Planetenforscher haben mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ein Geheimnis der Atmosphäre von Titan entschlüsselt, dem größten Saturnmond. Das Team fand in Titans Atmosphäre einen chemischen Fingerabdruck, der dafür spricht, dass kosmische Strahlen von jenseits des Sonnensystems die chemischen Reaktionen beeinflussen, die an der Entstehung von stickstoffhaltigen organischen Molekülen beteiligt sind. Dies ist die erste visuelle Bestätigung solcher Prozesse und wirkt sich darauf aus, die verblüffende Umgebung auf Titan zu verstehen.
Titan zieht aufgrund seiner einzigartigen Atmosphäre mit einer Reihe organischer Moleküle in einer präbiotischen Umgebung viel Interesse auf sich.
Takahiro Iino, ein Wissenschaftler an der University of Tokyo, und sein Team nutzten ALMA, um die chemischen Prozesse in der Atmosphäre Titans zu untersuchen. Sie fanden schwache, aber eindeutige Signale von Acetonitril (CH3CN) und dessen seltenen Isotopomer CH3C15N in den ALMA-Daten.
“Wir stellten fest, dass die Häufigkeit von 14N in Acetonitril höher ist als in anderen stickstoffhaltigen Verbindungen wie beispielsweise HCN und HC3N”, sagte Iino. Es stimmt gut mit den kürzlichen Computersimulationen zu chemischen Prozessen mit hochenergetischen kosmischen Strahlen überein.
Es gibt zwei wichtige Faktoren bei den chemischen Prozessen in der Atmosphäre: Ultraviolettes Licht von der Sonne und kosmische Strahlen von außerhalb des Sonnensystems. In der oberen Atmosphäre zerstört ultraviolettes Licht Stickstoffmoleküle, die 15N enthalten. Eine bestimmte Wellenlänge des ultravioletten Lichts interagiert in großen Höhen leicht mit 14N und wird absorbiert. Daher neigen stickstoffhaltige Verbindungen, die in dieser Höhe produziert werden, zu einer starken 15N-Häufigkeit.
Kosmische Strahlen dringen dagegen tiefer in die Atmosphäre ein und interagieren mit Stickstoffmolekülen, die 14N enthalten. Infolge dessen gibt es einen Unterschied bei der Häufigkeit an Molekülen mit 14N gegenüber 15N. Das Team zeigte, dass Acetonitril in der Stratosphäre reichhaltiger an 14N ist als bei anderen zuvor gemessenen stickstoffhaltigen Molekülen.
“Wir vermuten, dass galaktische kosmische Strahlen eine wichtige Rolle für die Atmosphären anderer Himmelskörper im Sonnensystem spielen”, sagte Hideo Sagawa, ein außerordentlicher Professor an der Kyoto Sangyo University und Mitglied des Forschungsteams. “Der Prozess könnte universal sein, daher ist es für die Planetenforschung entscheidend, die Rolle der kosmischen Strahlen auf Titan zu verstehen.”
Titan ist eines der populärsten Objekte für ALMA-Beobachtungen. Die mit ALMA gewonnenen Daten müssen kalibriert werden, um Fluktuationen aufgrund von Veränderungen des Wetters vor Ort und mechanischer Fehler zu entfernen. Für die Kalibrierung richtet das Team das Teleskop während wissenschaftlicher Beobachtungen oft auf helle Quellen wie Titan. Deshalb ist am ALMA Science Archive eine große Mengen Daten über Titan gespeichert. Iino und sein Team haben die Archivdaten gesichtet und die Titan-Daten erneut analysiert, wobei sie schwache Fingerabdrücke von sehr geringen Mengen CH3C15N fanden.
Abhandlung: Die Ergebnisse wurden im Februar 2019 von Iino et al. unter dem Titel “14N/15N isotopic ratio in CH3CN of Titan’s atmosphere measured with ALMA” im Astrophysical Journal veröffentlicht.
(THK)
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