Космический телескоп Джеймса Уэбба продолжает открывать неожиданные особенности объектов Солнечной системы. На этот раз внимание исследователей привлекли два мира, которые находятся очень далеко друг от друга и сильно отличаются по своим условиям. Речь идёт о крупнейшем спутнике Сатурна Титане и карликовой планете Плутон.
Несмотря на огромные различия в размерах, температуре и расположении, оба небесных тела продемонстрировали одну и ту же загадочную особенность в своих инфракрасных спектрах. Учёные обнаружили неизвестную полосу поглощения света, происхождение которой пока не удаётся объяснить ни одним известным веществом. Если её источник будет установлен, это может существенно расширить представления о химических процессах, происходящих на ледяных мирах внешней части Солнечной системы.
Почему спектры так важны для астрономии
Современная планетология во многом основана на спектроскопии.
Когда вещество отражает или поглощает свет, оно оставляет характерный «отпечаток» в спектре. Каждый химический элемент или соединение взаимодействует со светом по-своему, поэтому спектры позволяют определить состав атмосферы, поверхности планет, комет и других космических объектов без необходимости брать реальные образцы.
За десятилетия исследований астрономы составили огромные каталоги спектральных линий различных газов, минералов и льдов. Поэтому в большинстве случаев происхождение обнаруженных сигналов удаётся определить довольно быстро.
Однако иногда телескопы фиксируют особенности, которые отсутствуют во всех существующих лабораторных базах данных. Именно такая ситуация возникла после анализа новых наблюдений JWST.
Что именно обнаружил телескоп
Исследователи проанализировали инфракрасные данные, полученные двумя приборами телескопа Джеймса Уэбба.
Для Титана использовались наблюдения, выполненные в 2022 и 2023 годах, а затем аналогичный анализ провели для Плутона.
В обоих случаях в спектре появилась полоса поглощения с длиной волны около 5,11 микрометра.
Для учёных это оказалось полной неожиданностью.
Такой спектральный сигнал ранее не наблюдался ни на одном объекте Солнечной системы, а также отсутствует среди опубликованных лабораторных измерений соединений, которые могли бы существовать в подобных условиях.
Почему совпадение оказалось особенно интересным
На первый взгляд Титан и Плутон имеют мало общего.
Титан почти вдвое больше Плутона и обладает плотной атмосферой, состоящей главным образом из азота с заметной примесью метана. На его поверхности существуют реки, озёра и моря, заполненные жидкими углеводородами.
Плутон значительно меньше, намного холоднее и расположен в поясе Койпера. Его атмосфера крайне разрежена и существует лишь вблизи перигелия, когда часть поверхностных льдов испаряется.
Тем не менее между двумя мирами есть важное сходство.
Оба объекта обладают азотно-метановой атмосферой, а их поверхности постоянно подвергаются воздействию солнечного ультрафиолетового излучения и космических частиц. Эти процессы способны запускать сложные химические реакции с образованием новых соединений.
Именно поэтому исследователи предполагают существование общего химического механизма, который пока остаётся неизвестным.
Загадочный сигнал исходит не из атмосферы
Одной из первых задач было определить источник обнаруженного спектрального признака.
Для этого исследователи создали подробные модели атмосферы Титана и сравнили расчёты с реальными наблюдениями.
Оказалось, что известные атмосферные газы не способны сформировать линию поглощения на длине волны 5,11 микрометра.
Все остальные особенности атмосферы модель воспроизводила достаточно точно.
Это означает, что загадочный сигнал, вероятнее всего, возникает не в атмосфере, а непосредственно на поверхности.
Для Плутона вывод оказался аналогичным. Хотя его атмосфера значительно тоньше, спектральная особенность также лучше объясняется наличием неизвестного вещества в поверхностных льдах.
Что это может быть
Пока учёные не знают точного ответа.
Исследовательская группа проверила множество известных соединений, которые могли бы присутствовать на Титане и Плутоне.
Ни одно из них не совпало с наблюдаемым спектром.
При этом полностью исключать уже известные вещества нельзя.
Авторы исследования предполагают, что некоторые соединения могут менять свои спектральные свойства при смешивании с другими компонентами или в условиях экстремально низких температур.
В качестве возможных кандидатов рассматриваются различные углеводородные льды, включая ацетилен, а также бензол в составе сложных ледяных смесей.
Однако пока это лишь рабочие гипотезы, требующие лабораторной проверки.
Почему открытие имеет большое значение
На первый взгляд обнаружение одной неизвестной линии в спектре может показаться не слишком важным.
На самом деле подобные открытия способны привести к пересмотру представлений о химии ледяных миров.
Титан давно считается одной из наиболее интересных лабораторий органической химии в Солнечной системе.
Под действием солнечного света и космического излучения в его атмосфере непрерывно образуются сложные органические молекулы, часть которых затем оседает на поверхность.
Плутон также обладает богатым набором замёрзших летучих веществ и демонстрирует неожиданно сложные сезонные процессы.
Если оба объекта действительно формируют одинаковое неизвестное соединение, значит подобная химия может быть широко распространена и на других ледяных телах внешней части Солнечной системы.
Как помогут будущие исследования
Следующим этапом станут новые наблюдения телескопа Джеймса Уэбба.
Исследователи рассчитывают определить, в каких именно районах поверхности Титана загадочный сигнал проявляется наиболее сильно.
Это поможет связать неизвестное вещество с конкретными геологическими процессами или типами поверхности.
Параллельно в лабораториях будут проводиться эксперименты с различными смесями замороженных соединений, чтобы проверить, способны ли они воспроизводить обнаруженную особенность спектра.
Кроме того, в середине 2030-х годов к Титану должна отправиться автоматическая миссия Dragonfly. Хотя аппарат не оснащён инфракрасным спектрометром, он сможет непосредственно исследовать химический состав поверхности и окружающей среды, что позволит значительно сузить круг возможных объяснений.
Новая загадка для планетологии
История изучения Солнечной системы неоднократно показывала, что самые важные открытия начинаются именно с необъяснимых наблюдений. Неизвестная спектральная особенность на Титане и Плутоне может оказаться следом ранее не обнаруженного химического соединения, необычной формы уже известных веществ или совершенно нового механизма образования органических материалов в условиях экстремального холода.
Пока происхождение сигнала остаётся загадкой, однако уже сейчас ясно, что телескоп Джеймса Уэбба открыл ещё одно направление исследований. Каждое новое наблюдение подобных объектов позволяет лучше понять химическую эволюцию ледяных миров и процессы, которые формировали внешние области Солнечной системы на протяжении миллиардов лет.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
