Титан — вкритий густою помаранчевою імлою супутник Сатурна з морями рідкого метану та складною органічною хімією. Плутон — холодний карликовий світ на околицях Сонячної системи з тонкою атмосферою та поверхнею, вкритою льодом. На перший погляд ці два небесні тіла мають дуже мало спільного.
Однак нові спостереження космічного телескопа Джеймса Вебба показали дивовижний збіг: на поверхні Титана і Плутона виявлено однаковий невідомий інфрачервоний сигнал. Це може свідчити про існування схожої хімії у двох абсолютно різних середовищах.
Вчені поки не можуть визначити, яка саме речовина створює цей сигнал. Але відкриття може допомогти краще зрозуміти, як у холодних і віддалених куточках Сонячної системи утворюються складні органічні сполуки.
Хімічна загадка, яку побачив телескоп Вебба
Новий сигнал уперше помітили під час аналізу спостережень Титана, отриманих телескопом Джеймса Вебба у листопаді 2022 року. Завдяки інфрачервоним інструментам JWST дослідники змогли зазирнути крізь густу атмосферну імлу супутника Сатурна та вивчити світло, яке відбивається від його поверхні.
Ключовим методом стала спектроскопія — спосіб визначення складу речовини за тим, які довжини хвиль світла вона поглинає. Кожна молекула має власний «відбиток», за яким її можна ідентифікувати. Проте цього разу вчені зіткнулися з незвичайною ситуацією. Виявлена особливість не відповідала жодній відомій речовині з існуючих спектральних баз даних.
«Ми не можемо сказати, що це таке», — зазначив керівник дослідження, планетолог Паризької обсерваторії Бруно Безар.
Щоб виключити помилку обладнання, команда перевірила дані з двох різних приладів JWST — NIRSpec і MIRI. Обидва інструменти зафіксували однаковий сигнал, тому ймовірність технічної похибки практично відпала.
Підказку знайшли на Плутоні
Після того як дослідники не змогли знайти відповідника серед відомих речовин Титана, вони вирішили перевірити, чи немає подібного явища на інших крижаних світах. Бруно Безар звернувся до колеги Еммануеля Леллуша, який аналізував спостереження Плутона, зроблені телескопом Вебба у травні 2023 року.
Результат виявився несподіваним: на Плутоні існує така сама інфрачервона особливість на тій самій довжині хвилі. Це означає, що два світи, розділені мільярдами кілометрів, можуть мати певний спільний хімічний процес.
Водночас науковці наголошують: ця молекула не є ознакою життя. Вона не вказує на існування біологічних процесів, а швидше пов’язана з пребіотичною хімією — утворенням складних органічних сполук, які можуть бути попередниками біологічних молекул.
Можливі кандидати — складні вуглеводні
Одна з головних версій учених полягає в тому, що загадковий сигнал може походити від алленів — групи вуглеводнів, які здатні мати сильні інфрачервоні поглинання саме в тому діапазоні, де було знайдено сигнал. Проблема полягає в тому, що для багатьох складних представників цієї групи ще не існує повних спектральних даних.
«Ми маємо спектри лише для найпростіших із них. Але можливо, що одна або кілька складних сполук разом створюють цей сигнал», — пояснив Безар.
Інша можливість полягає в тому, що це вже відома молекула, але її спектральний «відбиток» змінився через взаємодію з іншими видами льоду на поверхні.
Як атмосфера створює речовини на поверхні
Вчені вважають, що загадкова сполука може виникати високо в атмосфері Титана та Плутона.
Обидва світи мають атмосфери, багаті на азот і метан. Під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця ці молекули руйнуються, утворюючи активні хімічні фрагменти. Потім вони з’єднуються у складніші органічні речовини, які поступово осідають на поверхню у вигляді своєрідного хімічного «снігу».
На Титані цей процес добре відомий: саме він створює густу органічну імлу та частинки, які формують величезні дюни на поверхні супутника. Додатковим доказом стало те, що сигнал на Титані поводиться саме так, як очікували б від речовини на поверхні. Коли телескоп спостерігав центральну частину диска супутника, сигнал був сильнішим, а ближче до краю — слабшав.
Це характерно для поверхневого джерела випромінювання. На Плутоні ситуація ще очевидніша: його надзвичайно розріджена атмосфера не може створити настільки сильний сигнал, тому джерелом має бути саме поверхня.
Чому Ганімед допоміг розгадати загадку
Для додаткової перевірки дослідники звернулися до іншого світу — супутника Юпітера Ганімеда. На відміну від Титана і Плутона, Ганімед не має атмосфери з азотом і метаном, а отже, там не відбувається подібна фотохімія.
І справді — жодного подібного сигналу там не виявили. Це посилило припущення, що загадкова речовина пов’язана саме з хімією азотно-метанових атмосфер.
Нові дані можуть наблизити відповідь
Дослідники вже аналізують нові спостереження Титана, які дозволять створити карту розподілу загадкової речовини на поверхні. Особливо цікаво буде з’ясувати, чи пов’язана вона з певними геологічними структурами — наприклад, величезними органічними дюнами Титана.
Ще більше інформації може надати майбутня місія NASA Dragonfly. Роботизований апарат у вигляді великого дрона має вирушити до Титана у 2028 році та прибути туди у середині 2030-х.
Dragonfly не матиме інфрачервоного спектрометра, подібного до JWST, але його мас-спектрометр зможе безпосередньо аналізувати склад поверхневих матеріалів. Це допоможе перевірити, які саме органічні молекули присутні на Титані.
Поки загадкова речовина залишається невідомою, саме такі відкриття роблять дослідження космосу особливо захопливими. Як зазначив Бруно Безар, найцікавіша частина роботи вченого — це момент, коли Всесвіт показує щось, чого людство ще ніколи не бачило.
