Esta vista da maior lua de Saturno, Titã, está entre as últimas imagens que a espaçonave Cassini enviou à Terra antes de mergulhar na atmosfera do planeta gigante. Crédito:NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute
Os pesquisadores da missão Cassini da NASA encontraram evidências de um gelo híbrido tóxico em uma nuvem fina acima do pólo sul da maior lua de Saturno, Titã.
A descoberta é uma nova demonstração da química complexa que ocorre na atmosfera de Titã - neste caso, formação de nuvens na estratosfera da lua gigante - e parte de uma coleção de processos que, em última análise, ajuda a entregar uma miscelânea de moléculas orgânicas à superfície de Titã.
Invisível ao olho humano, a nuvem foi detectada em comprimentos de onda infravermelhos pelo Espectrômetro Infravermelho Composto, ou CIRS, na espaçonave Cassini. Localizado a uma altitude de cerca de 100 a 130 milhas (160 a 210 quilômetros), a nuvem está muito acima das nuvens de chuva de metano da troposfera de Titã, ou região mais baixa da atmosfera. A nova nuvem cobre uma grande área perto do pólo sul, de cerca de 75 a 85 graus de latitude sul.
Experimentos de laboratório foram usados para encontrar uma mistura química que combinasse com a assinatura espectral da nuvem - a impressão digital química medida pelo instrumento CIRS. Os experimentos determinaram que o gelo exótico na nuvem é uma combinação da molécula orgânica simples de cianeto de hidrogênio com o grande benzeno químico em forma de anel. Os dois produtos químicos parecem ter se condensado ao mesmo tempo para formar partículas de gelo, em vez de uma camada sobre a outra.
"Esta nuvem representa uma nova fórmula química de gelo na atmosfera de Titã, "disse Carrie Anderson, do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, um co-investigador do CIRS. "O que é interessante é que esse gelo nocivo é feito de duas moléculas que se condensaram juntas de uma rica mistura de gases no pólo sul."
Anteriormente, Os dados do CIRS ajudaram a identificar gelo de cianeto de hidrogênio em nuvens sobre o pólo sul de Titã, bem como outros produtos químicos tóxicos na estratosfera lunar.
Na estratosfera de Titã, um padrão de circulação global envia uma corrente de gases quentes do hemisfério, onde é verão, para o pólo de inverno. Essa circulação inverte a direção quando as estações mudam, levando a um acúmulo de nuvens em qualquer pólo que esteja passando pelo inverno. Pouco depois de sua chegada a Saturno, A Cassini encontrou evidências desse fenômeno no pólo norte de Titã. Mais tarde, perto do fim dos 13 anos da espaçonave no sistema de Saturno, um acúmulo de nuvem semelhante foi detectado no pólo sul.
A maneira simples de pensar sobre a estrutura da nuvem é que diferentes tipos de gás se condensarão em nuvens de gelo em diferentes altitudes, quase como camadas em uma sobremesa parfait. Exatamente qual nuvem condensa onde depende de quanto vapor está presente e das temperaturas, que se tornam cada vez mais frios em altitudes mais baixas na estratosfera. A realidade é mais complicada, Contudo, porque cada tipo de nuvem se forma em uma faixa de altitudes, então é possível que alguns gelados condensem simultaneamente, ou co-condensar.
Anderson e seus colegas usam o CIRS para classificar o complexo conjunto de impressões digitais infravermelhas de muitas moléculas na atmosfera de Titã. O instrumento separa a luz infravermelha em suas cores componentes, como gotas de chuva criando um arco-íris, e mede a intensidade do sinal nos diferentes comprimentos de onda.
"O CIRS atua como um termômetro de sensoriamento remoto e como uma sonda química, escolhendo a radiação de calor emitida por gases individuais em uma atmosfera, "disse F. Michael Flasar, o investigador principal do CIRS em Goddard. "E o instrumento faz tudo remotamente, ao passar por um planeta ou lua. "
A nova nuvem, que os pesquisadores chamam de nuvem polar sul de alta altitude, tem uma assinatura química distinta e muito forte que apareceu em três conjuntos de observações de Titã tiradas de julho a novembro de 2015. Como as estações de Titã duram sete anos terrestres, foi o final do outono no pólo sul o tempo todo.
As assinaturas espectrais dos gelos não correspondem às de qualquer produto químico individual, então a equipe começou experimentos de laboratório para condensar misturas de gases simultaneamente. Usando uma câmara de gelo que simula as condições da estratosfera de Titã, eles testaram pares de produtos químicos que tinham impressões digitais infravermelhas na parte direita do espectro.
Inicialmente, eles permitem que um gás se condense antes do outro. Mas o melhor resultado foi alcançado introduzindo cianeto de hidrogênio e benzeno na câmara e permitindo que condensassem ao mesmo tempo. Por si próprio, o benzeno não tem uma impressão digital distinta do infravermelho. Quando foi permitido co-condensar com cianeto de hidrogênio, Contudo, a impressão digital no infravermelho distante do gelo co-condensado foi uma correspondência próxima para as observações do CIRS.
Estudos adicionais serão necessários para determinar a estrutura das partículas de gelo co-condensadas. Os pesquisadores esperam que eles sejam irregulares e desordenados, em vez de cristais bem definidos.
Anderson e colegas encontraram anteriormente um exemplo semelhante de gelo co-condensado em dados CIRS de 2005. Essas observações foram feitas perto do pólo norte, cerca de dois anos após o solstício de inverno no hemisfério norte de Titã. Essa nuvem se formou em uma altitude muito mais baixa, abaixo de 93 milhas (150 quilômetros), e tinha uma composição química diferente:cianeto de hidrogênio e cianoacetileno, uma das moléculas orgânicas mais complexas encontradas na atmosfera de Titã.
Anderson atribui as diferenças nas duas nuvens às variações sazonais nos pólos norte e sul. A nuvem do norte foi detectada cerca de dois anos após o solstício de inverno do norte, mas a nuvem do sul foi detectada cerca de dois anos antes do solstício de inverno do sul. É possível que as misturas de gases fossem ligeiramente diferentes nos dois casos ou que as temperaturas tivessem subido um pouco no momento em que a nuvem polar norte foi localizada, ou ambos.
"Uma das vantagens da Cassini foi que fomos capazes de voar por Titan repetidamente ao longo da missão de treze anos para ver as mudanças ao longo do tempo, "disse Anderson." Esta é uma grande parte do valor de uma missão de longo prazo. "
A espaçonave Cassini encerrou sua missão de Saturno em 15 de setembro, 2017