例如，Titan上有神秘的“沙丘”，它看起来是有机的，其结构和起源仍然是一个谜。为了解决这些谜团，约翰霍普金斯大学（JHU）和研究公司Nanomechanics的一个科学家小组最近对泰坦沙丘进行了一项研究，并得出结论，他们可能在泰坦的赤道地区形成。
他们的研究泰坦上的沙子来自哪里：Titan Sand Candidates机械性能的洞察 ”最近在网上发布，并已提交给“地球物理研究：行星学报”。这项研究由JHU地球与行星科学系（EPS）的研究生Xinting Yu领导，其中包括EPS助理教授Sarah Horst（余的顾问）Chao He和Patricia McGuiggan，其中包括Bryan Crawford Nanomechanics Inc.
为了揭示这一点，于和她的同事们进行了一系列的实验，以模拟在陆地和冰冻物体上运输的材料。这包括使用几种天然的地球砂，如硅酸盐海滩砂、碳酸盐砂和白旋风砂。为了模拟泰坦上发现的各种物质，他们使用了实验室生产的ToLIN，这些分子是受紫外线辐射的甲烷分子。
为了将其分解，泰坦的沙丘最初由卡西尼的雷达仪器在赤道附近的香格里拉地区发现。探针获得的图像显示出长长的线状黑色条纹，看起来像风沙丘，类似于地球上发现的那些。自从他们发现以来，科学家们就已经推断，它们是由Titan大气中沉积的碳氢化合物颗粒组成的。
过去，科学家们猜测他们是在泰坦甲烷湖周围的北部地区形成的，并在月球风的作用下分布到赤道地区。但是，这些物质究竟是从哪里来的，以及它们如何分布在这些类似沙丘的地层中，仍然是一个谜。然而，正如余解释通过电子邮件给宇宙今天，这只是使这些沙丘神秘的一部分：
首先，没有人认为在卡西尼-惠更斯号任务之前在泰坦上看到任何沙丘，因为全球环流模型预测泰坦的风速太弱，无法将物质吹成沙丘。然而，通过卡西尼，我们看到了巨大的线性沙丘场，覆盖了几乎30%的赤道地区的泰坦！
第二，我们不确定泰坦砂是如何形成的。泰坦上的沙丘物质与地球上的沙丘材料完全不同。在地球上，沙丘物质主要是硅酸盐岩石风化的硅酸盐砂碎片。在泰坦上，沙丘物质是由光化学在大气中形成的复杂有机物，落到地面上。研究表明沙丘颗粒相当大（至少100微米），而光化学形成的有机颗粒在表面附近仍然很小（只有1微米左右）。所以我们不确定小的有机粒子是如何转化成大沙丘粒子的（你需要一百万个小的有机粒子来形成一个单一的沙粒）！
第三，我们也不知道大气中的有机颗粒在哪里加工成更大的沙丘颗粒。一些科学家认为，这些粒子可以在任何地方加工形成沙丘粒子，而另一些研究人员则认为它们的形成需要与泰坦的液体（甲烷和乙烷）相关，而目前这些液体仅位于极地地区。“
在卡西尼号雷达上看到的泰坦沙丘，与地球上的纳米比亚沙丘相似。在上图中看起来像云的特征实际上是地形特征。
tholins的生产专门用于再现泰坦上常见的有机气溶胶和光化学条件。这是使用约翰霍普金斯大学的行星HAZE研究（PHAZER）实验系统完成的，主要研究人员是Sarah Horst。最后一步是使用纳米识别技术（Nanometrics公司的Bryan Crawford监督）来研究模拟沙子和tholins的力学性能。
这包括将沙模拟物和托林斯放入风洞中以确定其流动性，并确定它们是否可以以相同的模式分布。正如余解释：
“这项研究背后的动机是试图回答第三个谜。如果沙丘材料是通过位于泰坦极地区域的液体进行处理的，那么它们需要足够强大，以能够从北极运送到大部分沙丘所在的泰坦赤道地区。然而，我们在实验室中生产的THOLIN极低量：我们生产的thoLin膜的厚度只有大约1微米，大约是人类头发厚度的1／10-1／100。为了解决这个问题，我们使用了一种非常有趣和精确的纳米技术，称为纳米压痕来进行测量。尽管所产生的凹痕和裂纹都是纳米级的，但我们仍然可以精确地确定薄膜的力学性能，如杨氏模量（硬度指标），纳米压痕硬度（硬度）。
泰坦上的沙丘意象
此外，这项研究对研究除了泰坦以外的天体有意义。于说：“我们在许多其他太阳系体上发现了有机物，特别是太阳系外的冰冻体，如冥王星、海王星的月球Triton和彗星67 P。”有些有机物与泰坦类似地光化学产生。我们也在这些天体上发现了风吹特征（也称风成特征），所以我们的结果也可以应用到这些行星上。
最终，研究小组确定，与甚至地球上最柔软的沙子相比，泰坦上发现的有机分子更软更脆。简而言之，他们所生产的th did似乎并没有力量穿越泰坦北部沼泽湖与赤道地区之间的巨大距离。由此他们得出结论：泰坦上的有机砂可能形成在他们所在的位置附近。
“它们的形成可能不涉及泰坦上的液体，因为这将需要一个巨大的运输距离超过2000公里从泰坦的极地到赤道，”于补充说。“柔软而脆弱的有机粒子在到达赤道之前会被磨成灰尘。我们的研究采用了完全不同的方法，并加强了一些来自卡西尼观察的结果。
最后，这项研究代表了研究太阳系中泰坦和其他物体的研究人员的新方向。正如Yu解释的，过去，研究人员大多受到卡西尼数据和模型的限制，以回答关于泰坦沙丘的问题。然而，Yu和她的同事们能够使用实验室生产的类比物来解决这些问题，尽管卡西尼号任务已经结束。
更重要的是，这项最新的研究肯定具有巨大的价值，因为科学家们将继续考虑卡西尼的数据，预测未来泰坦的任务。这些任务旨在更详细地研究泰坦的沙丘，甲烷湖和丰富的有机化学。正如余解释：
“你的结果不仅有助于理解泰坦沙丘的起源，而且它还将为将来登陆泰坦的未来登陆任务提供关键信息，如蜻蜓（选出的12个提案中的两个决赛中的一个）美国宇航局的新前沿计划进一步发展概念）。泰坦上的有机物质的物质特性实际上可以为解决泰坦中的一些谜团提供惊人的线索。
“我们去年在JGR行星（2017,122,2610-2622）上发表的一项研究发现，Tholin粒子之间的粒子间力量比地球上的普通沙子大得多，这意味着Titan上的有机物更多凝聚性（或粘性）比地球上的硅酸盐砂。这意味着我们需要更大的风速来吹动泰坦上的沙粒，这可以帮助建模研究人员回答第一个谜团。这也表明，泰坦沙可以通过大气中有机颗粒的简单凝固而形成，因为它们更容易粘在一起。这有助于了解泰坦沙丘的第二个奥秘。“
艺术家的蜻蜓被部署到土卫六的概念，并开始其探索任务
在未来的十年中，预计多个任务将探索外太阳系的卫星，并揭示其丰富环境的事情，以帮助揭示地球上生命的起源。此外，詹姆斯韦伯太空望远镜（现在预计将于2021年部署）还将使用其先进的仪器套件研究太阳系的行星，以期解决这些亟待解决的问题。
