Недавние наблюдения Титана с помощью инфракрасного спектрометра CIRS на борту КА «Кассини» привели к аналогичному результату. CIRS обнаружил высоко в стратосфере Титана большое облако замерзшего дицианоацетилена. Как и в прошлый раз, паров этого вещества в атмосфере вокруг облака было совершенно недостаточно для его конденсации. Это выглядело так, как если бы в пересушенном воздухе пустыни вдруг сгустилось облако из капелек воды. 

«Появление этого облака идет вразрез с нашими представлениями о формировании облаков в атмосфере Титана», – сказала Кэрри Андерсон (Carrie Anderson) из научной команды инструмента CIRS, ведущий автор исследования.

Как правило, облака возникают в результате конденсации паров. На Земле конденсация паров воды приводит к формированию туч, на Титане аналогичным образом возникают облака из замерзшего метана. Иначе образуются облака в стратосфере – слое атмосферы, лежащем над тропосферой, в котором температура воздуха растет с высотой. В стратосфере Титана облака возникают в околополярной области зимнего полушария как результат глобальной циркуляции атмосферы – над полюсом, погруженным во тьму полярной ночи, воздушные массы опускаются и охлаждаются. Но в обоих этих случаях облака образуются при конденсации паров, когда температура и давление благоприятны для превращения газа в иней (а именно, когда парциальное давление газа превышает давление насыщающих паров). Пары и лед конденсирующегося вещества находятся в равновесии, определяемом только температурой и давлением. «Для конденсирующихся облаков этот закон выполняется столь же строго, как и закон всемирного тяготения», – сказал Роберт Сэмюэльсон (Robert Samuelson), соавтор Кэрри Андерсон. 

Но для облака из дицианоацетилена этот закон не выполняется! Количество паров этого вещества в стратосфере Титана более чем в сто раз меньше, чем нужно для его конденсации!

Необычный результат «Вояджера-1» ученые объяснили тем, что его спектрометры были недостаточно чувствительны для обнаружения паров дицианоацетилена, однако для «Кассини» это объяснение уже не годилось – CIRS достаточно чувствителен. Оставалось предположить, что облако дицианоацетилена возникло не в результате конденсации его паров, а в результате химических реакций, происходящих в пылинках аэрозоля. 

По всей видимости, облака из дицианоацетилена образуются так. На первом этапе из паров цианоацетилена HC₃N конденсируются кристаллы этого вещества. По мере того, как они погружаются глубже в стратосферу Титана, они покрываются слоем синильной кислоты HCN. На этом этапе каждая пылинка оказывается двухслойной – с ядром и мантией. Кванты ультрафиолетового излучения, попадая в пылинку, запускают каскад химических реакций, приводящих к образованию дицианоацетилена и водорода. Дицианоацетилен образуется внутри пылинки без контакта с атмосферой, поэтому содержание этого вещества в воздухе вокруг облака гораздо ниже равновесного (обусловленного давлением насыщающих паров).

Аналогичные процессы происходят в высоких тонких облаках, иногда формирующихся в стратосфере в околополярных регионах Земли и приводящих к образованию озоновых дыр. В этих облаках к водяному льду примешиваются антропогенные загрязнения – химические вещества, содержащие хлор. Под действием солнечного ультрафиолета в пылинках происходят фотохимические реакции, приводящие к выделению хлора, разрушающего молекулы озона. Наличие химических реакций, идущих в частицах стратосферного аэрозоля и приводящих к необычному составу облаков, роднит Титан с Землей.

Источник: https://saturn.jpl.nasa.gov/news/2941/nasa-scientists-find-impossible-cloud-on-titan-again/