行星科学家使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)揭示了土星最大卫星土卫六(泰坦)的大气秘密。研究小组在土卫六的大气中发现了一个化学足迹,表明来自太阳系以外的宇宙射线,影响了与含氮有机分子形成有关的化学反应。这是第一次对这种过程的观测证实,并影响了对土卫六有趣环境的理解。土卫六吸引了很多人的兴趣,因为它独特的大气层中有许多有机分子,形成了一个益生菌环境。

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东京大学的科学家饭野隆弘(Takahiro Iino)和团队利用ALMA揭示了土卫六大气中的化学过程,他们在ALMA数据中发现了微弱但稳定的乙腈(CH3CN)及其稀有同位素CH3C15N的信号。研究发现乙腈中14N的丰度高于其他含氮物质,如HCN和H3CN,这与用高能宇宙射线对化学过程进行的计算机模拟非常吻合。在大气的化学过程中有两个重要参与者:

来自太阳的紫外线(UV)和来自太阳系以外的宇宙射线。因为特定波长的紫外光与14N相互作用,在高层大气中,紫外光“选择性”地破坏含有15N的氮分子,14N在那个高度很容易被吸收。因此,在该海拔产生的含氮物质往往具有较高的15N丰度。另一方面,宇宙射线穿透更深,并与含有14N的氮分子相互作用。因此,14N和15N分子的丰度不同。

研究小组发现,与之前测量到的其他含氮分子相比,平流层中的乙腈在14N中含量更丰富。京都桑乔大学副教授、研究小组成员佐川秀夫(Hideo Sagawa)说:我们认为银河宇宙射线在其他太阳系天体大气中扮演着重要的角色,这个过程可能是普遍的,所以理解宇宙射线在土卫六中的作用在整个行星科学中至关重要,而且土卫六是ALMA观测中最受欢迎的天体之一。

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ALMA获得的数据需要进行校准,以消除由于现场天气变化和机械故障引起的波动。为了参考,在科学观测中,天文台工作人员经常将望远镜对准土卫六等明亮的光源。因此,大量的土卫六数据存储在ALMA科学档案馆。Iino和研究团队挖掘了档案,并重新分析了土卫六的数据,发现了非常微量的CH3C15N微妙指纹,其研究发现发表在《天体物理学》期刊上。

博科园|研究/来自:日本国立天文台

参考期刊《天体物理学》

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