למרות שה קאסיני האורביטר סיים את משימתו ב- 15 בספטמבר 2017, הנתונים שאספה על סטורן והירח הגדול ביותר שלו, טיטאן, ממשיכים להדהים ולהדהים. במהלך שלוש עשרה השנים בהן בילתה במסלול סביב סטורן וניהל זבובי ירחיו, גילה הגשש שפע של נתונים על האטמוספירה של טיטאן, על פני השטח, על אגמי מתאן ועל הסביבה האורגנית העשירה שמדענים ממשיכים לנקב עליהם.
למשל, מדובר בעניין של "דיונות החול" המסתוריות על טיטאן, שנראות אורגניות באופיין ושמבנהן ומוצאו נותרו בגדר תעלומה. כדי להתמודד עם תעלומות אלה, צוות מדענים מאוניברסיטת ג'ון הופקינס (JHU) וחברת המחקר Nanomechanics ערכו לאחרונה מחקר על הדיונות של טיטאן והגיעו למסקנה כי ככל הנראה הם התגבשו באזורים המשווניים של טיטאן.
המחקר שלהם, "מאיפה הטיטאן חול בא: תובנה מתכונות מכניות של מועמדי טיטאן חול", הופיע לאחרונה ברשת והוגש ל כתב העת למחקר גיאופיזי: כוכבי לכת. את המחקר הוביל שינט יו, סטודנט לתארים מתקדמים במחלקה למדעי האדמה והפלנטריה (EPS) ב- JHU, וכלל עוזרי פרופסור EPS, שרה הורסט (היועצת של יו) צ'או הוא, ופטרישה מקגויגן, עם תמיכה שניתנה על ידי בריאן קרופורד מ- ננו-מכניקה בע"מ
כדי לפרק אותה, במקור אותרו דיונות החול של טיטאן של קאסיני מכשירי מכ"ם באזור שנגרי לה ליד קו המשווה. התמונות שהשיג הבדיקה הראו פסים כהים וארוכים ליניאריים שנראו כמו דיונות סחופות ברוח הדומות לאלה שנמצאו על פני כדור הארץ. מאז גילוים, מדענים עיוניים כי הם מורכבים מדגני פחמימנים שהתיישבו על פני השטח מהאטמוספירה של טיטאן.
בעבר, מדענים שיערו כי הם נוצרים באזורים הצפוניים סביב אגמי המתאן של טיטאן ומופצים לאזור המשווה על ידי רוחות הירח. אך היכן הגיעו הגרגרים הללו, ואיך הם הופצו בתצורות דמויי הדיונה, נותר בגדר תעלומה. עם זאת, כפי שהסביר יו למגזין החלל באמצעות הדוא"ל, זה רק חלק ממה שהופך את הדיונות האלה למסתוריות:
ראשית, אף אחד לא ציפה לראות דיונות חול על טיטאן לפני משימת קאסיני-הויגנס, מכיוון שמודלי התפוצה העולמית ניבאו כי מהירויות הרוח בטיטאן חלשות מכדי לפוצץ את החומרים ליצירת דיונות. עם זאת, דרך קאסיני ראינו שדות דיונה ליניאריים רחבים המכסים כמעט 30% מאזורי המשווה של טיטאן!
"שנית, איננו בטוחים כיצד נוצרים חולות טיטאן. חומרי דיונה בטיטאן שונים לחלוטין מאלו על כדור הארץ. על פני כדור הארץ, חומרי הדיונה הם בעיקר שברי חול סיליקט המוחבלים בסלעי סיליקט. בעוד על טיטאן, חומרי הדיונה הם אורגנים מורכבים הנוצרים על ידי פוטוכימיה באטמוספרה, נופלים ארצה. מחקרים מראים כי חלקיקי הדיונה הם די גדולים (לפחות 100 מיקרון), ואילו הפוטוכימיה שנוצרה בחלקיקים אורגניים הם עדיין די קטנים ליד השטח (רק בסביבות 1 מיקרון). כך שאיננו בטוחים כיצד הופכים החלקיקים האורגניים הקטנים לחלקיקי החולי הגדול (אתה זקוק למיליון חלקיקים אורגניים קטנים כדי ליצור חלקיק חול אחד בודד!)
