Walaupun Cassini orbiter mengakhiri misinya pada 15 September 2017, data yang dikumpulkannya pada Saturnus dan bulan terbesarnya, Titan, terus mengejutkan dan memukau. Selama tiga belas tahun ia menghabiskan waktu mengorbit Saturnus dan melakukan flybys bulannya, penyelidikan mengumpulkan banyak data mengenai atmosfer, permukaan, tasik metana, dan persekitaran organik Titan yang terus diteliti oleh para saintis.
Sebagai contoh, ada masalah "bukit pasir" yang misterius di Titan, yang nampaknya bersifat organik dan struktur dan asal usulnya tetap menjadi misteri. Untuk mengatasi misteri ini, sepasukan saintis dari John Hopkins University (JHU) dan syarikat penyelidikan Nanomechanics baru-baru ini membuat kajian mengenai bukit pasir Titan dan menyimpulkan bahawa mereka mungkin terbentuk di wilayah khatulistiwa Titan.
Kajian mereka, "Dari mana Titan Sand berasal: Wawasan dari Properti Mekanikal Calon Titan Sand", baru-baru ini muncul dalam talian dan telah diserahkan kepada Jurnal Penyelidikan Geofizik: Planet. Kajian ini diketuai oleh Xinting Yu, seorang pelajar siswazah dengan Jabatan Sains Bumi dan Planet (EPS) di JHU, dan termasuk Penolong Profesor EPS Sarah Horst (penasihat Yu) Chao He, dan Patricia McGuiggan, dengan sokongan yang diberikan oleh Bryan Crawford dari Nanomechanics Inc.
Untuk memecahkannya, bukit pasir Titan pada awalnya dilihat oleh Cassini's instrumen radar di wilayah Shangri-La berhampiran khatulistiwa. Gambar yang diperolehi oleh probe menunjukkan garis-garis gelap yang panjang dan linear yang kelihatan seperti bukit pasir yang serupa dengan yang terdapat di Bumi. Sejak penemuan mereka, para saintis berteori bahawa mereka terdiri dari butiran hidrokarbon yang telah menetap di permukaan dari atmosfer Titan.
Pada masa lalu, para saintis menduga bahawa mereka terbentuk di wilayah utara di sekitar tasik metana Titan dan disebarkan ke wilayah khatulistiwa oleh angin bulan. Tetapi dari mana sebenarnya biji-bijian ini berasal, dan bagaimana biji-bijian ini diedarkan dalam formasi seperti bukit pasir, tetap menjadi misteri. Namun, seperti yang dijelaskan Yu kepada Space Magazine melalui e-mel, itu hanya sebahagian dari apa yang membuat bukit pasir ini misteri:
"Pertama, tidak ada yang diharapkan dapat melihat bukit pasir di Titan sebelum misi Cassini-Huygens, kerana model peredaran global meramalkan kecepatan angin di Titan terlalu lemah untuk meniup bahan untuk membentuk bukit pasir. Namun, melalui Cassini kami melihat ladang bukit pasir linier yang luas yang meliputi hampir 30% kawasan khatulistiwa Titan!
"Kedua, kami tidak pasti bagaimana pasir Titan terbentuk. Bahan-bahan bukit di Titan sama sekali berbeza dengan yang ada di Bumi. Di Bumi, bahan gundukan adalah serpihan pasir silikat yang dilapisi dari batu silikat. Semasa di Titan, bahan gundukan adalah organik kompleks yang dibentuk oleh kimia fotokimia di atmosfer, jatuh ke tanah. Kajian menunjukkan bahawa zarah gundukan cukup besar (sekurang-kurangnya 100 mikron), sementara zarah organik yang dibentuk oleh fotokimia masih cukup kecil di dekat permukaan (hanya sekitar 1 mikron). Oleh itu, kami tidak pasti bagaimana zarah organik kecil diubah menjadi zarah pasir pasir besar (anda memerlukan sejuta zarah organik kecil untuk membentuk satu zarah pasir tunggal!)
"Ketiga, kita juga tidak tahu di mana zarah organik di atmosfer diproses untuk menjadi lebih besar untuk membentuk zarah gundukan. Sebilangan saintis berpendapat bahawa zarah-zarah ini dapat diproses di mana-mana untuk membentuk zarah gundukan, sementara beberapa penyelidik lain percaya bahawa pembentukannya perlu terlibat dengan cecair Titan (metana dan etana), yang saat ini hanya terletak di wilayah kutub. ”
Untuk menjelaskan hal ini, Yu dan rakan-rakannya melakukan serangkaian eksperimen untuk mensimulasikan bahan yang diangkut di badan darat dan berais. Ini terdiri dari menggunakan beberapa pasir Bumi yang semula jadi, seperti pasir pantai silikat, pasir karbonat dan pasir gyspum putih. Untuk mensimulasikan jenis bahan yang terdapat di Titan, mereka menggunakan tholin yang dihasilkan oleh makmal, yang merupakan molekul metana yang mengalami radiasi UV.
Penghasilan tholin secara khusus dilakukan untuk membuat semula jenis aerosol organik dan keadaan fotokimia yang biasa terjadi di Titan. Ini dilakukan menggunakan sistem eksperimen Planetary HAZE Research (PHAZER) di Johns Hopkins University - yang mana Penyelidik Utama adalah Sarah Horst. Langkah terakhir terdiri daripada menggunakan teknik nanoidentification (diawasi oleh Bryan Crawford dari Nanometrics Inc.) untuk mengkaji sifat mekanik pasir dan tholins yang disimulasikan.
