I en ny rapport om Vetenskapens framsteg , Mark Elowitz, och ett team av forskare inom fysik, optisk fysik, planetvetenskap och strålningsforskning i USA, STORBRITANNIEN., Indien, och Taiwan, presenterade den första analysen av långt-ultravioletta reflektansspektra av regioner på Rheas ledande och efterföljande hemisfärer – som samlats in av Cassini ultravioletta avbildningsspektrograf under riktade förbiflygningar. I det här arbetet, de syftade specifikt till att förklara den oidentifierade breda absorptionsfunktionen centrerad nära 184 nanometer av de resulterande spektra. Med hjälp av laboratoriemätningar av UV-spektroskopi av en uppsättning molekyler, Elowitz et al. hittade en bra passform till Rheas spektra med både hydrazinmonohydrat och flera klorhaltiga molekyler. De visade att hydrazinmonohydrat var den mest troliga kandidaten för att förklara absorptionsfunktionen vid 184 nm. Hydrazin var också ett drivmedel i Cassinis propeller, dock, i det här fallet, thrustrarna användes inte under isiga satellitförbiflygningar och därför antogs signalen inte stiga från rymdfarkostbränsle. Forskarna beskrev sedan hur hydrazinmonohydrat kan framställas kemiskt på isiga ytor.

Saturnus måne Rhea

Kunskapen om geologin och yttopografin för Saturnus näst största måne Rhea hade avancerat avsevärt med flera förbiflygningar under Cassini-Huygens-uppdraget. Ytan av Rhea är kraftigt kratrerad med geomorfologiska egenskaper för att indikera endogen aktivitet såsom stora nedslagskratrar i nord-sydlig riktning. Yttemperaturen på Rhea kan variera från cirka 40 till 100 K, med hög synlig geometrisk albedo. Albedon, dvs. mängden ljus som reflekteras från ett himlaobjekt, överensstämde med en yta bestående av vattenis, stöds vanligtvis av mätning av infraröd (IR) absorptionsegenskaper. I allmänhet, Rhea kretsar kring Saturnus på ett avstånd av ungefär 8,75 Saturnus radier med en hastighet av 8,5 km/s, där dess resande halvklot bestrålas av plasma som färdas med cirka 57 km/s. Saturnus E-ringkorn kan bombardera och täcka mycket av Rheas yta, och sådana bombardemang från olika källor kan orsaka kemiska förändringar i den bestrålade ytan för att syntetisera en rik ytkemi. Dock, ytsammansättningen av Rhea är för närvarande i stort sett okänd. I det här arbetet, Elowitz et al. använde fyra Cassini ultraviolett avbildningsspektrograf/fjärr ultraviolett (UVIS/FUV) diskupplösta observationer av Rhea. För att minska bruset i data, forskarna använde ett utjämningsfilter. De noterade att spektra dominerades av vatten-is-absorptionsegenskaper, som noterats i tidigare isiga satelliter. De undersökte förklaringar till breda absorptionsspektra över våglängdsintervallet ungefär 179 till 189 nm i UVIS-spektra av Rhea.

Forskarna mätte laboratoriespektra för flera molekylarter och deras blandningar för att härleda optiska begränsningar. Rhea och Dione är allmänt kända för att dela liknande geomorfologi baserat på Cassini högupplösta Imaging Science Subsystem (ISS). Båda medelstora isiga satelliter bestod av en syre/koldioxid-exosfär med liknande sammansättning och fotometriska egenskaper. Både Rhea och Dione uppvisade ljusare ledande hemisfärer med mycket liten mörkare lem vid låga fasvinklar. Teamet tillskriver de ljusare hemisfärerna avsättningen av ren vattenis från Saturnus E-ring, där både Rhea och Dione visade liknande fotometriska egenskaper tillsammans med orange/violetta färgförhållanden för att antyda likheten mellan deras ytor. De erhöll de resulterande modellspektra av hydrazinmonohydrat (N ₂ H ₄ .H ₂ O) och triklormetan (CHCl ₃ ) under ett lager av vattenis med hjälp av laboratorieabsorbansmätningar och Hapke-teorin. Efter att ha undersökt de modellerade spektra, Elowitz et al. visade närvaron av hydrazinmonohydrat eller klormetanmolekyler för att förklara de svaga, bred absorption sett mellan 179 och 189 nm regioner. Resultaten visade inte signifikanta variationer i bandstyrkan över observationer eller platser på Rhea.

