Космический телескоп им. Джеймса Уэбба обнаружил загадочную химическую сигнатуру на двух совершенно разных телах Солнечной системы – Плутоне и крупнейшем спутнике Сатурна Титане. Исследователи пока не могут определить, какому веществу принадлежит этот спектральный след, несмотря на сравнение с существующими базами данных. Работа была принята к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics.
Неизвестная особенность проявилась в инфракрасном диапазоне на одной и той же длине волны независимо в наблюдениях обоих объектов. Особенно примечательно, что Плутон и Титан сильно отличаются друг от друга, причём на первом сигнатура выражена значительно сильнее. Учёные предполагают, что, несмотря на расхождения обоих миров, на них могут происходить схожие химические процессы.
Впервые след был обнаружен при анализе данных наблюдений Титана “Уэббом” за ноябрь 2022 года. Команда исключает ошибку телескопа, поскольку сигнатура была зафиксирована двумя разными приборами – NIRSpec и MIRI для работы в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах соответственно. Не найдя совпадений с каталогами спектральных соединений, астрономы обратились к коллегам, которые работали с наблюдениями “Уэбба” за Плутоном в мае 2023-го – в их данных обнаружилась точно такая же особенность.
Пока исследователи не могут сказать, указывает ли найденная сигнатура на неизвестную ранее молекулу или же речь идёт об уже существующем веществе, свойства которого в подобных условиях никогда не изучались. Кроме того, нет доказательств, что эта находка связана с биологическими процессами. Авторы работы предполагают, что она может отражать пребиотические химические процессы, протекающие в бескислородной среде Титана уже более 4 миллиардов лет.
Одним из возможных кандидатов являются аллены – семейство углеводородов, которое проявляется в том же диапазоне, что и полученный сигнал. Однако проблема заключается в том, что среди алленов существует множество вариантов, чьи полные спектры пока неизвестны. Другая гипотеза предполагает, что сигнатура может принадлежать известной молекуле, спектр которой изменился из-за взаимодействия с другими веществами, чьи свойства также ещё недостаточно изучены.
Анализ распределения сигнала показал, что его источник, вероятно, формируется в богатой азотом и метаном атмосфере Титана, а затем вещество оседает на поверхность. Исследователи изучили поведение сигнатуры по всему диску спутника: в центре она была наиболее сильной, а к внешнему краю, где луч света проходит через больший слой атмосферы, ослабевала. Для сравнения, такое поведение не наблюдалось у угарного газа в атмосфере Титана – его интенсивность оставалась практически неизменной. Для дополнительной проверки астрономы изучили наблюдения «Уэбба» за Ганимедом – спутником Юпитера. Поскольку у него отсутствует подобная атмосфера, ожидать появления аналогичной сигнатуры не приходилось. Как и предполагалось, на Ганимеде её следов обнаружено не было.
Ещё одним подтверждением этой гипотезы стал Плутон. Его крайне разреженная атмосфера слишком тонка, чтобы создавать столь сильную спектральную сигнатуру, поэтому её источником, вероятнее всего, является поверхность карликовой планеты.
Теперь учёные анализируют новые данные о Титане, которые позволят изучить изменение сигнала в ходе вращения спутника и построить карту его распределения по поверхности. Кроме того, в будущем к Титану будет отправлена миссия NASA Dragonfly. Хотя аппарат не будет оснащён инфракрасным спектрометром, его бортовой масс-спектрометр сможет анализировать органические молекулы на поверхности и поможет сузить круг возможных объяснений загадочной сигнатуры.