Одинаковая полоса поглощения в спектрах не соответствует ни одному известному веществу и может свидетельствовать о новом классе органических соединений
Наука и космос053 минуты назад
Международная команда планетологов выявила на поверхностях Титана и Плутона идентичную ранее неизвестную спектральную характеристику — полосу поглощения света на длине волны 5,11 мкм. Анализ данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» продемонстрировал, что сигнал связан не с атмосферой, а с материалом на поверхности этих двух объектов. Тем не менее, ни одно из известных соединений не объясняет наблюдаемую линию полностью.
Спектральные линии функционируют как химические «отпечатки пальцев»: различные вещества поглощают и излучают свет по-разному, благодаря чему астрономы определяют состав исследуемых объектов. Если наблюдаемая линия не соответствует ни одному известному соединению, это может указывать на ранее не изученное вещество или необычное состояние уже известных молекул.
Необычную полосу обнаружили при анализе наблюдений Титана — крупнейшего спутника Сатурна — и Плутона, карликовой планеты на границе Солнечной системы. Объекты значительно различаются по внешнему виду, но имеют схожие химические условия: их атмосферы в основном состоят из азота и значительного количества метана. Под воздействием солнечного излучения в этих атмосферах образуются сложные органические аэрозоли, формирующие глобальную дымку и постепенно оседающие на поверхность.
До появления «Джеймса Уэбба» исследование поверхности Титана оставалось серьезной задачей. Плотная атмосфера спутника и органическая дымка скрывали большую часть поверхности, а прибор VIMS на аппарате Cassini не обеспечивал достаточную чувствительность и спектральное разрешение в диапазоне около 5 мкм. JWST впервые предоставил возможность исследовать этот диапазон с необходимой точностью.
Новые сведения были получены с использованием двух инструментов телескопа — NIRSpec и MIRI. Они независимо зарегистрировали полосу с центром около 5,113 мкм (1956 см-1), что исключает вероятность случайного артефакта наблюдений. Глубина поглощения составила примерно 6–7% для Титана и 4,5% для Плутона.
Исследователи проверили, не могла ли линия возникнуть в атмосфере Титана. Компьютерное моделирование переноса излучения, учитывающее основные газы, включая метан, угарный газ, этан и ацетилен, а также частицы дымки, не смогло воспроизвести обнаруженную особенность. Дополнительный анализ показал, что интенсивность сигнала уменьшается от центра диска Титана к его краю, что характерно для вещества на поверхности: атмосферная дымка, наоборот, должна становиться более заметной у края из-за увеличения пути прохождения света.
На Плутоне, где атмосфера примерно в сотни тысяч раз разреженнее атмосферы Титана, обнаружение той же полосы стало дополнительным подтверждением её поверхностного происхождения. При этом сама линия на Плутоне примерно в три раза шире, чем на Титане. Исследователи связывают различие с разным физическим состоянием вещества, химическим окружением молекул и воздействием радиации: поверхность Плутона подвергается большему количеству высокоэнергетических частиц, которые могут изменять структуру льдов и создавать более сложные смеси органических соединений.
Определить конкретное вещество пока не удалось. Исследователи сопоставили сигнал с лабораторными спектрами множества известных льдов и органических соединений, но идеального совпадения не нашли. Среди наиболее вероятных кандидатов рассматриваются аллены — органические соединения с последовательностью двойных связей углерода C=C=C. Также возможны смеси с участием бензола и кетена, однако имеющихся данных недостаточно для окончательной идентификации.
Значимость открытия заключается не только в выявлении неизвестной линии, но и в том, что одинаковая химическая «подпись» появилась одновременно на двух объектах с азотно-метановой атмосферой. Это указывает на возможное сходство химических процессов на ледяных телах внешней части Солнечной системы, несмотря на значительные различия в температуре, давлении и расположении относительно Солнца.
Полученные данные также послужат ориентиром для будущих исследований Титана. В середине 2030-х годов NASA планирует отправить к спутнику миссию Dragonfly — автономный зонд, который будет изучать поверхность Титана и анализировать состав органических веществ с помощью масс-спектрометра DraMS. Новая спектральная особенность предоставляет конкретную цель для поиска: учёным предстоит выяснить, какая молекула оставляет этот неизвестный след на обоих объектах.
Darth SaharaИсточники:arXivНаука и космос0КосмосTitanАстрономияСатурнПлутонПланетологияСпектроскопияТелескоп Джеймс Уэбб
