Triton kretsar kring Neptunus, den åttonde planeten från solen, cirka 2,7 miljarder miles från jorden – vid den kalla ytterkanten av solsystemets stora planetzon. Yttemperaturerna svävar nära den absoluta nollpunkten, så låg att vanliga föreningar vi känner som gaser på jorden fryser till is. Tritons atmosfär, vilket är 70, 000 gånger mindre tät än jordens, består av kväve, metan och kolmonoxid.

Dessa extrema förhållanden har lett till en extraordinär upptäckt på Triton. Ett internationellt team av forskare använde det 8 meter långa Gemini South Telescope i Chile för att peka ut en mycket specifik typ av infraröd ljussignatur som produceras när kolmonoxid- och kvävemolekyler går samman och vibrerar unisont. Individuellt, kolmonoxid och kväveisar absorberar var och en sina egna distinkta våglängder av infrarött ljus, men tandemvibrationen hos en isblandning absorberar ytterligare, distinkt våglängd identifierad i denna studie.

Upptäckten, nyligen publicerad i Astronomisk tidskrift , ger insikter i hur denna flyktiga blandning kan transportera material över månens yta via gejsrar, utlösa säsongsbetonade atmosfäriska förändringar och ge ett sammanhang för förhållanden på andra avlägsna, isiga världar.

"Medan det isiga spektrala fingeravtrycket vi avslöjade var helt rimligt, speciellt som denna kombination av isar kan skapas i labbet, att peka ut denna specifika våglängd av infrarött ljus på en annan värld är aldrig tidigare skådat, " sa NAU-professor Stephen Tegler, som ledde studien, samarbetar med Will Grundy och Jennifer Hanley från Lowell Observatory. Andra medförfattare från NAU är Terry Stufflebeam, Shyanne Dustrud, Gerrick Lindberg, Anna Engle, Thomas Dillingham, Daniel Matthew och David Trilling.

I jordens atmosfär, kolmonoxid och kvävemolekyler finns som gaser, lägger märke till. Faktiskt, molekylärt kväve är den dominerande gasen i luften vi andas, och kolmonoxid är en sällsynt förorening som kan vara dödlig. På avlägsna Triton, dock, kolmonoxid och kväve fryser fast som is. De kan bilda sina egna oberoende isar eller kan kondensera ihop i den isiga blandningen som detekteras i Gemini-data. Denna isiga blandning kan vara involverad i Tritons ikoniska gejsrar som först sågs i Voyager 2-rymdfarkostbilder som mörka, vindblåsta ränder på ytan av det avlägsna, isig måne.

Blickar framåt, forskarna förväntar sig att dessa fynd kommer att belysa sammansättningen av isar på andra avlägsna världar bortom Neptunus. Astronomer har misstänkt att blandningen av kolmonoxid och kväve is inte bara finns på Triton, men också på Pluto, där rymdfarkosten New Horizons hittade de två isarna samexisterande. Detta Tvillingsfynd är det första direkta spektroskopiska beviset på att dessa isar blandas och absorberar denna typ av ljus på båda världarna.

Tegler studerar isar som är relevanta för ytorna på Kuiperbältsobjekt i Astrophysical Ice Laboratory med hjälp av transmission och Raman-spektroskopi. Laboratoriet är ett samarbete mellan Lowell Observatory och NAU:s institution för fysik och astronomi, som underlättar studier av kryogena material i yttre solsystem, såsom metan- och kväveisarna som dominerar Plutos ytor, Triton, Eris och Makemake, och etan-metan-kvävevätskorna som strömmar över Titans yta.

Laboratoriet består av två försöksstationer, en för ångavsättning av tunna isfilmer, och en för mer massiva prover av kryogena vätskor och isar upp till 2 cm tjocka. Instrument som används för att analysera kryogena material inkluderar Fourier-transform infraröd spektroskopi, masspektroskopi och röntgenfotoelektronspektroskopi.