Kljub temu Cassini orbiter je končal svojo misijo 15. septembra 2017, podatki, ki jih je zbral o Saturnu in njegovi največji luni, Titanu, še naprej osupnejo in osupnejo. V trinajstih letih, ko je preživel v orbiti na Saturnu in vodil muhe svojih mesecev, je sonda zbrala obilico podatkov o Titanovi atmosferi, površini, metanskih jezerih in bogatem organskem okolju, ki ga znanstveniki nadaljujejo s popotovanjem.
Na primer, zadeva skrivnostne "peščene sipine" na Titanu, ki so po naravi videti organske narave in katerih struktura in izvor ostajata, sta ostala skrivnost. Za reševanje teh skrivnosti sta ekipa znanstvenikov z univerze John Hopkins (JHU) in raziskovalnega podjetja Nanomechanics nedavno opravila študijo sipin Titana in ugotovila, da se bodo verjetno oblikovali v ekvatorialnih regijah Titana.
Njihova študija, "Od kod prihaja titanski pesek: Vpogled v mehanske lastnosti kandidatov za titanski pesek", se je nedavno pojavila na spletu in je bila predložena v Časopis za geofizična raziskovanja: Planeti. Študijo je vodil Xinting Yu, podiplomski študent na Oddelku za zemeljske in planetarne vede (EPS) na JHU, vključila pa sta še docentka EPS Sarah Horst (Yujev svetovalec) Chao He in Patricia McGuiggan, ki sta jo podprla Bryan Crawford iz Nanomechanics Inc.
Da bi ga razbili, so prvotno opazili Titanove peščene sipine Cassinijeva radarski instrumenti v regiji Shangri-La v bližini ekvatorja. Na slikah, ki jih je pridobila sonda, so bile prikazane dolge, linearne črne proge, ki so bile videti kot sipine, ki so bile od vetra, podobne tistim, ki so jih našli na Zemlji. Znanstveniki so od svojega odkritja teoretizirali, da so sestavljena iz zrn ogljikovodikov, ki so se naselili na površini iz Titanove atmosfere.
V preteklosti so znanstveniki domnevali, da se tvorijo v severnih območjih okrog Titanovih metanskih jezer in jih mesečev veter vetra razdeli v ekvatorialno regijo. Toda od kod dejansko prihajajo ta zrna in kako so se razširila v teh sipinah formacijah, je ostalo skrivnost. Vendar, kot je Yu razložil Space Magazine prek e-pošte, je to le del skrivnosti teh sipin:
"Prvič, nihče ni pričakoval, da bodo na Titanu opazili kakršne koli peščene sipine pred Cassini-Huygensovo misijo, saj so svetovni krožni modeli napovedovali, da bodo hitrosti vetra na Titanu prešibke, da bi pihale materiale, da bi nastale sipine. Vendar smo skozi Cassini videli ogromna linearna sipinska polja, ki pokrivajo skoraj 30% ekvatorialnih regij Titana!
"Drugič, nismo prepričani, kako nastajajo Titanski peski. Dvostranski materiali o Titanu so popolnoma drugačni od tistih na Zemlji. Na Zemlji so materiali sipin v glavnem delci silikatnega peska, obloženi iz silikatnih kamnin. Medtem ko je na Titanu, so sipine materiali zapletene organske snovi, ki jih tvori fotokemija v atmosferi in pade na tla. Študije kažejo, da so sipine delci precej velike (vsaj 100 mikronov), medtem ko so fotokemijski tvorjeni organski delci še vedno precej majhni v bližini površine (le okoli 1 mikrona). Tako nismo prepričani, kako se majhni organski delci preoblikujejo v velike delce peščene sipine (za tvorbo enega samega peščenega delca potrebujete milijon majhnih organskih delcev!)
„Tretjič, tudi ne vemo, kje se organski delci v atmosferi predelajo, da postanejo večji, da nastanejo delci sipine. Nekateri znanstveniki menijo, da je te delce mogoče obdelati povsod, da nastanejo delci sipine, medtem ko nekateri drugi raziskovalci menijo, da je treba pri njihovem nastanku sodelovati s Titanovim tekočinam (metan in etanom), ki se trenutno nahajajo samo v polarnih regijah. "
Da bi osvetlili to, sta Yu in njeni sodelavci izvedli vrsto poskusov, s katerimi so simulirali materiale, ki se prevažajo tako na zemeljskih kot ledenih telesih. To je vključevalo uporabo več naravnih zemeljskih peskov, kot so silikatni peščeni plaži, karbonatni pesek in beli peskov gippum. Za simulacijo vrst materialov, ki jih najdemo na Titanu, so uporabili laboratorijsko proizvedene toline, ki so molekule metana, ki so bile izpostavljene UV-sevanju.
Proizvodnja tolinov je bila posebej vodena za ponovno ustvarjanje organskih aerosolov in pogojev fotokemije, ki so običajni na Titanu. To je bilo storjeno s pomočjo eksperimentalnega sistema Planetary HAZE Research (PHAZER) na univerzi Johns Hopkins - za katerega je glavna preiskovalka Sarah Horst. Zadnji korak je bil uporaba tehnike nanoidentifikacije (ki jo je nadziral Bryan Crawford iz Nanometrics Inc.) za preučevanje mehanskih lastnosti simuliranih peskov in tolonov.
