卡西尼数据证实多环芳烃在泰坦的低雾度生产中起主要作用

作者:浦镓辶

<p>美国宇航局的卡西尼号太空船望向土星最大的卫星的夜晚,看到太阳散射通过土卫六大气的外围,并在这个视图的顶部可以看到形成一个彩色泰坦的北极罩,还有一丝南极涡可以在底部检测到PIA08137以了解有关北极罩的更多信息请参阅PIA14919和PIA14920以了解有关南极涡的更多信息此视图朝向土卫六(3,200英里,或5,150公里)北面的土星面向Titan向上并向右旋转9度使用红色,绿色和蓝色光谱滤镜拍摄的图像组合在一起以创建这种自然色彩视图图像是在2012年6月6日使用卡西尼号航天器广角相机拍摄的,距离为距离泰坦大约134,000英里(216,000公里)图像比例为每像素8英里(13公里)图片来源:NASA / JPL-Caltech / SSI来自卡西尼视觉和红外测绘规范的数据trometer已经让研究人员确认多环芳烃(PAHs)在Titan低雾度的产生中起主要作用,并且导致雾霾形成的化学反应在大气中开始高涨科学家利用美国宇航局的卡西尼号数据任务已证实在土星最大的卫星泰坦的高层大气层中存在一群复杂的碳氢化合物,后来演变为使月亮具有独特的橙棕色雾霾的成分</p><p>这些复杂的环状碳氢化合物的存在,被称为多环芳香烃(PAHs)解释了在最低雾度层中发现的气溶胶颗粒的起源,这些气溶胶颗粒覆盖了Titan的表面科学家认为这些PAH化合物在向下漂移时会聚集成更大的颗粒“随着大气中甲烷的大量含量,Titan烟雾是就像洛杉矶的类固醇烟雾一样,“美国宇航局杰伊的卡西尼副项目科学家斯科特埃丁顿说t推进实验室,加利福尼亚州帕萨迪纳“这些使用卡西尼数据的新论文揭示了构成泰坦烟雾的重质复杂碳氢化合物分子是如何从大气中较简单的分子中形成的</p><p>现在已经确定了它们的长寿卡西尼号的任务将有可能用泰坦季节来研究它们的变化“太阳系中的所有物体,土星最大的卫星土卫六,其气氛与地球最相似,就像我们的行星一样,泰坦的大气主要由分子组成然而,不同于地球的大气层,土卫六只含有微量的氧气和水</p><p>另一种分子甲烷与地球大气中的水有相似的作用,占泰坦大气的2%左右科学家推测这种气氛在早期,月亮可能类似于我们星球的月亮,在原始生物体通过光线充满氧气之前当土星的磁泡中的阳光或高能粒子撞击大约600英里(1000公里)以上的泰坦大气层时,那里的氮和甲烷分子就会被破坏</p><p>这导致形成大量正离子和电子,从而触发化学反应链,产生各种碳氢化合物 - 在泰坦大气层中检测到了大量碳氢化合物</p><p>这些反应最终导致碳基气溶胶,大量原子和分子聚集体的产生</p><p>雾霾笼罩泰坦,远低于300英里(500公里)这个过程类似于地球,在那里,烟雾从阳光照射开始排放到空气中的碳氢化合物</p><p>所产生的碎片重新组合形成更复杂的分子此图显示了各种步骤导致形成气溶胶,构成泰坦的阴霾,土星最大的月亮当阳光或者来自土星磁层的高能粒子撞击了大约600英里(1000公里)以上的泰坦大气层,那里的氮和甲烷分子被破坏了这导致了大量正离子和电子的形成,从而引发了一连串的化学反应生产各种碳氢化合物 