Iako je Cassini orbiter je misiju završio 15. rujna 2017. godine, podaci koje je prikupio o Saturnu i njegovom najvećem mjesecu, Titanu, i dalje zadivljuju i zadivljuju. Tijekom trinaest godina koliko je proveo u orbiti oko Saturna i dirigirajući muhovim mjesecima, sonda je prikupila mnoštvo podataka o Titanovoj atmosferi, površini, metanskim jezerima i bogatom organskom okruženju koje znanstvenici i dalje obnavljaju.
Na primjer, postoji pitanje tajanstvenih "pješčanih dina" na Titanu, koje su po prirodi organske prirode, a čija su struktura i podrijetlo ostali zagonetka. Da bi se pozabavili tim misterijama, tim znanstvenika sa Sveučilišta John Hopkins (JHU) i istraživačke kompanije Nanomechanics nedavno su proveli istraživanje Titovih dina i zaključili da su se vjerojatno formirali u ekvatorijalnim regijama Titana.
Njihova se studija, "Odakle dolazi pijesak s Titanom: Uvid iz mehaničkih svojstava kandidata za pijesak u Titanu", nedavno pojavila na mreži i prijavljena je Časopis za geofizička istraživanja: Planeti. Studiju je vodio Xinting Yu, diplomski student Odjela za zemaljske i planetarne znanosti (EPS) na JHU, a uključili su EPS-ove docentice Sarah Horst (Yuov savjetnik) Chao He i Patricia McGuiggan, a podršku im je pružio Bryan Crawford iz Nanomechanics Inc.
Da bi ga razbili, prvobitno su opazili Titanove pješčane dine Cassini je radarski instrumenti u regiji Shangri-La u blizini ekvatora. Slike dobivene sonde pokazale su duge, linearne tamne pruge koje su ličile na sipine s vjetrom slične onima na Zemlji. Od otkrića, znanstvenici su teoretizirali da se sastoje od zrna ugljikovodika koji su se naselili na površini iz Titanove atmosfere.
U prošlosti su naučnici pretpostavili da se oni formiraju u sjevernim predjelima oko Titanovih metanskih jezera i mjesečevim vjetrovima ih je distribuirao u ekvatorijalnu regiju. No, odakle ta zrna zapravo potječu i kako su raspodijeljena u tim formacijama poput dine, ostalo je misterija. Međutim, kako je Yu objasnio za Space Magazine putem e-pošte, to je samo dio onoga što ove dine čini misterioznim:
"Prvo, nitko nije očekivao da će na Titanu vidjeti bilo kakve pješčane dine prije misije Cassini-Huygens, jer su modeli globalne cirkulacije predviđali da su brzine vjetra na Titanu preslabe za puhanje materijala za formiranje dina. Međutim, kroz Cassini smo vidjeli ogromna linearna polja dine koja pokriva gotovo 30% ekvatorijalnih područja Titana!
"Drugo, nismo sigurni kako se titanski pijesci oblikuju. Dvostruki materijali o Titanu potpuno su različiti od onih na Zemlji. Na Zemlji su materijale dine uglavnom fragmenti silikatnog pijeska od kojih su silikatne stijene. Dok su na Titanu, materijali od dina su složene organske tvari nastale fotokemijom u atmosferi i padaju na zemlju. Studije pokazuju da su čestice dine prilično velike (najmanje 100 mikrona), dok su organske čestice nastale fotokemijom još uvijek prilično malene blizu površine (samo oko 1 mikrona). Dakle, nismo sigurni kako se male organske čestice pretvaraju u velike čestice pješčane dine (treba vam milijun malih organskih čestica da formirate jednu jedinu česticu pijeska!)
"Treće, također ne znamo gdje se organske čestice u atmosferi prerađuju kako bi postale veće od njih. Neki znanstvenici smatraju da se te čestice mogu obrađivati svugdje kako bi se formirale čestice dine, dok neki drugi istraživači vjeruju da njihovo formiranje treba biti uključeno u Titanove tekućine (metan i etan), koje se trenutno nalaze samo u polarnim regijama. "
Kako bi rasvijetlili to, Yu i njezini kolege proveli su niz eksperimenata kako bi simulirali materijale koji se prenose i na zemaljskim i na ledenim tijelima. To se sastojalo od korištenja nekoliko prirodnih pijeska Zemlje, kao što su silikatni pijesak na plaži, karbonatni pijesak i bijeli pijesak gipsa. Da bi simulirali vrste materijala pronađene na Titanu, koristili su laboratorijski proizvedene toline, molekule metana koji su bili izloženi UV zračenju.
Proizvodnja tolina provodi se posebno za ponovno stvaranje vrsta organskih aerosola i uvjeta fotokemije koji su uobičajeni na Titanu. To je učinjeno korištenjem eksperimentalnog sustava Planetarno istraživanje HAZE (PHAZER) na Sveučilištu Johns Hopkins - za koje je glavni istraživač Sarah Horst. Posljednji korak sastojao se od korištenja tehnike nanoidentifikacije (koju je nadgledao Bryan Crawford iz Nanometrics Inc.) za proučavanje mehaničkih svojstava simuliranih pijeska i tolina.
