Bilim İnsanları Titan’da “İmkansız” Bulut Keşfetti

523

İnce havadan oluşmuş gibi görünen bir buz bulutunun kafa karıştırıcı görüntüsü, NASA bilim insanlarının Satürn’ün uydusu Titan’daki bulutları, önceden düşünülenden farklı bir sürecin -muhtemelen Dünya’nın kutuplarında görülene benzer- oluşturuyor olabileceğini düşünmesine sebep oldu.

Titan’ın stratosferinde yer alan bulut, dev uydunun puslu, kahverengimsi-turuncu atmosferine rengini veren kimyasal kokteyldeki bir bileşen olan ve disiyanoasetilen (C4N2) olarak bilinen karbon-azot bileşiğinden oluşuyor.

Uzun zaman önce Voyager 1’in kızılötesi cihazı, Titan üzerinde aynı buna benzeyen bir buz bulutu tespit etmişti.  O zamanda beri bilim insanlarının kafasını karıştıran sorun ise, bulutun oluşabilmesi için gerekli olan disiyanoasetilen gazı miktarının yüzde 1’inden daha azının tespit edilmiş olması.

NASA’nın Cassini görevinin yeni gözlemleri de benzer bir sonuç ortaya koyuyor. Cassini’nin -atmosferdeki her kimyasalın izini ayrı ayrı belirleyebilen- kompozit kızılötesi spektrometresi CIRS’i kullanan araştırmacılar, aynı donmuş kimyasaldan meydana gelmiş büyük bir yüksek irtifa bulutu keşfettiler. Ancak konu bu kimyasalın buhar formuna geldiğinde, aynı Voyager’ın daha önce bulduğu gibi CIRS de Titan’ın stratosferinin bir çöl kadar kuru olduğunu belirledi.

Bu grafik bilim insanlarının Satürn’ün uydusu Titan’ın atmosferindeki bulutları oluşturan buz parçacıklarında “katı hal” kimyasının meydana gelişine dair fikrini gösteriyor.  | Uzaydan Haberler
Bu grafik bilim insanlarının Satürn’ün uydusu Titan’ın atmosferindeki bulutları oluşturan buz parçacıklarında “katı hal” kimyasının meydana gelişine dair fikrini gösteriyor. (Görsel: NASA/JPL-Caltech/GSFC)

Çalışmanın baş yazarı ve NASA Goddard Uzay Merkezi CIRS araştırmacısı Carrie Anderson’a göre “bu buz bulutunun ortaya çıkışı, Titan’daki bulutların oluşum şekilleri hakkında bildiğimiz her şeye aykırı.”

Bulutların oluşması için gereken tipik süreçte yoğunlaşma bulunuyor. Dünya’da suyun buharlaşma ve yoğunlaşma çevrimine aşinayız. Titan’ın troposferinde -Titan atmosferinin hava olaylarını oluşturan katmanı- de benzer bir çevrim meydana geliyor, ama su yerine metanla.

Titan’ın kuzey ve güney kış kutuplarındaki stratosferde -troposferin üzerindeki bölge- ise farklı bir yoğunlaşma işlemi meydana geliyor. Bu vakada, küresel çevrim örüntüsü sıcak gazları aşağıya, kutba doğru ittikçe bulut katmanları yoğunlaşıyor. Daha sonra gazlar kutup stratosferinin daha soğuk katmanlarına doğru indikçe yoğunlaşıyorlar.

Her şekilde, bir bulut, hava sıcaklığı ve basıncı buharın buza yoğuşması için uygun olduğunda meydana geliyor. Buhar ve buz, hava sıcaklığı ve basıncı tarafından belirlenen bir denge noktasına ulaşıyor. Bu denge durumu sayesinde bilim insanları buzun mevcut olduğu durumda buhar miktarını hesaplayabiliyor.

Makalenin yazarlarından Robert Samuelson’a göre “aynı kütleçekim kanunu gibi, bulutların yoğuşması için bu denge durumu zaruri.”

Ama disiyanoasetilenden oluşmuş bulut sayılara uymuyor. Bilim insanları, CIRS tarafından gözlemlenen bulut tepesinde buz bulutunun oluşması için en az 100 kat daha fazla buhar gerektiğini belirlediler.

İlk başlarda bir fikir buharın mevcut olabileceği ama Voyager’ın cihazının bunu tespit etmek için gereken kritik dalga boyu aralığına duyarlı olmadığı yönündeydi. Ama CIRS de buharı bulamadığında, Anderson ve onun Goddard ve Caltech’ten meslektaşları tamamen farklı bir açıklama sundular. Onlara göre yoğunlaşma sonucu oluşan bulut yerine, diğer tür buz parçacıklarında meydana gelen reaksiyonlar sonucu C4N2 buzu oluşuyor. Araştırmacılar buna “katı hal kimyası” adını veriyor çünkü reaksiyonlar kimyasalın buz, ya da katı formunu içeriyor.

Önerilen süreçte ilk adım, ilgili kimyasal siyanoasetilenden (HC3N) meydana gelen buz parçacıklarının oluşumu. Bu küçük buz zerreleri Titan’ın stratosferinde aşağılara doğru indikçe, hidrojen siyanid (HCN) ile kaplanıyor. Bu aşamada, buz parçacığının bir çekirdeği ve iki farklı kimyasal içeren bir kabuğu bulunuyor. Bazen, bir morötesi ışık fotonu donmuş kabuğun içerisine giriyor ve buzun içerisinde bir kimyasal reaksiyonlar dizisi başlatıyor. Bu reaksiyonlar çekirdekte veya kabuğun içinde başlayabilir. Her iki yol da ürünler olarak disiyanoasetilen buzu ve hidrojen verebilir.

Araştırmacılar katı hal kimyası fikrini, Dünya kutuplarının yükseklerinde ozon eksilmesiyle ilişkili bulut oluşumlarından elde ettiler. Dünya’nın stratosferinde az miktarda nem bulunsa bile, uygun koşullar altında, kutup stratosfer bulutları olarak da anılan ufak sedef bulutları oluşabilir. Bu bulutlarda, atmosfere girmiş klor içeren kimyasallar su buzu kristallerine yapışır ve ozon yok eden klor molekülleri salan kimyasal reaksiyonlara yol açar.

Anderson, “Hem Titan’da hem de Dünya’da benzer katı hal kimyası süreçlerinin örneklerini bulmuş olabileceğimiz fikri oldukça heyecan verici” diyor.

Araştırmacılar, Titan’da reaksiyonların atmosferden yalıtılmış olarak buz parçacıklarının içerisinde gerçekleştiğini düşünüyor. Bu durumda, disiyanoasetilen buzu atmosferle doğrudan temas kuramaz ve bu da buz ve buhar formlarının neden beklenen denge durumunda olmadığını açıklayabilir.

CIRS araştırmacısı Michael Flasar “Titan ve Dünya’nın kutup stratosferlerinin kompozisyonları bundan daha fazla farklılık gösteremezdi” diyor. “Her iki atmosferin altında yatan fiziğin paralel bulut kimyasını oluşturduğunu görmek heyecan verici.”

Bulgular Geophysical Research Letters dergisinde yayınlandı.