这些碳氢化合物中的许多已在泰坦大气中被检测到,包括多环芳烃(PAHs),它们是由较小碳氢化合物聚集形成的大型碳基分子</p><p>在泰坦大气层中检测到的一些多环芳烃也含有氮原子多环芳烃</p><p>一系列越来越大的化合物的第一步模型显示PAHs如何凝聚并形成大的聚集体,由于它们的重量较大,它们往往会沉入较低的大气层</p><p>土卫六较低大气层中较高的密度有利于这些聚集体的进一步生长</p><p>原子和分子的大型聚集体这些反应最终导致碳基气溶胶的产生,原子和分子的大聚集体发现在雾霾的下层,这些雾霾笼罩着泰坦,远低于约300英里(500公里)</p><p> :ESA / ATG medialab Titan低雾度气溶胶的研究使用欧洲Spac血统的数据进行研究e机构的惠更斯探测器于2005年问世,但其起源尚不清楚2007年7月和8月收集的卡西尼视觉和红外测绘光谱仪(VIMS)数据的新研究可能解决了这个问题泰坦高层大气的一项新研究天体物理杂志描述了PAHs的检测,PAHs是由较小碳氢化合物聚集形成的大型碳基分子“我们终于可以确认PAHs在Titan低雾度的产生中起主要作用,并且化学反应导致阴霾的形成始于大气层,“这篇论文的主要作者,来自西班牙格拉纳达安达卢西亚天体物理研究所的ManuelLópez-Puertas说道</p><p>”这一发现令人惊讶:我们长期以来一直怀疑PAHs和气溶胶在土卫六中有联系</p><p>气氛,但没想到我们可以用现有的工具来证明这一点“科学家团队一直在研究这个问题来自泰坦大气层中各种分子的离子,当他们偶然发现数据中的一个特点时,光谱中的一个特征线 - 来自甲烷排放 - 有一个略微异常的形状,科学家怀疑它隐藏了研究所的Bianca Maria Dinelli意大利博洛尼亚的大气科学与气候(国家研究委员会的一部分)是“地球物理研究快报”期刊相关论文的主要作者</p><p>她和她的同事们进行了一项艰苦的调查,以确定造成这种异常的化学物种</p><p>仅在白天发现了额外的信号,因此它显然与太阳辐射有关“这个信号的中心波长,大约328微米,是典型的芳香化合物 - 碳原子结合在环状结构中的碳氢化合物分子“Dinelli说,科学家们测试了苯并霉素是否可以产生不明的排放物ne,最简单的芳香族化合物,仅由一个环组成,已在泰坦大气层中早期检测到</p><p>然而,相对较低的苯含量不足以解释已经观察到的排放物在排除苯之后,科学家试图重现使用更复杂的多环芳烃观察到的发射他们根据NASA Ames PAH红外光谱数据库检查了他们的数据他们是成功的:数据可以解释为由许多不同PAH的混合物发射,其中含有平均34个碳原子和每个约10个环“PAHs非常有效地吸收太阳的紫外线辐射,重新分配分子内的能量,最后以红外波长发射它,”共同作者意大利国家研究所空间天体物理学和行星学研究所的Alberto Adriani说</p><p>在罗马的天体物理学(INAF)他是Cassini-VIMS共同研究小组的一员,并开始了这个研究他管理收集和处理VIMS数据的团队这些碳氢化合物也特别能够发出大量的红外辐射,即使在泰坦高层大气稀薄的环境中,分子之间的碰撞也不是很频繁</p><p>分子本身就是一个中间体当来自太阳的辐射在泰坦的高层大气中电离小分子然后凝结并下沉时产生的产物 Cassini-Huygens任务是NASA,ESA和意大利ASI航天局的合作项目</p><p>喷气推进实验室管理美国华盛顿特区NASA科学任务理事会的Cassini-Huygens任务</p><p>视觉和红外测绘光谱仪团队位于大学亚利桑那州,图森帕萨迪纳的加州理工学院管理美国宇航局相关出版物的JPL:资料来源:喷气推进实验室的贾瑞茹; NASA图片:....