To se sastojalo od stavljanja simulatora pijeska i tholina u tunel za vjetar kako bi se utvrdila njihova pokretljivost i vidjelo mogu li se distribuirati u istim obrascima. Kao što je Yu objasnio:
„Motivacija studije je pokušati odgovoriti na treću misteriju. Ako se materijali iz dina prerađuju kroz tekućine, koje se nalaze u polarnim predjelima Titana, one moraju biti dovoljno jake da se mogu prevesti s stupova u ekvatorijalne dijelove Titana, gdje se nalazi većina dina. Međutim, tolini koje smo proizveli u laboratoriju su u izuzetno malim količinama: debljina tolanskog filma koji smo proizveli iznosi samo oko 1 mikrona, otprilike 1/10-1 / 100 debljine ljudske dlake. Da bismo se riješili toga, koristili smo vrlo intrigantnu i preciznu tehniku nanočešća koja se naziva nanoindentacija. Iako su proizvedeni udubljenja i pukotine svi u nanometarskim mjerilima, još uvijek možemo precizno odrediti mehanička svojstva poput Youngovog modula (pokazatelj krutosti), nanoindikacijske tvrdoće (tvrdoće) i žilavosti loma (pokazatelj krhkosti) tankog filma. "
Na kraju, tim je utvrdio da su organske molekule pronađene na Titanu znatno mekše i lomljivije u usporedbi s čak i najmekšim pijescima na Zemlji. Jednostavno rečeno, činilo se da proizvedeni tolini nemaju snage prijeći ogromnu udaljenost koja leži između Titovih sjevernih metanskih jezera i ekvatorijalne regije. Iz toga su zaključili da se organski pijesci na Titanu vjerojatno formiraju u blizini mjesta na kojem se nalaze.
"A njihovo stvaranje možda neće uključivati tekućine na Titanu, jer bi to zahtijevalo veliku transportnu udaljenost od preko 2000 kilometara od stupova Titana do ekvatora", dodao je Yu. „Meke i krhke organske čestice bi se mljele u prašinu prije nego što dođu do ekvatora. Naša je studija koristila potpuno drugačiju metodu i pojačala neke rezultate dobivene iz Cassinijevih promatranja. "
Na kraju, ova studija predstavlja novi smjer za istraživače kada je u pitanju istraživanje Titana i drugih tijela u Sunčevom sustavu. Kako je objasnio Yu, u prošlosti su se istraživači uglavnom ograničavali Cassini podaci i modeliranje da odgovore na pitanja o Titanovim pješčanim dinama. Međutim, Yu i njezini kolege uspjeli su upotrijebiti analoge proizvedene u laboratorijima da bi odgovorili na ta pitanja, unatoč činjenici da su Cassini misija je sada pri kraju.
Štoviše, ova najnovija studija zasigurno ima ogromnu vrijednost jer se znanstvenici nastavljaju s prekomjernim porastom Cassini je podaci u iščekivanju budućih misija na Titan. Te misije imaju za cilj detaljnije proučiti Titove pješčane dine, metanska jezera i bogatu organsku kemiju. Kao što je Yu objasnio:
„[O] ur rezultati ne samo da mogu pomoći u razumijevanju podrijetla Titanovih dina i pijeska, već će pružiti i ključne informacije za potencijalne buduće misije slijetanja na Titan, poput Dragonfly (jedan od dva finalista (od dvanaest prijedloga) odabranih za daljnji razvoj koncepta od strane NASA-inog programa New Frontiers). Materijalna svojstva organskih sastojaka na Titanu zapravo mogu pružiti nevjerojatne tragove za rješavanje nekih misterija na Titanu.
„U studiji objavljenoj prošle godine na JGR-planetima (2017, 122, 2610–2622) otkrili smo da su sile čestica između čestica tolina mnogo veće od običnog pijeska na Zemlji, što znači da su organske građe na Titanu mnogo više kohezivnije (ili ljepše) od silikatnih pijeska na Zemlji. To podrazumijeva da nam je potrebna veća brzina vjetra da bismo ispuhali čestice pijeska na Titanu, što bi moglo pomoći istraživačima koji rade na modeliranju da odgovore na prvu misteriju. Također sugerira da bi se pijesak Titan mogao stvoriti jednostavnom koagulacijom organskih čestica u atmosferi, jer se one puno lakše lijepe. Ovo bi moglo pomoći u razumijevanju druge misterije Titovih pješčanih dina. "
Pored toga, ova studija ima implikacije na proučavanje tijela koja nisu Titana. "Pronašli smo orgulje na mnogim drugim tijelima Sunčevog sustava, posebno ledenim tijelima u vanjskom Sunčevom sustavu, poput Plutona, Neptunovog mjeseca Triton i komete 67P", rekao je Yu. "I neki se elementi organski stvaraju nalik na Titan. I na tim tijelima smo pronašli značajke puhane vjetrom (koje se nazivaju i aeolska obilježja), tako da bi se naši rezultati mogli primijeniti i na ova planetarna tijela. "
U narednom desetljeću očekuje se da će više misija istražiti mjesečeve dijelove vanjskog Sunčevog sustava i otkriti stvari o njihovom bogatom okruženju koje bi mogle pomoći osvjetljavanju izvora života ovdje na Zemlji. Pored toga James Webb svemirski teleskop (sada se očekuje da će biti raspoređeni 2021.) također će upotrijebiti svoje napredno odijelo instrumenata za proučavanje planeta Sunčevog sustava u nadi da će riješiti ta goruća pitanja.
