土卫六电离层中的尘埃-等离子体相互作用：气溶胶侵蚀的实验模拟

积聚在土卫六橙色雾霾中的有机气溶胶始于其电离层。这一大气上层高度活跃，在 1200 至 900 km 高度范围内发生复杂的离子化学过程。电离层是一种含少量甲烷和氢的氮等离子体。甲烷中的碳使得具有长有机链的大分子得以形成，最终产生有机气溶胶。另一方面，我们推测氢和质子化离子对气溶胶具有另一种侵蚀效应。本文中我们实验研究了氢和质子化物种对有机气溶胶的影响。土卫六气溶胶类似物在 95% N2 和 5% CH4 的 CCP RF 等离子体放电中生成。此后，气溶胶暴露于 99% N2 和 1% H2 的直流等离子体中。样品通过扫描电子显微镜和原位红外透射光谱进行分析。比较了两种压片技术——KBr 压片与薄金属栅格——以确认所观察到的变化并非由制样材料引起。我们观察到直径约 500 nm 的球形气溶胶在 N2-H2 等离子体暴露下被侵蚀，其表面形成约 10 nm 的孔洞。气溶胶整体被等离子体从压片中移除。红外光谱显示异腈和/或碳二亚胺比腈类总谱带消失更快。β-不饱和腈和/或氰胺则呈现相反效应。C=C 与 C=N 等双键比胺类和 C-H 键受影响更甚。N-H 与 C-H 吸收带强度比保持相似且形状未变。因此，碳和氢在土卫六电离层中似乎扮演相反角色：甲烷中的碳导致有机物生长，而氢与质子化物种侵蚀气溶胶并优先与不饱和化学官能团反应。