Ini terdiri dari menempatkan simulator pasir dan tholin ke dalam terowong angin untuk menentukan mobiliti mereka dan melihat apakah mereka dapat diedarkan dalam corak yang sama. Seperti yang dijelaskan oleh Yu:
"Motivasi di sebalik kajian ini adalah untuk berusaha menjawab misteri ketiga. Sekiranya bahan gundukan diproses melalui cecair, yang terletak di kawasan kutub di Titan, bahan tersebut harus cukup kuat untuk diangkut dari kutub ke daerah khatulistiwa Titan, di mana kebanyakan bukit pasir berada. Walau bagaimanapun, tholin yang kami hasilkan di makmal dalam jumlah yang sangat rendah: ketebalan filem tholin yang kami hasilkan hanya sekitar 1 mikron, sekitar 1 / 10-1 / 100 dari ketebalan rambut manusia. Untuk menangani perkara ini, kami menggunakan teknik skala nano yang sangat menarik dan tepat yang disebut nanoindentation untuk melakukan pengukuran. Walaupun lekukan dan retakan yang dihasilkan semuanya dalam skala nanometer, kita masih dapat menentukan sifat mekanik dengan tepat seperti modulus Young (penunjuk kekakuan), kekerasan nanoindentasi (kekerasan), dan ketegangan patah (indikator kerapuhan) filem nipis. "
Pada akhirnya, pasukan menentukan bahawa molekul organik yang terdapat di Titan jauh lebih lembut dan lebih rapuh jika dibandingkan dengan pasir yang paling lembut di Bumi. Ringkasnya, tholin yang dihasilkannya tidak memiliki kekuatan untuk menempuh jarak yang sangat jauh antara tasik metana utara Titan dan wilayah khatulistiwa. Dari ini, mereka menyimpulkan bahawa pasir organik di Titan kemungkinan terbentuk berhampiran tempat mereka berada.
"Dan pembentukannya mungkin tidak melibatkan cecair di Titan, kerana itu memerlukan jarak pengangkutan yang besar lebih dari 2000 kilometer dari kutub Titan ke khatulistiwa," tambah Yu. "Zarah organik yang lembut dan rapuh akan digiling menjadi habuk sebelum sampai ke khatulistiwa. Kajian kami menggunakan kaedah yang sama sekali berbeza dan memperkuat beberapa hasil yang disimpulkan dari pemerhatian Cassini. "
Pada akhirnya, kajian ini mewakili arah baru bagi penyelidik ketika datang ke kajian Titan dan badan-badan lain di Sistem Suria. Seperti yang dijelaskan Yu, pada masa lalu, penyelidik kebanyakannya terkendala Cassini data dan pemodelan untuk menjawab soalan mengenai bukit pasir Titan. Walau bagaimanapun, Yu dan rakan-rakannya dapat menggunakan analog yang dihasilkan oleh makmal untuk menjawab soalan-soalan ini, walaupun sebenarnya Cassini misi kini sudah berakhir.
Terlebih lagi, kajian terbaru ini pasti bernilai besar kerana para saintis terus menerus meneliti Cassini's data untuk menjangkakan misi masa depan ke Titan. Misi ini bertujuan untuk mengkaji bukit pasir Titan, tasik metana dan kimia organik yang kaya dengan lebih terperinci. Seperti yang dijelaskan oleh Yu:
"Hasil [Anda] tidak hanya dapat membantu memahami asal-usul bukit pasir dan pasir Titan, tetapi juga akan memberikan maklumat penting untuk potensi misi pendaratan masa depan di Titan, seperti Dragonfly (salah satu dari dua finalis (dari dua belas cadangan) yang dipilih untuk pengembangan konsep selanjutnya oleh program NASA's New Frontiers). Sifat material organik di Titan sebenarnya dapat memberikan petunjuk yang luar biasa untuk menyelesaikan beberapa misteri di Titan.
"Dalam sebuah kajian yang kami terbitkan tahun lalu di planet-planet JGR (2017, 122, 2610–2622), kami mendapati bahawa daya antara partikel antara partikel tholin jauh lebih besar daripada pasir biasa di Bumi, yang bermaksud organik di Titan jauh lebih banyak berpadu (atau lebih melekat) daripada pasir silikat di Bumi. Ini menunjukkan bahawa kita memerlukan kelajuan angin yang lebih besar untuk meniup zarah pasir di Titan, yang dapat membantu para penyelidik pemodelan untuk menjawab misteri pertama. Ini juga menunjukkan bahawa pasir Titan dapat terbentuk melalui pembekuan zarah organik yang sederhana di atmosfer, kerana lebih mudah untuk bersatu. Ini dapat membantu memahami misteri kedua bukit pasir Titan. "
Di samping itu, kajian ini mempunyai implikasi terhadap kajian mayat selain Titan. "Kami telah menemui organik di banyak badan sistem suria lain, terutama badan berais di sistem suria luar, seperti Pluto, bulan Neptunus Triton, dan komet 67P," kata Yu. "Dan beberapa organik dihasilkan secara fotokimia serupa dengan Titan. Dan kami juga menemui ciri-ciri tiupan angin (disebut ciri-ciri Aeolian) pada badan-badan tersebut, jadi hasil kami juga dapat diterapkan pada badan-badan planet ini. "
Dalam dekad yang akan datang, banyak misi diharapkan dapat meneroka bulan-bulan dari Sistem Suria luar dan mendedahkan perkara-perkara tentang persekitaran kaya mereka yang dapat membantu menjelaskan asal-usul kehidupan di Bumi. Di samping itu, Teleskop Angkasa James Webb (sekarang diharapkan akan dikerahkan pada tahun 2021) juga akan menggunakan alat instrumen canggihnya untuk mempelajari planet-planet Tata Surya dengan harapan dapat mengatasi pertanyaan-pertanyaan yang membakar ini.
