Mrak se nachází ve stratosféře Titanu a je tvořen sloučeninou uhlíku a dusíku známou jako dikyanoacetylen (C4N2), jež je právě tou ingrediencí v chemickém koktejlu, která barví atmosféru největšího Saturnova měsíce do hnědooranžové mlhy.Před desítkami let spatřil poprvé ledový mrak na Titanu infračervený přístroj kosmické sondy Voyager 1. Co je od té doby pro vědce záhadou: objevili méně než 1 procento dikyanoacetylenu potřebného pro kondenzaci mraku.

Nedávná pozorování sondy Cassini přinesla podobný výsledek. Pomocí kompozitního infračerveného spektrometru (Cassini’s composite infrared spectrometer – CIRS) je možné určit spektrální otisky jednotlivých chemických látek v atmosférické směsi – vědci, tak objevili rozlehlé výškové mraky, složené ze stejné zmražené chemikálie. Přesto, stejně jako kdysi přístroj na Voyageru, i CIRS hlásil, že pokud jde o nalezení výparů této chemikálie , stratosféra Titanu je suchá jako poušť.

Tento mrak ve stratosféře nad Titanovým severním pólem (vlevo) je podobný perleťovým oblakům na Zemi (vpravo). Mrak obsahuje metanový led. Sonda Cassini ho vyfotografovala v roce 2006. Zdroj: nasa.gov

„Vzhled tohoto ledového oblaku nám nekoresponduje s ničím, co doposud víme o tom, jak se tvoří mraky na Titanu, „říká Carrie Andersonová z týmu CIRS Goddardova střediska NASA (Goddard Space Flight Center) v Greenbeltu (stát Maryland), a zároveň hlavní autorka studie.Typický proces formování mraků zahrnuje kondenzaci. Na Zemi, jsme dobře obeznámeni s koloběhem vypařování a kondenzace vody. Stejný druh koloběhu probíhá v Titanově troposféře – vrstvě atmosféry tvořící počasí. Namísto vody ale koluje methan.

Rozdílný kondenzační proces se děje ve stratosféře, což je vrstva nad troposférou, nacházející se na Titanu v chladných oblastech severního a jižního pólu. V tomto případě však vrstvy mraků kondenzují jako globální cirkulační systém, který tlačí teplé plyny směrem dolů k pólu. Plyny pak kondenzují a klesají přes stále chladnější a chladnější vrstvy polární stratosféry.Podobným způsobem se mraky tvoří, když jsou teplota a tlak vzduchu příznivé pro kondenzaci páry v led. Pára a led dosáhnou rovnovážný bod, který je dán teplotou a tlakem vzduchu. Díky této rovnováze vědci mohou vypočítat, kolik páry a ledu je přítomno.„Pro mraky, které kondenzují, je tato rovnováha povinná, stejně jako gravitační zákon,“ říká Robert Samuelson, emeritní vědec Goddard Space Flight Center a spoluautor studie.Ale tyto hodnoty nemají spočítány pro mraky vyrobené z dikyanoacetylenu. Vědci určili, že budou potřebovat nejméně 100 krát více páry ke zformování ledového mraku, jehož vrcholek shora pozoroval přístroj CIRS sondy Cassini.

Vědci z mise Cassini se domnívají, že vznik oblaku dikyanoacetylenového ledu (C4N2) v Titanově stratosféře je vysvětlen chemií pevných látek, jež se odehrává uvnitř ledových částic. Částice mají vnitřní vrstvu kyanoacetylenového ledu (HC3N) potaženou vnější vrstvou kyanovodíkového ledu (HCN). (vlevo) Když foton světla pronikne skrz vnější plášť, může interagovat s HC3N za produkce C3N a H. (uprostřed) Tento C3N pak reaguje s HCN, čímž se získá C4N2 a H.(vpravo) Další reakce, které mohou případně vytvořit led z C4N2 a vodík (H), vědci nevylučují, ale jsou méně pravděpodobné. Zdroj: nasa.gov

Jedno z vysvětlení, navrhované dříve, bylo, že pára může být přítomna, ale přístroj Voyageru nebyl dostatečně citlivý v oblasti kritického rozsahu vlnových délek, potřebného k její detekci. Ale když CIRS páru také nenašel, Andersonová a její kolegové z Goddardu a Caltechu navrhli zcela odlišné vysvětlení. Místo toho, aby se oblak tvořil kondenzací, domnívají se, že ledový C4N2 se formuje díky reakcím probíhajícím na jiných druzích ledových částic. Výzkumníci to nazývají „chemií pevných látek,“ protože reakce zahrnují led nebo pevnou formu chemikálie.

Prvním krokem v navrhovaném procesu je tvorba ledových částic, vyrobených z vázaného chemického kyanoacetylenu (HC3N). Jelikož se tyto malé kousky ledu pohybují směrem dolů skrz Titanovu stratosféru, pokrývají se kyanovodíkem (HCN). V této fázi má ledová částice jádro a plášť složený ze dvou různých chemických látek. Tu a tam foton ultrafialového světla pronikne do zmrzlého pláště a spustí celou řadu chemických reakcí v ledu. Tyto reakce mohou začít buď v jádře nebo v pouzdře. Výsledkem obou cest může být vznik dikyanoacetylenového ledu a vodíku.

Výzkumníci dostali nápad zapojit formování mraků pomocí chemie pevných látek do problematiky poškozování ozonové vrstvy vysoko nad póly Země. Ačkoli zemská stratosféra má mizivou vlhkost, jemná perleťová oblaka (známá také jako polární stratosférická oblaka) se mohou tvořit za správných podmínek. V těchto mracích pak chemické látky obsahující chlór, které se dostávají do atmosféry, znečišťují krystaly vodního ledu, což vede k chemickým reakcím, které spouštějí ničení ozónu molekulami chlóru.

„Je velmi vzrušující si myslet, že můžeme nalézt příklady podobných chemických procesů pevných látek na Titanu i na Zemi„ , řekla Carrie Andersonová.Vědci naznačují, že na Titanu dochází k reakcím uvnitř ledových částic, když jsou izolovány od atmosféry. V tomto případě by dikyanoacetylenový led neměl přicházet do přímého kontaktu s atmosférou, což by vysvětlovalo, proč led a výpary nejsou v očekávané rovnováze.„Složení polárních stratosfér Titanu a Země se nemůže lišit více,“ řekl Michael Flasar, šéf týmu CIRS v Goddardově středisku. „Je úžasné vidět, jak skvěle základní fyzika obou atmosfér vedla k analogické chemii mraků.“

Autorka originálního článku: Elizabeth Zubritsky
Zdroje informací:

https://www.nasa.gov/https://en.wikipedia.org/

Zdroje obrázků:

https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/solid-state_chemistry_graphic3.png

https://cdn.sci-news.com/images/enlarge/image_2408_7e-Titan.jpg

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/85/Cassini_Transparent.png

https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/titan-earth-polar-clouds-lg.jpg

Psáno pro Kosmonautix a osel.cz