Meskipun demikian Cassini pengorbit mengakhiri misinya pada 15 September 2017, data yang dikumpulkannya di Saturnus dan bulan terbesarnya, Titan, terus mengejutkan dan memukau. Selama tiga belas tahun yang dihabiskannya untuk mengorbit Saturnus dan melakukan flybys bulan-bulannya, penyelidikan mengumpulkan banyak data tentang atmosfer, permukaan, danau metana, dan lingkungan organik Titan yang kaya yang terus diselidiki para ilmuwan.
Misalnya, ada masalah “bukit pasir” misterius di Titan, yang tampaknya bersifat organik dan struktur dan asal-usulnya tetap menjadi misteri. Untuk mengatasi misteri ini, tim ilmuwan dari Universitas John Hopkins (JHU) dan perusahaan riset Nanomechanics baru-baru ini melakukan penelitian terhadap bukit pasir Titan dan menyimpulkan bahwa mereka kemungkinan terbentuk di daerah ekuatorial Titan.
Studi mereka, "Dari mana datangnya Pasir Titan: Wawasan dari Sifat Mekanis Kandidat Pasir Titan", baru-baru ini muncul secara online dan telah diserahkan kepada Jurnal Penelitian Geofisika: Planet. Studi ini dipimpin oleh Xinting Yu, seorang mahasiswa pascasarjana dengan Departemen Ilmu Bumi dan Planet (JHU), dan termasuk Asisten Profesor EPS Sarah Horst (penasihat Yu) Chao He, dan Patricia McGuiggan, dengan dukungan yang diberikan oleh Bryan Crawford dari Nanomechanics Inc.
Untuk memecahnya, bukit pasir Titan awalnya terlihat oleh Cassini instrumen radar di wilayah Shangri-La dekat khatulistiwa. Gambar yang diperoleh probe menunjukkan garis-garis gelap yang panjang dan linear yang tampak seperti bukit pasir yang tersapu angin seperti yang ditemukan di Bumi. Sejak penemuan mereka, para ilmuwan berteori bahwa mereka terdiri dari butiran hidrokarbon yang telah menetap di permukaan dari atmosfer Titan.
Di masa lalu, para ilmuwan menduga bahwa mereka terbentuk di wilayah utara di sekitar danau metana Titan dan didistribusikan ke wilayah khatulistiwa oleh angin bulan. Tetapi dari mana butiran-butiran ini sebenarnya berasal, dan bagaimana butiran-butiran itu didistribusikan dalam formasi seperti gundukan ini, tetap menjadi misteri. Namun, seperti yang Yu jelaskan kepada Space Magazine melalui email, itu hanya bagian dari apa yang membuat bukit pasir ini misterius:
“Pertama, tidak ada yang berharap untuk melihat bukit pasir di Titan sebelum misi Cassini-Huygens, karena model sirkulasi global memperkirakan kecepatan angin di Titan terlalu lemah untuk meniup material untuk membentuk bukit pasir. Namun, melalui Cassini kami melihat bidang gundukan linear luas yang mencakup hampir 30% wilayah khatulistiwa Titan!
"Kedua, kami tidak yakin bagaimana pasir Titan terbentuk. Bahan-bahan di Titan benar-benar berbeda dari yang ada di Bumi. Di Bumi, bahan gundukan terutama fragmen pasir silikat lapuk dari batuan silikat. Sementara di Titan, bahan gundukan adalah organik kompleks yang dibentuk oleh fotokimia di atmosfer, jatuh ke tanah. Studi menunjukkan bahwa partikel bukit pasir cukup besar (setidaknya 100 mikron), sedangkan fotokimia yang terbentuk partikel organik masih cukup kecil di dekat permukaan (hanya sekitar 1 mikron). Jadi kami tidak yakin bagaimana partikel organik kecil ditransformasikan menjadi partikel bukit pasir besar (Anda membutuhkan satu juta partikel organik kecil untuk membentuk satu partikel pasir tunggal!)
"Ketiga, kami juga tidak tahu di mana partikel organik di atmosfer diproses menjadi lebih besar untuk membentuk partikel bukit pasir. Beberapa ilmuwan berpikir bahwa partikel-partikel ini dapat diproses di mana-mana untuk membentuk partikel bukit pasir, sementara beberapa peneliti lain percaya bahwa pembentukannya perlu dilibatkan dengan cairan Titan (metana dan etana), yang saat ini hanya terletak di daerah kutub. "
Untuk menjelaskan hal ini, Yu dan rekan-rekannya melakukan serangkaian percobaan untuk mensimulasikan material yang diangkut pada tubuh darat dan es. Ini terdiri dari menggunakan beberapa pasir Bumi alami, seperti pasir pantai silikat, pasir karbonat, dan pasir gyspum putih. Untuk mensimulasikan jenis bahan yang ditemukan di Titan, mereka menggunakan tholin yang diproduksi di laboratorium, yang merupakan molekul metana yang telah mengalami radiasi UV.
Produksi tholin secara khusus dilakukan untuk menciptakan kembali jenis aerosol organik dan kondisi fotokimia yang umum di Titan. Ini dilakukan dengan menggunakan sistem eksperimental Planetary HAZE Research (PHAZER) di Universitas Johns Hopkins - di mana Penyelidik Utama adalah Sarah Horst. Langkah terakhir terdiri dari menggunakan teknik identifikasi nano (diawasi oleh Bryan Crawford dari Nanometrics Inc.) untuk mempelajari sifat-sifat mekanis dari pasir dan thol yang disimulasikan.