"שלישית, אנחנו גם לא יודעים היכן מעובדים החלקיקים האורגניים באטמוספרה והופכים לגדולים יותר ליצירת חלקיקי הדיונה. יש מדענים הסבורים כי ניתן לעבד חלקיקים אלה בכל מקום ליצירת חלקיקי הדיונה, בעוד שחוקרים אחרים סבורים כי היווצרותם צריכה להיות מעורבת בנוזלים של טיטאן (מתאן ואתאן), הנמצאים כיום רק באזורים הקוטביים. "
כדי לשפוך אור על כך, יו ועמיתיה ערכו סדרת ניסויים כדי לדמות חומרים המועברים על גופים יבשתיים וקפואים כאחד. זה כלל שימוש בכמה חולות טבע טבעיים, כמו חול חוף סיליקט, חול קרבונט וחול לבן גוספום. כדי לדמות את החומרים הסוגים שנמצאו בטיטאן, הם השתמשו בתולינים המיוצרים במעבדה, שהם מולקולות של מתאן שעברו קרינת UV.
ייצור התולינים נערך במיוחד כדי ליצור מחדש את סוגי האירוסולים האורגניים והתנאים הפוטוכימיים הנפוצים בטיטאן. הדבר נעשה באמצעות מערכת הניסויים הפלנטרית HAZE Research (PHAZER) באוניברסיטת ג'ונס הופקינס - עבורה החוקרת הראשית היא שרה הורסט. השלב האחרון כלל שימוש בטכניקת זיהוי ננו (בהשגחתו של בריאן קרופורד מ- Nanometrics Inc.) בכדי לחקור את התכונות המכניות של חולות ותולינים מדומים.
זה כלל הצבת סימולציות החול והתרינים למנהרת רוח בכדי לקבוע את ניידותן ולראות אם ניתן להפיץ אותן באותה תבניות. כפי שהסביר יו:
המניע שמאחורי המחקר הוא לנסות לענות על התעלומה השלישית. אם מעובדים חומרי הדיונה דרך נוזלים, הנמצאים באזורים הקוטביים של טיטאן, הם צריכים להיות מספיק חזקים בכדי להעבירם מהקטבים לאזורים המשווניים של טיטאן, שם נמצאים מרבית הדיונות. עם זאת, התולינים שייצרנו במעבדה הם בכמויות נמוכות במיוחד: עובי סרט התולין שהפקנו הוא בסביבות 1 מיקרון, בערך 1 / 10-1 / 100 מעובי שיער האדם. כדי להתמודד עם זה השתמשנו בטכניקת ננו-סקאלה מסקרנת מאוד ומדויקת שנקראת nanoindentation כדי לבצע את המדידות. למרות שהכניסה והסדקים המיוצרים נמצאים בסולם ננומטר, אנחנו עדיין יכולים לקבוע במדויק תכונות מכניות כמו המודולוס של יאנג (אינדיקטור לקשיחות), קשיות ננו-המצאה (קשיות) וקשיחות שברים (אינדיקטור לבירות) של הסרט הדק. "
בסופו של דבר הצוות קבע כי המולקולות האורגניות שנמצאו בטיטאן רכות הרבה יותר ושבירות יותר בהשוואה אפילו לחולות הרכים ביותר בכדור הארץ. במילים פשוטות, נראה כי לתרינים שהם ייצרו אין כוח לנסוע למרחק העצום שנמצא בין אגמי המתאן הצפוניים של טיטאן לאזור המשווה. מכאן הגיעו למסקנה כי החולות האורגניים בטיטן נוצרים ככל הנראה בסמוך למקום בו הם נמצאים.
