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泰坦的积木在太阳系的历史早期形成,并可能在土星以前的日期

一项新发表的研究揭示了证据,土星的月亮Titan大气中的氮气起源于与Oort云中最古老的彗星的冷出生地相似的条件,这表明Titan的积木早在太阳系历史中形成。 < / EM>

美国宇航局和欧洲航天局(ESA)联合资助的一项研究发现,有确凿证据表明,土星月球泰坦大气层中的氮气起源于与奥尔特云最古老的彗星冷出生地相似的条件。这一发现排除了泰坦在被认为在其形成过程中围绕着婴儿行星土星的物质盘中形成的积木的可能性。

这项新研究的主要意义在于,泰坦的积木在太阳系历史的早期形成,在形成太阳的气体和尘埃的冷盘中形成。这也是许多彗星的诞生地,它们今天保留了一个原始的,或基本上没有变化的构图。

这项研究由圣安东尼奥西南研究所的凯瑟琳曼特领导,包括一个国际研究小组,本周在“天体物理学杂志”上发表。

氮是地球大气中的主要成分,也是泰坦的主要成分。土星的行星大小的月亮经常与地球的早期版本相比较,被锁定在深度冻结中。

该报告建议,有关泰坦原始积木的信息仍然存在于冰冷的月球大气中,使研究人员能够测试关于月球可能形成的不同想法。 Mandt及其同事表示,对于泰坦氮的起源,一个特定的化学暗示应该与当月球形成时的基本相同,高达46亿年前。这个提示是称为氮-14的一种同位素或氮的形式与称为氮-15的另一种同位素的比率。

该团队发现,我们的太阳系不够年龄,因此氮同位素比率发生了显着变化。这与科学家通常假定的相反。

“当我们仔细研究这个比率如何随着时间的推移而发展时,我们发现它不可能发生重大变化。泰坦的大气中含有大量的氮气,即使有超过40亿年的太阳系历史,任何过程都不能显着改变这个示踪剂,“Mandt说。

这种同位素比率在很长一段时间内的少量变化使得研究人员可以将泰坦的原始构造块与其他太阳系物体进行比较,以寻找它们之间的联系。

随着行星科学家调查太阳系形成的奥秘,同位素比率是他们能够收集的最有价值的线索之一。在行星大气和表面材料中,一种元素的一种形式(如氮)相对于另一种形式的相同元素的具体数量可能是一种强大的诊断工具,因为它与材料形成的条件密切相关。

这项研究也对地球有影响。它支持新出现的观点,即来自彗星的氨冰不可能是地球氮的主要来源。过去,研究人员假设了彗星,泰坦和地球之间的联系,并假定泰坦原始大气中的氮同位素比率与今天地球上的比率相同。 NASA和ESA Cassini-Huygens任务中的几种仪器测量了Titan的氮同位素比值,结果表明情况并非如此 - 这意味着泰坦和地球上的这个比率是不同的 - 而彗星中的比例测量已经证实了它们的联系泰坦。这意味着地球和泰坦的氮的来源必定是不同的。

其他研究人员以前已经表明,自从我们的地球形成以来,地球的氮同位素比率可能没有显着变化。

“有人认为,陨石将氮气带到地球,或者氮气直接从形成太阳的气体盘中捕获。这对于未来的调查来说是一个有趣的难题,“Mandt说。

Mandt及其同事迫切希望看到他们的发现是否得到欧空局Rosetta任务数据的支持,当时它研究彗星67P / Churyumov-Gerasimenko从今年晚些时候开始。如果他们的分析是正确的,那么这颗彗星的两个同位素的比例应该低于甲烷冰中的氢气比例。实质上,他们认为泰坦上的这种化学比率与奥特云彗星相比,比在海王星轨道附近开始出现的柯伊伯带上的彗星更为相似(67P / Churyumov-Gerasimenko是柯伊伯带彗星)。

美国宇航局喷气推进实验室,加州帕萨迪纳的卡西尼副项目科学家斯科特埃德金顿说:“这一令人兴奋的结果是卡西尼科学的一个关键例子,它告诉我们关于太阳系历史和地球形成的知识。

卡西尼 - 惠更斯号是美国宇航局,欧空局和意大利航天局的合作项目。 JPL是帕萨迪纳加利福尼亚理工学院的一个部门,管理美国宇航局科学任务局在华盛顿的任务。

Rosetta是ESA的使命,其成员国和NASA的贡献。 JPL管理着美国国家航空航天局科学任务局在华盛顿的Rosetta任务。

出版物:Kathleen E. Mandt等人,“Protosolar Ammonia as the Unique Source of Titan's nitrogen,”2014,ApJ,788,L24; DOI:10.1088 / 2041-8205 / 788/2 / L24

资料来源:美国国家航空航天局喷气推进实验室Preston Dyches / Whitney Clavin

图片:NASA / JPL -Caltech

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