Международная группа исследователей обнаружила на поверхности Титана и Плутона идентичную, ранее неизвестную спектральную особенность — отчетливую полосу поглощения света на длине волны 5,11 мкм. Использование данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) позволило доказать, что этот сигнал исходит от вещества на поверхности объектов, а не является результатом атмосферных процессов. На текущий момент ни одно из известных науке соединений не способно полностью объяснить наблюдаемую линию поглощения.
В астрофизике спектральные линии выступают в роли химических «отпечатков пальцев». Поглощение и излучение света на строго определенных частотах позволяют ученым идентифицировать состав небесных тел. Если зафиксированный спектральный профиль не совпадает с лабораторными эталонами, это свидетельствует либо о присутствии ранее не изученного вещества, либо о необычной молекулярной структуре уже известных соединений.
Необычный сигнал был выявлен при анализе данных о Титане, крупнейшем спутнике Сатурна, и Плутоне — карликовой планете на периферии Солнечной системы. Несмотря на разную природу этих тел, их объединяют схожие химические условия: атмосфера, состоящая преимущественно из азота с примесью метана. Под воздействием солнечного излучения в этих условиях образуются сложные органические аэрозоли, которые оседают на поверхность в виде дымки.
Ранее детальное изучение поверхности Титана было практически невозможно из-за плотной органической дымки, а приборы аппарата Cassini не обладали достаточным спектральным разрешением в диапазоне 5 мкм. «Джеймс Уэбб» стал первым инструментом, способным исследовать этот участок спектра с необходимой точностью.
Новые сведения были получены с помощью приборов NIRSpec и MIRI. Они независимо друг от друга зафиксировали полосу с центром около 5,113 мкм (1956 см-1), что исключает вероятность технического артефакта. Глубина поглощения для Титана составила 6–7%, а для Плутона — около 4,5%.
Компьютерное моделирование атмосферы Титана с учетом метана, этана, ацетилена и угарного газа не подтвердило возможность «атмосферного» происхождения линии. Дополнительным аргументом в пользу поверхностного состава стало уменьшение интенсивности сигнала от центра диска к краям — в отличие от атмосферной дымки, которая должна усиливаться у краев из-за увеличения пути прохождения света.
На Плутоне, где атмосфера в сотни тысяч раз разреженнее, обнаружение той же спектральной линии стало окончательным подтверждением того, что источник находится в веществе поверхности. При этом на Плутоне линия примерно в 3 раза шире, чем на Титане. Ученые связывают это различие с радиационным воздействием: поверхность Плутона подвергается постоянной бомбардировке высокоэнергетическими частицами, что меняет структуру льдов и усложняет состав органических смесей.
Конкретное вещество пока остается загадкой. Сравнение сигнала с лабораторными базами данных льдов и органики не дало идеального совпадения. Среди наиболее вероятных кандидатов рассматриваются аллены (органические соединения с последовательностью двойных связей C=C=C), а также смеси на основе бензола и кетена, однако для окончательных выводов данных пока недостаточно.
Важность открытия заключается в самой «химической подписи», которая проявилась сразу на двух телах с азотно-метановой средой. Это указывает на универсальность химических процессов на ледяных телах внешней части Солнечной системы. Полученные данные станут ключевым ориентиром для будущей миссии NASA Dragonfly, которая в середине 2030-х годов с помощью масс-спектрометра DraMS должна будет проанализировать поверхность Титана на месте и наконец установить, какая молекула оставляет этот таинственный след.
