Несколько десятков лет назад, когда космический аппарат «Вояджер-1» пролетал мимо Титана, крупнейшего спутника Сатурна, он зафиксировал в его стратосфере необычное облако. Оно состояло из соединения углерода и азота, известного как ацетилендинитрил – C4N2. Именно этот компонент придает атмосфере Титана ее грязно-оранжевый цвет. И это открытие вызвало у ученых недоумение.

Стандартный процесс формирования облаков включает этап конденсации. На Земле происходит испарение и конденсация в атмосфере воды. Аналогичный цикл, в котором роль воды выполняет метан, существует и в тропосфере Титана. Образование облаков в стратосфере идет немного иначе. Конденсация происходит, когда в результате глобальных процессов циркуляции в атмосфере нагретый экваториальный воздух движется к полюсам спутника и постепенно остывает. Газ конденсируется при движении сквозь все более и более холодные слои приполярной атмосферы.

И в тропосфере, и в стратосфере облака формируются, когда температура воздуха и давление находятся в точке равновесия, благоприятной для конденсации частиц льда. Зная точку равновесия, ученые могут, например, подсчитать количество паров по количеству частиц льда. Однако данные о стратосфере Титана свидетельствуют о том, что точка равновесия для ацетилендинитрила там не достигается. Для образования облаков концентрация паров этого вещества в атмосфере должна быть по крайней мере в сто раз выше.

В связи с этим многие годы планетологи придерживались мнения, что инструментам «Вояджера» не хватило чувствительности, чтобы правильно определить концентрацию ацетилендинитрила. Однако недавно автоматическая исследовательская станция «Кассини» (Cassini) подтвердила точность наблюдений, проведенных «Вояджером», и вновь сфотографировала в высоких широтах Титана облако, состоящее из ацетилендинитрила.

Теперь ученые из Космического центра им. Годдарда и Калифорнийского технологического института считают, что частицы льда C4N2 могут появляться в стратосфере Титана не в результате конденсации, а при химическом взаимодействии молекул другого льда. Ученые назвали этот процесс «химией твердых состояний».

Этот процесс может начинаться с молекул цианоацетилета. По мере погружения вниз в стратосфере они обволакиваются молекулами цианида водорода HCN. На этом этапе образуются сложные ледяные частицы, имеющие ядро и внешнюю оболочку, состоящие из разных элементов. Затем фотоны света должны активировать в этих частицах химическую реакцию, которая может начинаться как в ядре, так и в оболочке. В обоих случаях в результате реакции образуется C4N2.

Ученые предполагают, что на Титане реакция происходит внутри частиц льда. Из-за этого ацетилендинитрил не имеет прямого контакта с атмосферой, что позволяет объяснить низкую концентрацию паров этого вещества.

• < Назад
• Вперёд >