科學家在冥王星和土星的衛星泰坦上發現神秘分子：“我們不能說它是什麼”
土星的煙霧衛星泰坦和矮行星冥王星相距數十億英里，形成於截然不同的環境，從表面上看，它們幾乎沒有共同點。
鈦 這是一個地質活躍的世界，覆蓋著比地球更稠密的大氣層，它的地形由液態甲烷海洋和從天空落下的有機顆粒建造的巨大沙丘組成。相比之下，冥王星是一個寒冷的前哨基地， 氣氛差 盤旋在冰冷的表面上。
然而，觀察 詹姆斯韋伯太空望遠鏡 科學家表示，JWST 發現這兩個不同的世界在其表面具有相同的、無法解釋的紅外線特徵，這表明儘管存在巨大差異，這表明這兩個世界可能正在發生類似的化學反應。
詳細介紹在一個 新研究這個特徵在土衛六和冥王星上出現的紅外線波長完全相同，顯示它在兩個星球上吸收的光是相同的。此訊號表明存在科學家尚未鑑定的未知化合物或相關化合物家族。
領導這一發現的巴黎天文台行星科學家布魯諾·貝扎德 (Bruno Bézard) 告訴 Space.com：“這非常神秘。” “我們無法判斷它是什麼。”
跟隨訊號
貝札德在分析 2022 年 11 月對泰坦的觀測時首次注意到了這一無法解釋的特徵，當時 JWST 收集了流過星雲的非常特定、狹窄波長帶的紅外光，使科學家能夠直接透過原本黑暗的大氣層進行觀察。
為了理解這種光，研究人員依靠 光譜學一種透過化合物吸收特定波長的光來識別化合物的技術。由於每個分子都會留下望遠鏡可以檢測到的獨特光譜指紋，因此天文學家可以定期識別太陽系內外的物質，從簡單的水冰到複雜的分子。
但研究指出，新發現的特徵既不符合迄今為止編目的任何標準庫光譜，也不是硬體的情況。兩種不同的 JWST 儀器——近紅外光譜儀 (NIRSpec) 和中紅外線儀器 (MIRI) 檢測到了相同的吸收特徵——排除了儀器物體的可能性。
在未能找到與最簡單、最常見的行星冰的編目光譜指紋相匹配的結果後，貝札德想知道另一個具有類似大氣化學成分的世界是否可能提供線索。他求助於巴黎天文台的同事伊曼紐爾·勒魯什（Emmanuel Lellouch），後者領導了一項研究。 詹韋斯特計劃 2023 年 5 月觀測到冥王星。
「我問他，『你在冥王星上也有這個波長的簽名嗎？』」貝札德在接受 Space.com 採訪時回憶道。 “所以我們看了看，發現它就在那裡。”
基本事實
貝札德說，沒有證據顯示這種神秘分子是生物特徵。相反，它很可能反映了在土衛六的無氧環境中已經存在了超過 40 億年的生命起源化學。
一個令人信服的可能性是，它屬於一種被稱為丙二烯的碳氫化合物家族，研究指出，丙二烯本質上是唯一已知的有機化合物，在與神秘訊號相同的 5 微米紅外線範圍內表現出強吸收帶。
但貝札德說，等位基因家族包含許多複雜的變異，尚不存在完整的光譜。或者，該特徵可能屬於一種已知分子，其光譜指紋已經發生變化，可能是因為它與尚未完全編目的其他行星冰混合。
「我們只有其中最簡單的光譜，」貝札德說。 “但在這個家族中，你可能會發現一種或幾種化合物同時存在，並產生如此吸引人的特徵。”
無論這種化合物最終被證明是什麼，他和他的團隊相信它是透過光化學反應在大氣中形成的，然後最終「降雪」到地表。
儘管存在巨大差異，但土衛六和冥王星都擁有以氮氣和甲烷為主的大氣層。科學家從太空船觀測和實驗室模擬得知，在行星的高層大氣中，太陽的紫外線會分解這些分子，導致一系列高反應性化學碎片。然後這些碎片重新組合成複雜的有機化合物，其中一些凝結並 雪落下 在下面的表面，JWST 發現了它們。
幾種不同的證據支持這種從大氣到地表的管道。首先，研究小組分析了訊號在泰坦圓盤中的表現。研究指出，當 JWST 從其圓形表面的中心向其外邊緣或邊緣掃描泰坦時，神秘訊號逐漸減弱。
「如果它來自地表，這就是你所期望的，」貝札德說。
由於球體的三維觀察幾何形狀，來自平坦表面的訊號將在中心顯得更強，並在靠近邊緣處減弱，穿過大氣的視角變得更長、更暗。貝札德說，這種特定的變暗特徵與團隊測試的大氣一氧化碳沒有區別，一氧化碳從中心到邊緣基本上保持不變，這有助於團隊得出結論，這種神秘分子可能存在於地球上。
冥王星提供了獨立的證據來支持這個表面理論。貝札德說，它的近真空大氣層在物理上太稀薄，無法產生觀測到的深度的吸收特徵，這使得矮行星的固體表面成為深層特徵的唯一可靠來源。
為了進一步檢驗他們的大氣起源假說，研究團隊研究了 JWST 對木星衛星的觀測 木衛三。由於木衛三缺乏氮甲烷大氣層，它無法使用與泰坦和冥王星相同的光化學引擎。果然，研究人員並沒有發現這種神秘特徵的痕跡，進一步支持了這種化合物與天空中的氮和甲烷化學物質有著獨特聯繫的理論。
泰坦表面地圖
未來幾個月可能會更加清晰。目前研究人員正在分析 最新的 JWST 觀測結果 提供泰坦旋轉時更完整的視圖。貝札德說，這些數據將使研究小組能夠繪製月球表面神秘的紅外線特徵圖，並確定它是否與特定的地質特徵有關，例如泰坦巨大的富含有機物的沙丘地帶，這些沙丘地帶不斷被大氣中產生的複雜顆粒的緩慢降雨所補充。
進一步的數據可能要等待美國太空總署的蜻蜓任務，這是一輛汽車大小的旋翼飛機，預計將 2028 年推出 並於 2030 年代中期抵達泰坦。
儘管蜻蜓號沒有紅外線光譜儀來複製 JWST 的光測量，但其機載質譜儀將使其能夠「品嚐」太空船飛過的各個地質有趣區域的有機分子。貝札德說，透過找出泰坦表面實際存在哪些化合物，該任務可以為科學家提供一份候選名單，以便在地球上的實驗室中複製，看看它們是否與神秘分子的特徵相符。
「當你發現一些以前從未見過的東西時，總是令人興奮的，」貝扎德說。 “這確實是我們工作中最美麗的部分。”
的 新研究 被《天文學與天體物理學》雜誌接受發表。
