비록 카시니 궤도는 2017 년 9 월 15 일에 토성 및 가장 큰 달인 타이탄에서 수집 한 데이터가 계속 놀라 울 정도로 놀라 울 정도로 미션을 종료했습니다. 13 년 동안 토성의 궤도를 돌고 달의 비행을 수행하는 데 13 년 동안 탐사선은 타이탄의 대기, 표면, 메탄 호수 및 풍부한 유기 환경에 대한 풍부한 데이터를 수집하여 과학자들이 계속 모여 들었습니다.
예를 들어, 타이탄에는 신비한“모래 언덕”에 관한 문제가 있습니다.이 모래 언덕은 본질적으로 유기적 인 것으로 보이며 구조와 기원이 여전히 미스터리로 남아 있습니다. 이러한 수수께끼를 해결하기 위해 John Hopkins University (JHU)의 과학자 팀과 Nanomechanics 연구팀은 최근 Titan의 모래 언덕에 대한 연구를 수행하여 Titan의 적도 지역에서 형성 될 것이라고 결론지었습니다.
그들의 연구, "Titan Sand는 어디에서 오는가 : Titan Sand 후보자의 기계적 성질로부터의 통찰"은 최근에 온라인으로 나타 났으며 지구 물리학 저널 : 행성. 이번 연구는 JHU의 지구 행성 과학과 (EPS) 대학원생 Xinting Yu가 이끌 었으며 EPS 보조 교수 Sarah Horst (Yu의 고문) Chao He와 Patricia McGuiggan (브라이언 크로포드 (Bryan Crawford)의 지원을 받음) 나노 메카닉 스
그것을 파괴하기 위해 Titan의 모래 언덕은 원래 카시니 적도 근처의 샹그릴라 지역에있는 레이더 장비. 프로브가 얻은 이미지는 지구에서 발견되는 것과 비슷한 바람에 휩싸인 모래 언덕처럼 보이는 길고 선형의 어두운 줄무늬를 보여줍니다. 과학자들은 그들의 발견 이후, 타이탄의 대기에서 표면에 침전 된 탄화수소 입자들로 구성되어 있다고 이론화했다.
과거에 과학자들은 타이탄의 메탄 호수 주변의 북부 지역에서 형성되어 달의 바람에 의해 적도 지역으로 분포되어 있다고 추측했습니다. 그러나이 곡물들이 실제로 어디에서 왔는지, 어떻게 모래 언덕 같은 형태로 분포되는지는 여전히 미스터리로 남아 있습니다. 그러나 Yu가 전자 우편을 통해 Space Magazine에 설명했듯이, 그것은이 모래 언덕을 신비하게 만드는 것의 일부일뿐입니다.
“첫째, Cassini-Huygens 임무 이전에 Titan에서 모래 언덕을 볼 사람은 아무도 없었습니다. 전 세계 순환 모델은 Titan의 풍속이 재료를 날려서 모래 언덕을 형성하기에는 너무 약하기 때문입니다. 그러나 Cassini를 통해 우리는 Titan의 적도 지역의 거의 30 %를 차지하는 광대 한 선형 사 구장을 보았습니다!
둘째, 타이탄 모래가 어떻게 형성되는지 잘 모릅니다. 타이탄의 모래 재료는 지구의 재료와 완전히 다릅니다. 지구상에서 모래 언덕 재료는 주로 규산염 암석에서 풍화 된 규산염 모래 조각입니다. Titan에서 모래 물질은 대기에서 광화학에 의해 형성된 복잡한 유기물로 땅에 떨어집니다. 연구에 따르면 모래 언덕 입자는 꽤 크지 만 (100 마이크론 이상), 광 화학적으로 형성된 유기 입자는 여전히 표면 근처 (약 1 마이크론)에 아주 작습니다. 따라서 우리는 작은 유기 입자가 어떻게 큰 모래 사구 입자로 변형되는지 확실하지 않습니다 (하나의 모래 입자를 형성하려면 백만 개의 작은 유기 입자가 필요합니다!)
셋째, 우리는 대기 중 유기 입자가 모래 언덕 입자를 형성하기 위해 더 크게 처리되는 곳을 모릅니다. 일부 과학자들은이 입자들이 사구 입자를 형성하기 위해 어느 곳에서나 가공 될 수 있다고 생각하는 반면, 다른 연구자들은 그들의 형성이 현재 극지방에만 위치한 타이탄의 액체 (메탄과 에탄)와 관련 될 필요가 있다고 생각한다”고 말했다.
이 사실을 밝히기 위해 Yu와 그녀의 동료들은 지상과 얼음으로 운반되는 재료를 시뮬레이션하기 위해 일련의 실험을 수행했습니다. 이것은 규산염 해변 모래, 탄산염 모래 및 백운석 모래와 같은 여러 자연 지구 모래를 사용하여 구성되었습니다. 그들은 타이탄에서 발견되는 종류의 재료를 시뮬레이션하기 위해 UV 방사선에 노출 된 메탄 분자 인 실험실에서 생산 된 톨린을 사용했습니다.
tholins의 생산은 Titan에서 흔한 유기 에어로졸과 광화학 조건의 종류를 재현하기 위해 특별히 수행되었습니다. 이것은 Johns Hopkins University의 Planetary HAZE Research (PHAZER) 실험 시스템을 사용하여 수행되었습니다. 마지막 단계는 시뮬레이션 된 모래와 툴린의 기계적 특성을 연구하기 위해 나노 식별 기술 (Nanometrics Inc.의 Bryan Crawford가 감독)을 사용하는 것으로 구성되었습니다.
