-1 / 100 дебљине људске длаке. Да бисмо то решили, за мерења смо користили веома интригантну и прецизну технику наноселе под називом наноиндентација. Иако су произведени удубљења и пукотине у нанометралним размерама, још увек можемо прецизно утврдити механичка својства као што су Иоунг-ов модул (показатељ крутости), наноиндентациона тврдоћа (тврдоћа) и жилавост лома (показатељ крхкости) танког филма. "
На крају, тим је утврдио да су органски молекули пронађени на Титану много мекши и ломљивији у поређењу са чак и најмекшим песком на Земљи. Једноставно речено, чини се да толини које производе произвели снагу да пређу огромну удаљеност која се налази између северних метанских језера Титана и екваторијалне регије. На основу тога су закључили да се органски песци на Титану вероватно формирају у близини где се налазе.
"А њихово формирање можда неће укључивати течности на Титану, јер би то захтевало огромну транспортну удаљеност од преко 2000 километара од пола Титана до екватора", додао је Иу. „Меке и крхке органске честице би се млевеле у прашину пре него што дођу до екватора. Наша студија користила је потпуно другачију методу и појачала неке резултате који су изведени из Цассинијевих опажања. "
На крају, ова студија представља нови правац за истраживаче када је у питању истраживање Титана и других тела Сунчевог система. Како је објаснио Иу, у прошлости су истраживачи углавном били ограничени Цассини подаци и моделирање како би се одговорило на питања о Титовим пешчаним динама. Међутим, Иу и њене колеге су могли да користе аналоге произведене у лабораторији да би одговорили на ова питања, упркос чињеници да су Цассини мисија је сада при крају.
Штавише, ова најновија студија засигурно има огромну вриједност јер научници настављају да се препиру Цассини'с подаци у ишчекивању будућих мисија на Титан. Ове мисије имају за циљ да детаљније проуче Титанове пешчане дине, метанска језера и богату органску хемију. Као што је Иу објаснио:
„[О] ур резултати не само да могу помоћи у разумевању порекла Титанових дина и песка, већ ће пружити и кључне информације за потенцијалне будуће мисије слетања на Титан, попут Драгонфли (један од два финалиста (од дванаест предлога) изабраних за даљи развој концепта од стране НАСА-иног програма Нев Фронтиерс). Својства материјала органских састојака на Титану могу заправо пружити невероватне трагове за решавање неких мистерија на Титану.
„У студији коју смо прошле године објавили на ЈГР планетима (2017, 122, 2610–2622), открили смо да су силе честица између честица толина много веће од обичног песка на Земљи, што значи да су органске супстанце на Титану много више кохезивнији (или лепљивији) од силикатних пескова на Земљи. То подразумева да нам је потребна већа брзина ветра да бисмо прогутали честице песка на Титану, што би могло помоћи истраживачима који раде на моделирању да одговоре на прву мистерију. Такође сугерише да би се Титанов песак могао формирати једноставном коагулацијом органских честица у атмосфери, јер се оне много лакше лепе заједно. Ово би могло да помогне у разумевању друге мистерије Титових пешчаних дина. "
Поред тога, ова студија има импликације на проучавање тела која нису Титана. "Пронашли смо органску материју на многим другим телима Сунчевог система, посебно леденим телима у спољњем Сунчевом систему, као што су Плутон, Нептун-ов месец Тритон и комета 67П", рекао је Иу. „А неки од органских састојака настају фотохемијски слично као и Титан. И на тим телима смо пронашли карактеристике дуване ветром (које се називају и аеолска својства), тако да би се наши резултати могли применити и на ова планетарна тела. “
У наредној деценији очекује се да ће више мисија истражити луне спољашњег Сунчевог система и открити ствари о њиховом богатом окружењу које би могле помоћи да осветле порекло живота овде на Земљи. Осим тога Свемирски телескоп Јамес Вебб (која се сада очекује да ће бити распоређена 2021.) такође ће користити своје напредно одело за проучавање планета Сунчевог система у нади да ће решити та горућа питања.