To je vključevalo umeščanje simulatorjev peska in tolanov v vetrovnik, da bi določili njihovo mobilnost in videli, ali jih je mogoče razporediti po enakih vzorcih. Kot je pojasnil Yu:
»Motivacija študije je poskusiti odgovoriti na tretjo skrivnost. Če materiale iz sipine obdelamo s tekočinami, ki se nahajajo v polarnih območjih Titana, morajo biti dovolj močne, da se lahko prevažajo od polov do ekvatorialnih območij Titana, kjer se nahaja večina sipin. Vendar so tolini, ki smo jih proizvedli v laboratoriju, v izredno nizkih količinah: debelina filma, ki smo ga proizvedli, znaša le okoli 1 mikrona, približno 1 / 10-1 / 100 debeline človeških las. Da bi se tega lotili, smo za izvedbo meritev uporabili zelo intrigantno in natančno tehniko nanodelcev, imenovano nanoindentacija. Čeprav so vdolbine in razpoke vse v nanometrski lestvici, lahko še vedno natančno določimo mehanske lastnosti, kot so Young-ov modul (indikator togosti), nanoindentacijska trdota (trdnost) in žilavost loma (indikator krhkosti) tankega filma. "
Na koncu je ekipa ugotovila, da so organske molekule, ki jih najdemo na Titanu, precej mehkejše in bolj krhke v primerjavi s celo najmehkejšimi peski na Zemlji. Preprosto povedano, zdi se, da proizvedeni tolini niso bili sposobni prehoditi ogromno razdaljo, ki leži med Titanovim severnim metanskim jezerom in ekvatorialno regijo. Iz tega so sklepali, da se organski peski na Titanu verjetno oblikujejo v bližini, kjer se nahajajo.
"In njihova tvorba morda ne bo vključevala tekočin na Titanu, saj bi to zahtevalo veliko prevozno razdaljo več kot 2000 kilometrov od polov Titana do ekvatorja," je dodal Yu. »Mehki in krhki organski delci bi bili zmleti v prah, preden pridejo do ekvatorja. Naša študija je uporabila popolnoma drugačno metodo in okrepila nekatere rezultate, ki so jih sklepali iz opazovanj Cassinija. "
Na koncu ta študija predstavlja novo smer za raziskovalce, ko gre za preučevanje Titana in drugih teles v Osončju. Kot je pojasnil Yu, so bili v preteklosti raziskovalci večinoma omejeni Cassini podatki in modeliranje za odgovor na vprašanja o Titanovih peščenih sipinah. Vendar pa sta Yu in njeni sodelavci lahko uporabili laboratorijsko proizvedene analoge za reševanje teh vprašanj, kljub dejstvu, da Cassini misija je zdaj konec.
Še več, ta najnovejša študija bo zagotovo imela veliko vrednost, ko se znanstveniki še naprej spopadajo Cassinijeva podatki v pričakovanju prihodnjih misij na Titan. Cilj teh misij je podrobneje preučiti Titanove peščene sipine, metanska jezera in bogato organsko kemijo. Kot je pojasnil Yu:
"[O] ur rezultati ne le pomagajo razumeti izvor sipin in peskov Titan, ampak bodo tudi ključne informacije za morebitne prihodnje misije pristajanja na Titanu, kot je Dragonfly (eden od dveh finalistov (od dvanajstih predlogov), izbran za nadaljnji razvoj koncepta z Nasinim programom New Frontiers). Snovne lastnosti organskih snovi na Titanu lahko dejansko ustvarijo neverjetne namige za razrešitev nekaterih skrivnosti na Titanu.
"V raziskavi, ki smo jo lani objavili na planetih JGR (2017, 122, 2610–2622), smo ugotovili, da so sile med delci tolonskih delcev veliko večje od navadnega peska na Zemlji, kar pomeni, da je organskih snovi na Titanu veliko več koheziven (ali lepši) od silikatnih peskov na Zemlji. To pomeni, da potrebujemo večjo hitrost vetra za pihanje peščenih delcev na Titanu, kar bi lahko pomagalo raziskovalcem, ki modelirajo, da odgovorijo na prvo skrivnost. Predvideva tudi, da bi lahko peske Titan tvorili s preprosto koagulacijo organskih delcev v ozračju, saj jih je veliko lažje lepiti. To bi lahko pomagalo razumeti drugo skrivnost Titanovih peščenih sipin. "
Poleg tega ima ta študija posledice za preučevanje teles, ki niso Titana. "Organiko smo našli na številnih drugih telesih osončja, zlasti na ledenih telesih zunanjega osončja, kot so Pluton, Neptunova Luna Triton in komet 67P," je dejal Yu. "In nekatere organske snovi so fotokemično proizvedene podobno kot Titan. Na teh telesih pa smo našli tudi lastnosti pihanja vetra (imenovane aeolske lastnosti), zato bi naše rezultate lahko uporabili tudi na teh planetarnih telesih. "
V prihodnjem desetletju naj bi več misij preučevalo lune zunanjega Osončja in razkrilo stvari o svojem bogatem okolju, ki bi lahko pomagale osvetliti izvor življenja tukaj na Zemlji. Poleg tega James Webb vesoljski teleskop (zdaj se pričakuje, da bo postavljena leta 2021) bo uporabila tudi svojo napredno tehniko instrumentov za preučevanje planetov Osončja v upanju, da reši ta pereča vprašanja.