이것은 모래 모사 제와 톨린을 바람 터널에 배치하여 이동성을 결정하고 이들이 동일한 패턴으로 분포 될 수 있는지 확인했습니다. Yu가 설명했듯이 :
“연구의 동기는 세 번째 미스터리에 답하려고 노력하는 것입니다. 모래 언덕 물질이 타이탄의 극지방에 위치한 액체를 통해 가공되는 경우, 극에서 대부분의 모래 언덕이 위치한 적도 지역으로 운반 될 수있을 정도로 강해야합니다. 그러나 우리가 실험실에서 생산 한 톨린의 양은 매우 적습니다. 우리가 생산 한 톨린 필름의 두께는 약 1 미크론, 머리카락의 두께의 약 1 / 10-1 / 100입니다. 이를 처리하기 위해 나노 인 덴 테이션 (nanoindentation)이라는 매우 흥미롭고 정확한 나노 스케일 기술을 사용하여 측정을 수행했습니다. 생산 된 요철과 균열은 모두 나노 미터 규모이지만, 박막의 영률 (강성 표시), 나노 압입 경도 (경도) 및 파괴 인성 (취성 표시)과 같은 기계적 특성을 여전히 정확하게 결정할 수 있습니다.”
결국, 팀은 Titan에서 발견 된 유기 분자가 지구에서 가장 부드러운 모래와 비교할 때 훨씬 더 부드럽고 부서지기 쉽다고 결정했습니다. 간단히 말해서, 그들이 만든 톨린은 타이탄의 북부 메탄 호수와 적도 지역 사이에 위치한 거대한 거리를 여행 할 힘이없는 것으로 보입니다. 이것으로부터 타이탄의 유기 모래가있는 곳 근처에 유기 모래가 형성 될 가능성이 있다고 결론을 내 렸습니다.
Yu는 덧붙여 타이탄의 극점에서 적도까지 2000 킬로미터가 넘는 거대한 운송 거리를 필요로하기 때문에 그들의 형성에는 타이탄의 액체가 포함되지 않을 수있다. “부드럽고 부서지기 쉬운 유기 입자는 적도에 도달하기 전에 먼지로 분쇄됩니다. 우리의 연구는 완전히 다른 방법을 사용했으며 Cassini 관측에서 추론 된 일부 결과를 강화했습니다.”
결국,이 연구는 태양계의 타이탄과 다른 물체에 관한 연구에있어 새로운 방향을 제시합니다. Yu가 설명했듯이 과거에는 연구원들이 대부분 카시니 타이탄의 모래 언덕에 관한 질문에 답변하기위한 데이터 및 모델링. 그러나 Yu와 그녀의 동료들은 실험실에서 제작 한 아날로그를 사용하여 이러한 질문에 답할 수있었습니다. 카시니 임무는 이제 끝났습니다.
더욱이,이 가장 최근의 연구는 과학자들이 계속 모여 들면서 엄청난 가치를 지니고 있습니다 카시니 타이탄에 대한 미래의 임무를 예상하는 데이터. 이 미션은 타이탄의 사구, 메탄 호수 및 풍부한 유기 화학을보다 자세히 연구하는 것을 목표로합니다. Yu가 설명했듯이 :
“[O] 우리의 결과는 타이탄의 모래 언덕과 모래의 기원을 이해하는 데 도움이 될뿐만 아니라, 잠자리 (12 개의 제안 중 12 개의 제안 중 하나)와 같이 타이탄에 대한 잠재적 미래 상륙 임무에 대한 중요한 정보를 제공 할 것입니다. NASA의 New Frontiers 프로그램에 의한 추가 개념 개발). Titan의 유기물의 물질 특성은 실제로 Titan의 일부 미스터리를 해결하기위한 놀라운 단서를 제공 할 수 있습니다.
작년에 JGR- 행성 (2017, 122, 2610–2622)에 발표 된 연구에서 우리는 톨린 입자 사이의 입자 간 힘이 지구의 일반적인 모래보다 훨씬 크다는 것을 발견했습니다. 이는 타이탄의 유기물이 훨씬 더 많은 것을 의미합니다 지구상의 규산염 모래보다 응집력이 강합니다. 이것은 타이탄에서 모래 입자를 날려 버릴 때 더 큰 풍속이 필요하다는 것을 의미하며, 이는 모델링 연구원이 첫 번째 미스터리에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 Titan 모래는 서로 붙어 있기가 훨씬 쉽기 때문에 대기 중 유기 입자의 간단한 응고에 의해 형성 될 수 있다고 제안합니다. 이것은 타이탄의 사구의 두 번째 신비를 이해하는 데 도움이 될 것입니다.”
또한이 연구는 타이탄 이외의 신체 연구에도 영향을 미칩니다. Yu는“우리는 다른 많은 태양계 몸체, 특히 해왕성의 달 Triton 인 Pluto, 혜성 67P와 같은 외부 태양계의 얼음 덩어리에서 유기물을 발견했습니다. 그리고 일부 유기물은 Titan과 유사하게 광 화학적으로 생산됩니다. 그리고 우리는 그 몸체에서도 바람이 불어 진 지형지 물 (풍부한 지형지 물)을 발견 했으므로 우리의 결과가이 행성계에도 적용될 수 있습니다.”
앞으로 10 년 동안, 여러 임무가 외부 태양계의 달을 탐험하고 지구의 생명 기원에 빛을 비출 수있는 풍부한 환경에 대한 것들을 밝힐 것으로 예상됩니다. 또한 제임스 웹 우주 망원경 (현재 2021 년에 배치 될 예정 임) 또한 이러한 불타는 문제를 해결하기 위해 태양계 행성을 연구하기 위해 첨단 장비를 사용할 것입니다.