Ursprunget till klorföreningar på Rhea

Teamet undersökte sedan möjliga källor och sänkor för varje molekylär art, att förstå de kemiska föreningar som är ansvariga för de svaga absorptionsspektra från området av intresse. De antog förekomsten av en källa för koltetraklorid (CCl ₄ ) på Rhea, följt av ett nytt lager vattenis som levereras ovanpå det från Saturnus E-ring. UV-reflektansspektroskopitekniken var bara känslig för de övre få mikrometrarna, vilket gör det möjligt för forskarna att upptäcka ett lager av klormetanföreningar under vattenisavlagringarna. Dock, det var fortfarande svårt att förklara förekomsten av klorföreningar via kemiska vägar på Rhea eftersom deras ursprung krävde närvaron av ett inre havslager eller exogen leverans av mikrometeoroider eller asteroider som innehåller klor. Till exempel, om föreningarna fanns djupt i det inre av Rhea, de kunde sänka fryspunkten för vattenis för att öka sannolikheten för ett vattenhaltigt lager. Forskare hade tidigare upptäckt klorbaserade salter som natriumklorid på plymer av Enceladus som bevis för ett inre hav. Dock, det var osannolikt för klorföreningar att migrera till ytan av Rhea genom sprickor i isskalet på grund av det jämförelsevis större djupet av dess vätskeskikt. Den återstående möjliga källan till klor var via exogen leverans av kondritiska asteroider genom historien. Det kondenserade kloret kan sedan ha omfördelats till andra delar av satelliten genom sputtering inducerad av laddade partiklar från Saturnus magnetosfär, för att förklara den breda spridningen av provtagna klorföreningar.

Förstå produktionen av hydrazinmonohydrat på Rhea

I jämförelse med klormetan, produktionen av hydrazinmonohydrat var lättare att förklara på grund av kemiska reaktioner som involverade vattenis och ammoniak eller leverans från Titans kväverika atmosfär. Elowitz et al. övervägde möjligheten av kontaminering av UVIS-data med ett hydrazindrivmedel från rymdfarkosten Cassini, även om det var högst osannolikt eftersom hydrazinpropellerna inte användes under isiga satellitförbiflygningar. Teamet bekräftade den specifika signaturen för en 184-nm-funktion på Rheas yta med hjälp av UV-spektrometerobservationer som gjorts av rymdfarkosten Cassini. Utöver det, bestrålningen av ammoniak av laddade partiklar från Saturnus magnetosfär inducerade dissociationen av ammoniakmolekyler för att bilda diazen och hydrazin. Källan till ammoniak på Rhea kan vara ursprunglig, införlivas i dess inre under bildning och bringas till ytan inom en period av endogen aktivitet, som tydligt i Cassini ISS-bilder, även om ammoniak var osannolikt att överleva på obestämd tid på ytan. Teamet föreslår ytterligare analys för att förstå potentialen för satellit-till-satellit-överföring av material över Titans atmosfär för att förklara närvaron av hydrazinmonohydrat på Rhea.

På det här sättet, Mark Elowitz och kollegor detaljerade den första geokemiska undersökningen av Saturnus måne Rheas isiga yta i den bortre ultravioletta regionen. Resultaten indikerade den möjliga närvaron av klormetanföreningar under ett lager av vattenis, eller närvaron av ett hydrazinmonohydratkomplex. De antog att hydrazin var den dominerande kandidaten för de observerade UV-spektrala egenskaperna vid 184 nm, jämfört med klormetanföreningar. Teamet krediterade närvaron av ammoniak i det isiga övre lagret på Rhea för att vara källan till hydrazinmonohydrat. Forskarna avser också att undersöka möjligheten av hydrazinsyntes i atmosfären av Saturnus största måne Titan och dess överföring från satellit till satellit för att nå Rhea över geologiska tidsperioder.

© 2021 Science X Network