Два світи на майже протилежних кінцях Сонячної системи подарували нам загадку, про яку ми навіть не знали.
Навколо газового гіганта Сатурн обертається Титан, місяць з крижаною корою, озерами рідкого метану та етану, а також туманною атмосферою.
На далеких просторах планетарної площини, на середній відстані від Сонця в чотири рази більшій, ніж у Сатурна, ховається Плутон – замерзлий, блискучий ландшафт, виконаний льодовими вулканами.
Обидва світи багаті на азот і вуглеводні; обидва оточені атмосферою, де хімічні реакції, викликані сонячними променями, генерують туман. І тепер, на обох світах, JWST виявив хімічну ознаку, яка не схожа на жодну, яку ми бачили раніше.
Команда під керівництвом астронома Бруно Безара з Французького національного центру наукових досліджень (CNRS) ідентифікувала кілька можливих кандидатів, що має значення для розуміння того, як складна органічна хімія розвивається на планетарних тілах, які відрізняються від Землі.
Їхні результати були прийняті до Astronomy & Astrophysics і доступні на сервері попередніх публікацій arXiv.
Титан був відкритий Християном Гюйгенсом у 1655 році, але його поверхня залишалася прихованою від погляду через туманну атмосферу, яка була формально ідентифікована, коли Жерар Кюпер виявив метан у його спектрі в 1944 році.
З тих пір вчені змогли отримати багато інформації про поверхню Титана, незважаючи на його атмосферу, в основному завдяки зонду Кассіні. Саме так ми дізналися про його озера, дюни, гори та тектонічні особливості.
Але детальна інформація про хімію поверхні місяця була отримана важче – що дещо засмучує, оскільки те, що ми змогли з'ясувати, свідчить про те, що Титан є ідеальною лабораторією для вивчення преорганічної хімії, або хімічних умов, що передують життю.
Титан має азотну атмосферу, разом з метаном, сонячним світлом, енергійними частинками, дощем, ріками, озерами та сезонами, які разом генерують надзвичайну різноманітність вуглецевих сполук.
Отже, щоразу, коли вчені знаходять щось нове про Титан, це відкриває, які види складної органічної хімії можуть відбуватися без життя.
Інфрачервоний космічний телескоп JWST є чудовим інструментом для дослідження хмар, тому команда вчених, до складу якої входив Безар, забронювала час для спостереження за місяцем у рамках пропозиції під назвою "Клімат, склад і хмари Титана".
Коли вони отримали спектри, однак, телескоп виявив ознаку поглинання, яку дослідники не змогли ідентифікувати.
Ще цікавіше, що ця ознака з'явилася незалежно в спостереженнях з двох різних інструментів JWST, що робить ймовірність технічного збою малоймовірною.
Коли JWST вивчає об'єкт, він записує світло в інфрачервоних довжинах хвиль. Атоми та молекули, які присутні, взаємодіють зі світлом специфічним чином, поглинаючи і іноді повторно випромінюючи його в різних довжинах хвиль.
Коли ви бачите темнішу лінію в спектрі, відому як ознака поглинання, це означає, що щось поглинуло світло на цій конкретній довжині хвилі.
Ось справді цікава частина. Кожен атом або молекула має свій унікальний малюнок поглинання та випромінювання – спектральний відбиток, який вчені можуть використовувати для його ідентифікації.
Отже, що це означає тут, так це те, що ознака поглинання з Титана не зовсім відповідає жодному відомому поглиначу – що свідчить про те, що на Титані може бути молекула або інший матеріал, який ще не ідентифікований.
Однак ситуація ускладнюється.
У окремій програмі спостережень JWST також спостерігав за Плутоном. І та ж ознака поглинання з'явилася – тільки товща і сильніша, ніж вона з'явилася на Титані.
Це було несподівано. Титан і Плутон пов'язані своїми хімічними сполуками, багатими на азот і метан, але розділені величезними відмінностями в температурі, тиску та геології. Проте обидва, здається, мають ту ж невідому хімічну ознаку.
Точно, що викликає сигнал, залишається незрозумілим.
Сигнал сильний, послідовний і веде себе так, що свідчить про те, що він походить з поверхні обох світів, а не з атмосфери.
Однак, після порівняння з десятками сполук, жодна не є переконливим збігом. Чиста бензол, пропадієн, кетен і ацетилен всі близькі, але всі вони достатньо різні, щоб виключити впевнену ідентифікацію.
Одна з можливостей полягає в тому, що винуватцем є відома сполука, яка веде себе незвично. Змішана з іншими хімікатами або організована в іншій фізичній формі, деякі молекули можуть поглинати інфрачервоне світло на трохи інших довжинах хвиль, ніж вони роблять у лабораторних експериментах.
Все це вказує на те, що виявлення натякає на щось глибше, і той факт, що воно з'являється на Титані та Плутоні, здається ключовим.
Це свідчить про те, що сигнал не є просто дивним капризом одного дивного місяця, а раніше не визнаною особливістю хімії, спільної для холодних, багатих на азот, метаносодержащих світів.
Майбутні спостереження можуть допомогти звузити можливості, картуючи, де сигнал з'являється на поверхні Титана. А коли місія Dragonfly NASA прибуде в середині 2030-х років, її бортовий мас-спектрометр може ідентифікувати деякі з кандидатних сполук з близької відстані.
Поки що, однак, загадка залишається нерозгаданою – слабка тінь у світлі інопланетних світів, що натякає на те, що наша Сонячна система може бути пронизана тонкою хімією, яку ми все ще ледве розуміємо.
Цікавий факт
Титан є єдиним відомим місцем в Сонячній системі, де рідина на поверхні існує в рідкому стані, що робить його унікальним об'єктом для вивчення.