Cassini数据确认PAHS在泰坦的下阴霾的生产中发挥着重要作用

时间：2021-09-08 12:25:28 来源：

美国宇航局的Cassini SpaceCraft朝向土星最大的月亮的夜间，通过泰坦氛围的周边看到阳光散射，并形成一个颜色的圆环。在此视图的顶部可以看到泰坦的北极罩，可以在底部检测到南极涡旋的一丝暗示。查看PIA08137以了解有关北极罩的更多信息。查看Pia14919和PIA14920，了解有关南北极地漩涡的更多信息。这景观朝向泰坦（3,200英里，或5,150公里）面向土星面的侧面。北北部朝上并向右侧旋转9度。使用红色，绿色和蓝色光谱滤镜拍摄的图像被合并以创建此自然色视图。2012年6月6日的Cassini Spacecraft广角摄像机获得了图像，距离泰坦约134,000英里（216,000公里）。图像比例为每像素8英里（13公里）。图像

Cassini的视觉和红外测绘光谱仪的数据允许研究人员确认多环芳烃（PAH）在泰坦较低的雾度的生产中发挥着重要作用，并且导致雾度形成的化学反应在大气中开始高效。

科学家们使用来自美国宇航局的Cassini使命的数据已经证实了土星最大的月球上部大气层中的复杂碳氢化合物的存在，后来进入了给月球一个独特的橙色棕色雾度的组件。这些复合物环状烃的存在，称为多环芳烃（PAH），解释了橡皮布泰坦表面的最低雾度层中发现的气溶胶颗粒的起源。科学家认为这些PAH化合物在向下漂移时聚集成较大的颗粒。

“巨大的甲烷在其大气中，泰坦烟雾就像L.A.烟雾在类固醇中，Cassini副项目科学家斯科特编德格兰特说，加利福尼亚州帕萨迪纳帕萨迪纳省普拉迪纳“这些新论文使用Cassini Data Shed Light的重型，复杂的碳氢化合物分子如何在大气中的更简单的分子中形成了弥补的碳氢化合物分子。现在他们已经确定了，Cassini的使命的寿命将使他们与泰坦赛季的变化。“

在太阳系中的所有尸体中，土星最大的月亮，泰坦，大气中的气氛最像地球。就像我们的星球一样，泰坦的大气层主要由分子氮组成。然而，与地球的氛围不同，泰坦只包含一小痕迹的氧气和水。另一个分子，甲烷，在地球大气层中的水中发挥了类似的作用，占泰坦大气层的约2％。科学家们推测，在原始生物体通过光合作用的原始生物体富含氧气之前，这一月亮的气氛可能类似于我们的星球。

当Silull或高度活力的颗粒来自土星的磁性气泡时，泰坦大气层的层数高于约600英里（1000公里），氮气和甲烷分子被分解。这导致巨大的正离子和电子的形成，它引发了一种化学反应链，产生各种烃 - 其中广泛的泰坦大气中检测到。这些反应最终导致碳基气溶胶的产生，原子和分子的大量聚集体，这些原子和分子中发现的雾霾的较低层，远低于300英里（500公里）。该过程类似于地球，其中烟雾开始于阳光破碎排放到空气中的碳氢化合物。所得块重组以形成更复杂的分子。

该图示出了各种各样的步骤，这些步骤导致弥补泰坦最大的月球上的阴霾的气溶胶
。当阳光或高度充电量的磁极射击泰坦大气层的大约600英里（1000公里）时，氮气和甲烷分子被分解起来。这导致形成巨大的正离子和电子，其引发产生各种烃的化学反应链。这些碳氢化合物中的许多已经在泰坦的大气中检测到，包括多环芳烃（PAHS），其是从较小烃的聚集形成的大碳基分子。在泰坦大气中检测到的一些PAHS也含有氮原子.PAHS是
逐年逐步越来越大的化合物的第一步。模特展示了PAHS如何凝结和形成大的聚集体，这倾向于由于它们的重量越大而进入较低的大气层。泰坦较低的大气层的更高密度赞成这些大型原子和分子的进一步生长。这些反应最终导致生产基于碳的气溶胶，在雾霾的下层中发现的原子和分子的大量聚集体，即泰坦，远低于约300英里（500公里）。图片来源：ESA / ATG MEDIALAB

泰坦较低的雾度的气溶胶已经研究了欧洲航天局的霍耶探针的下降，从2005年到达了表面，但他们的起源仍然不清楚。分析来自Cassini的视觉和红外测绘光谱仪（Vims）的数据分析了7月和2007年8月收集的数据可能解决了问题。泰坦在天体物理学期刊上大气层的一个新研究描述了PAH的检测，这是从较小烃的聚集形成的大型碳基分子。

“我们最终可以证实，PAHS在泰坦较低的雾度的生产中发挥了重要作用，并在大气中展现了雾霾形成的化学反应，”本文的领先作者ManuelLópez-Puertas说西班牙格拉纳达的Astrophysics学院。“这一发现令人惊讶：我们长期以来曾怀疑泰坦大气层中的PAH和气溶胶是联系的，但没有想到我们可以用现有的乐器证明这一点。”

科学家团队一直在研究泰坦大气中的各种分子的排放，当时他们偶然发现了数据中的特殊特征。光谱中的一个特征线 - 来自甲烷排放 - 具有略微异常的形状，并且涉嫌掩饰的科学家们隐藏了一些东西。

Bianca Maria Dinelli从意大利博洛尼亚博洛尼亚的大气科学和气候（国家研究委员会的一部分）是在Geophysical研究字母期刊中有关论文的领先作者。她和她的同事们进行了艰苦的调查，以确定负责异常的化学物质。额外的信号仅在白天发现，因此它清楚地与太阳照射有关。

“该信号的中心波长约为3.28微米，是芳族化合物 - 烃分子的典型碳原子在环状结构中粘合，”纳米利说。

科学家测试了未识别的排放是否可以通过苯，最简单的芳香化合物仅由一个戒指组成，在泰坦大气中之前被检测到。然而，相对较低的苯丰富的苯不足以解释所观察到的发射。

在他们排除苯后，科学家试图用更复杂的PAH繁殖观察到的发射。他们检查他们的数据对NASA AMES PAH红外光谱数据库。并且它们是成功的：数据可以通过许多不同PAH的混合物解释为排放，其含有平均34个碳原子和约10个环。

“PAHS在从太阳中吸收紫外线辐射，将分子内的能量重新分配，并最终以红外波长发射，”意大利国家天体物理学研究所的空间天体物理学和地图集学院共同作者Alberto Adriani ）在罗马。他是Cassini-Vims共同调查员团队的一部分，开始了这一调查。他管理收集和处理Vims数据的团队。

这些碳氢化合物也是特殊的能力，即使在泰坦高层大气的稀土环境中，也能够发出丰富的红外辐射量，其中分子之间的碰撞不是很频繁。当来自太阳辐射的辐射在钛的上层气氛中凝结和水槽时，分子本身是中间产物。

Cassini-Huygens Mission是NASA，ESA和意大利ASI空间机构的合作项目。喷气式推进实验室管理美国华盛顿特区华盛顿特派团的Cassini-Huygens任务。视觉和红外线映射光谱仪团队位于图森亚利桑那大学。帕萨迪纳市的加州理工学院为NASA管理JPL。