Ini terdiri dari menempatkan simulants pasir dan tholins ke dalam terowongan angin untuk menentukan mobilitas mereka dan melihat apakah mereka dapat didistribusikan dalam pola yang sama. Seperti yang Yu jelaskan:
“Motivasi di balik penelitian ini adalah untuk mencoba menjawab misteri ketiga. Jika bahan gundukan diproses melalui cairan, yang terletak di daerah kutub Titan, mereka harus cukup kuat untuk diangkut dari kutub ke daerah khatulistiwa Titan, tempat sebagian besar bukit pasir berada. Namun, tholins yang kami produksi di laboratorium dalam jumlah yang sangat rendah: ketebalan film tholin yang kami hasilkan hanya sekitar 1 mikron, sekitar 1 / 10-1 / 100 dari ketebalan rambut manusia. Untuk mengatasi ini, kami menggunakan teknik skala nano yang sangat menarik dan tepat yang disebut nano indentation untuk melakukan pengukuran. Meskipun indentasi dan retakan yang dihasilkan semuanya dalam skala nanometer, kita masih dapat dengan tepat menentukan sifat mekanis seperti modulus Young (indikator kekakuan), kekerasan nano -ententation (kekerasan), dan ketangguhan patah (indikator kerapuhan) dari film tipis. "
Pada akhirnya, tim menentukan bahwa molekul organik yang ditemukan di Titan jauh lebih lembut dan lebih rapuh bila dibandingkan dengan bahkan pasir paling lembut di Bumi. Sederhananya, tholin yang mereka hasilkan tampaknya tidak memiliki kekuatan untuk menempuh jarak yang sangat jauh yang terletak di antara danau metana utara Titan dan wilayah khatulistiwa. Dari sini, mereka menyimpulkan bahwa pasir organik di Titan kemungkinan terbentuk di dekat tempat mereka berada.
"Dan formasi mereka mungkin tidak melibatkan cairan di Titan, karena itu akan membutuhkan jarak transportasi yang sangat besar lebih dari 2000 kilometer dari kutub Titan ke ekuator," tambah Yu. “Partikel organik yang lembut dan rapuh akan digiling menjadi debu sebelum mencapai ekuator. Studi kami menggunakan metode yang sama sekali berbeda dan memperkuat beberapa hasil yang disimpulkan dari pengamatan Cassini. "
Pada akhirnya, penelitian ini mewakili arah baru bagi para peneliti ketika datang ke studi Titan dan badan-badan lain di Tata Surya. Seperti dijelaskan Yu, di masa lalu, sebagian besar peneliti dibatasi Cassini data dan pemodelan untuk menjawab pertanyaan tentang bukit pasir Titan. Namun, Yu dan rekan-rekannya dapat menggunakan analog yang diproduksi di laboratorium untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, meskipun kenyataannya demikian Cassini Misi sekarang sudah berakhir.
Terlebih lagi, penelitian terbaru ini pasti akan sangat berharga karena para ilmuwan terus mencari tahu Cassini data untuk mengantisipasi misi masa depan ke Titan. Misi-misi ini bertujuan untuk mempelajari bukit pasir Titan, danau metana, dan kimia organik yang kaya secara lebih rinci. Seperti yang Yu jelaskan:
“[O] hasil Anda tidak hanya dapat membantu memahami asal-usul bukit pasir dan pasir Titan, tetapi juga akan memberikan informasi penting untuk misi pendaratan potensial masa depan di Titan, seperti Dragonfly (satu dari dua finalis (dari dua belas proposal) yang dipilih untuk pengembangan konsep lebih lanjut oleh program New Frontiers NASA). Sifat-sifat material organik di Titan sebenarnya dapat memberikan petunjuk luar biasa untuk menyelesaikan beberapa misteri di Titan.
“Dalam sebuah penelitian yang kami terbitkan tahun lalu di planet-JGR (2017, 122, 2610-22622), kami menemukan bahwa gaya antar partikel di antara partikel tholin jauh lebih besar daripada pasir biasa di Bumi, yang berarti zat organik di Titan jauh lebih banyak. kohesif (atau lengket) dari pasir silikat di Bumi. Ini menyiratkan bahwa kita membutuhkan kecepatan angin yang lebih besar untuk meledakkan partikel pasir di Titan, yang dapat membantu para peneliti pemodelan untuk menjawab misteri pertama. Ini juga menunjukkan bahwa pasir Titan dapat dibentuk oleh koagulasi sederhana partikel organik di atmosfer, karena mereka jauh lebih mudah untuk disatukan. Ini bisa membantu memahami misteri kedua bukit pasir Titan. "
Selain itu, penelitian ini memiliki implikasi untuk mempelajari benda selain Titan. "Kami telah menemukan organik pada banyak benda tata surya lainnya, terutama benda es di tata surya luar, seperti Pluto, bulan Triton Neptunus, dan komet 67P," kata Yu. "Dan beberapa organik secara fotokimia diproduksi mirip dengan Titan. Dan kami memang menemukan fitur tiupan angin (disebut fitur aeolian) pada benda-benda itu juga, sehingga hasil kami dapat diterapkan pada benda-benda planet ini juga. ”
Dalam dekade mendatang, beberapa misi diharapkan untuk mengeksplorasi bulan-bulan di Tata Surya luar dan mengungkapkan hal-hal tentang lingkungan mereka yang kaya yang dapat membantu menjelaskan asal usul kehidupan di Bumi. Selain itu, James Webb Space Telescope (sekarang diharapkan akan digunakan pada tahun 2021) juga akan menggunakan instrumen canggih untuk mempelajari planet-planet Tata Surya dengan harapan dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan yang membara ini.