"ויכול להיות שהיווצרותם אינה כרוכה בנוזלים על טיטאן, מכיוון שזה ידרוש מרחק תחבורה אדיר של יותר מ -2000 ק"מ מקטבי הטיטאן לקו המשווה," הוסיף יו. "החלקיקים האורגניים הרכים והשבירים היו טוחנים לאבק לפני שהם מגיעים לקו המשווה. המחקר שלנו השתמש בשיטה שונה לחלוטין וחיזק חלק מהתוצאות שהוסקו מתצפיות קאסיני. "
בסופו של דבר, מחקר זה מייצג כיוון חדש עבור החוקרים בכל הנוגע למחקר של טיטאן וגופים אחרים במערכת השמש. כפי שהסביר יו, בעבר החוקרים הוגבלו לרוב קאסיני נתונים ומודלים כדי לענות על שאלות על דיונות החול של טיטאן. עם זאת, יו ועמיתיה הצליחו להשתמש באנלוגים המיוצרים במעבדה כדי להתייחס לשאלות אלה, למרות העובדה כי קאסיני המשימה היא עכשיו בסוף.
יתר על כן, המחקר העדכני ביותר הזה בטוח בעל ערך עצום ככל שמדענים ממשיכים לדבוק של קאסיני נתונים לקראת משימות עתידיות לטיטאן. משימות אלה מכוונות ללמוד יותר דיונות חול של טיטאן, אגמי מתאן וכימיה אורגנית עשירה. כפי שהסביר יו:
תוצאות [O] יכולות לעזור לא רק להבין את מקור הדיונות והחולות של טיטאן, אלא גם הן יספקו מידע חיוני למשימות נחיתה עתידיות על טיטאן, כמו שפירית (אחת משתי המועמדות הסופיות (מבין שתים עשרה הצעות)) שנבחרו ל פיתוח קונספט נוסף על ידי התוכנית New Frontiers של נאס"א). המאפיינים החומריים של האורגניים על טיטאן יכולים למעשה לספק רמזים מדהימים לפתור כמה מהמסתורין על טיטאן.
"במחקר שפרסמנו בשנה שעברה בכוכבי הלכת JGR (2017, 122, 2610–2622), התברר לנו שכוחות הבין-חלקיקים בין חלקיקי התולין גדולים בהרבה מחול נפוץ בכדור הארץ, מה שאומר שהאורגניים על טיטאן הם הרבה יותר מלוכדים (או דביקים יותר) מחולות סיליקט בכדור הארץ. זה מרמז שאנחנו צריכים מהירות רוח גדולה יותר כדי לפוצץ את חלקיקי החול על טיטאן, מה שיכול לעזור לחוקרי הדוגמנות לענות על התעלומה הראשונה. זה גם מציע כי ניתן ליצור חולות של טיטאן על ידי קרישה פשוטה של חלקיקים אורגניים באטמוספרה, מכיוון שהם קלים יותר להדבקה זה בזה. זה יכול לעזור להבין את התעלומה השנייה של דיונות החול של טיטאן. "
בנוסף, למחקר זה השלכות על חקר גופים שאינם טיטאן. יו. "וחלק מהאורגניים מיוצרים פוטוכימית באופן דומה לטיטאן. ואנחנו מצאנו תכונות מנופחות רוח (נקראות תוויות אאוליאיות) גם על אותם גופים, כך שניתן היה ליישם את התוצאות שלנו גם על גופים פלנטריים אלה. "
בעשור הקרוב צפויים משימות מרובות לחקור את ירחי מערכת השמש החיצונית ולחשוף דברים על סביבותיהם העשירות שיכולים לעזור לשפוך אור על מקורות החיים כאן על כדור הארץ. בנוסף טלסקופ החלל ג'יימס ווב (שצפוי כעת להתפרס בשנת 2021) ישתמש גם בחליפת הכלים המתקדמת שלה כדי ללמוד את כוכבי הלכת של מערכת השמש בתקווה לענות על שאלות בוערות אלה.
