Galaktische kosmische Strahlen beeinflussen die Atmosphäre des Titan

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Optisches Bild von Titan, aufgenommen von der NASA-Raumsonde Cassini. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute
ALMA-Spektren der Atmosphäre von CH 3 CN und CH 3 C 15 N Titan. Gepunktete vertikale Linien geben die Häufigkeit der Emissionslinien zweier Moleküle an, die durch ein theoretisches Modell vorhergesagt wurden. Bildnachweis: Iino et al. (Die Universität von Tokio)

Planetenforscher, die das Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) verwenden, enthüllten die Geheimnisse der Atmosphäre von Titan, dem größten Mond des Saturn. Das Team fand einen chemischen Fußabdruck in der Titanatmosphäre, der darauf hinweist, dass kosmische Strahlen von außerhalb des Sonnensystems die chemischen Reaktionen beeinflussen, die an der Bildung stickstoffhaltiger organischer Moleküle beteiligt sind. Dies ist die erste beobachtende Bestätigung solcher Prozesse und wirkt sich auf das Verständnis der faszinierenden Umgebung von Titan aus.

Titan stößt aufgrund seiner einzigartigen Atmosphäre mit einer Reihe organischer Moleküle, die eine präbiotische Umgebung bilden, auf großes Interesse.

Takahiro Iino, Wissenschaftler an der Universität von Tokio, und sein Team verwendeten ALMA, um die chemischen Prozesse in der Titanatmosphäre aufzudecken. Sie fanden schwache, aber feste Signale von Acetonitril (CH 3 CN) und seinem seltenen Isotopomer CH 3 C 15 N in den ALMA-Daten.

„Wir haben festgestellt, dass die Häufigkeit von 14 N in Acetonitril höher ist als in anderen stickstoffhaltigen Spezies wie HCN und HC 3 N“, sagt Iino. "Es passt gut zur jüngsten Computersimulation chemischer Prozesse mit hochenergetischer kosmischer Strahlung."

Es gibt zwei wichtige Akteure bei den chemischen Prozessen der Atmosphäre;
ultraviolettes (UV) Licht der Sonne und kosmische Strahlung von außerhalb des Sonnensystems. In der oberen Atmosphäre zerstört UV-Licht selektiv Stickstoffmoleküle mit 15 N, da das UV-Licht mit der spezifischen Wellenlänge, die mit 14 N 14 N interagiert , in dieser Höhe leicht absorbiert wird. Daher neigen stickstoffhaltige Arten, die in dieser Höhe produziert werden, dazu, eine hohe 15 N-Häufigkeit aufzuweisen. Andererseits dringen kosmische Strahlen tiefer ein und interagieren mit Stickstoffmolekülen, die 14 N enthalten . Infolgedessen gibt es einen Unterschied in der Häufigkeit von Molekülen mit 14 N und 15 N.N. Das Team zeigte, dass Acetonitril in der Stratosphäre in 14 N häufiger vorkommt als in anderen zuvor gemessenen stickstoffhaltigen Molekülen.

„Wir nehmen an, dass galaktische kosmische Strahlen eine wichtige Rolle in der Atmosphäre anderer Körper des Sonnensystems spielen“, sagt Hideo Sagawa, Associate Professor an der Kyoto Sangyo University und Mitglied des Forschungsteams. "Der Prozess könnte universell sein, daher ist das Verständnis der Rolle der kosmischen Strahlung in Titan für die gesamte Planetenforschung von entscheidender Bedeutung."

Titan ist eines der beliebtesten Objekte bei ALMA-Beobachtungen. Die mit ALMA erhaltenen Daten müssen kalibriert werden, um Schwankungen aufgrund von Wetterschwankungen vor Ort und mechanischen Störungen zu beseitigen. Zur Referenzierung richtet das Observatorium das Teleskop bei wissenschaftlichen Beobachtungen von Zeit zu Zeit häufig auf helle Quellen wie Titan. Daher wird eine große Menge von Titan-Daten im ALMA Science Archive gespeichert. Iino und sein Team haben sich im Archiv umgesehen und die Titan-Daten erneut analysiert und subtile Fingerabdrücke von sehr kleinen Mengen CH 3 C 15 N gefunden.

 

Quelle: https://alma-telescope.jp/en/news/press/titan-202002

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