Planetforskare som använder Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) avslöjade hemligheterna bakom Titans atmosfär, Saturnus största måne. Teamet hittade ett kemiskt fotavtryck i Titans atmosfär som indikerar att kosmiska strålar som kommer från utanför solsystemet påverkar de kemiska reaktionerna som är involverade i bildandet av kvävebärande organiska molekyler. Detta är den första observationsbekräftelsen av sådana processer, och påverkar förståelsen av Titans spännande miljö.

Titan väcker stort intresse på grund av sin unika atmosfär med ett antal organiska molekyler som bildar en prebiotisk miljö.

Takahiro Iino, en vetenskapsman vid University of Tokyo, och hans team använde ALMA för att avslöja de kemiska processerna i Titans atmosfär. De hittade svaga men fasta signaler av acetonitril (CH ₃ CN) och dess sällsynta isotopomer CH ₃ C ₁₅ N i ALMA-data.

"Vi fann att överflöd av ¹⁴ N i acetonitril är högre än i andra kvävehaltiga arter som HCN och H ₃ CN, " säger Iino. "Det matchar väl den senaste datorsimuleringen av kemiska processer med kosmisk strålning med hög energi."

Det finns två viktiga aktörer i atmosfärens kemiska processer; ultraviolett (UV) ljus från solen och kosmiska strålar som kommer från utanför solsystemet. I den övre atmosfären, UV-ljus förstör selektivt kvävemolekyler som innehåller ¹⁵ N eftersom UV-ljuset med den specifika våglängden som interagerar med ¹⁴ N. ¹⁴ N absorberas lätt på den höjden. Således, kvävehaltiga arter som produceras på den höjden tenderar att uppvisa en hög ¹⁵ N överflöd. Å andra sidan, kosmiska strålar penetrerar djupare och interagerar med kvävemolekyler som innehåller ¹⁴ N. Som ett resultat, det är skillnad i överflöd av molekyler med ¹⁴ N och ¹⁵ N. Teamet avslöjade att acetonitril i stratosfären är rikligare i ¹⁴ N än de för andra tidigare uppmätta kvävebärande molekyler.

"Vi antar att galaktiska kosmiska strålar spelar en viktig roll i atmosfären i andra solsystemkroppar, " säger Hideo Sagawa, en docent vid Kyoto Sangyo University och en medlem av forskargruppen. "Processen kan vara universell, så att förstå rollen av kosmiska strålar i Titan är avgörande i den övergripande planetariska vetenskapen."

Titan är ett av de mest populära objekten i ALMA-observationer. Data som erhålls med ALMA måste kalibreras för att ta bort fluktuationer på grund av variationer i väderleken på plats och mekaniska fel. För att referera, observatoriets personal riktar ofta teleskopet mot ljusa källor, som Titan, då och då i vetenskapliga observationer. Därför, en stor mängd Titan-data lagras i ALMA Science Archive. Iino och hans team har grävt i arkivet och analyserat Titan-data och hittat subtila fingeravtryck av mycket små mängder CH ₃ C ₁₅ N.

Dessa observationsresultat publiceras som T. Iino et al. " ¹⁴ N/ ¹⁵ N isotopkvot i CH ₃ CN för Titans atmosfär mätt med ALMA" i Astrofysisk tidskrift publicerades i februari 2019.