Astrônomos que usam o Observatório Gemini exploram a maior lua de Netuno, Tritão, e observam, pela primeira vez fora do laboratório, uma união extraordinária entre monóxido de carbono e gelo de nitrogênio. A descoberta oferece insights sobre como essa mistura volátil pode transportar material pela superfície da lua por meio de gêiseres, desencadeiam mudanças atmosféricas sazonais, e fornecer um contexto para condições em outros lugares distantes, mundos gelados.

Condições extremas podem produzir resultados extremos. Nesse caso, é o emparelhamento incomum de duas moléculas comuns - monóxido de carbono (CO) e nitrogênio (N2) - congeladas como gelo sólido na lua fria de Netuno, Tritão.

No laboratório, uma equipe internacional de cientistas identificou um comprimento de onda muito específico da luz infravermelha absorvida quando o monóxido de carbono e as moléculas de nitrogênio se unem e vibram em uníssono. Individualmente, Os congelamentos de monóxido de carbono e nitrogênio absorvem, cada um, seus próprios comprimentos de onda distintos de luz infravermelha, mas a vibração em tandem de uma mistura de gelo absorve em um adicional, comprimento de onda distinto identificado neste estudo.

Usando o telescópio Gemini South de 8 metros no Chile, a equipe registrou esta mesma assinatura infravermelha única no Triton. A chave para a descoberta foi o espectrógrafo de alta resolução chamado IGRINS (Immersion Grating Infrared Spectrometer), que foi construído como uma colaboração entre a Universidade do Texas em Austin e o Instituto Coreano de Astronomia e Ciência Espacial (KASI). Tanto o Observatório Gemini quanto o IGRINS recebem financiamento da Fundação Nacional de Ciências dos EUA (NSF) e KASI.

"Embora a impressão digital espectral gelada que descobrimos fosse inteiramente razoável, especialmente porque esta combinação de gelo pode ser criada no laboratório, localizar este comprimento de onda específico de luz infravermelha em outro mundo é sem precedentes, "disse Stephen C. Tegler, do Laboratório de Materiais Astrofísicos da Northern Arizona University, que liderou o estudo internacional. Os resultados da pesquisa foram aceitos para publicação no Astronomical Journal .

Na atmosfera da Terra, as moléculas de monóxido de carbono e nitrogênio existem como gases, não gelos. Na verdade, o nitrogênio molecular é o gás dominante no ar que respiramos, e o monóxido de carbono é um contaminante raro que pode ser letal.

Na distante Tritão, Contudo, monóxido de carbono e nitrogênio congelam como gelos sólidos. Eles podem formar seus próprios sorvetes independentes, ou podem se condensar na mistura gelada detectada nos dados do Gemini. Esta mistura gelada pode estar envolvida nos gêiseres icônicos de Tritão vistos pela primeira vez nas imagens da espaçonave Voyager 2 como escuros, raias sopradas pelo vento na superfície do distante, lua gelada.

A espaçonave Voyager 2 capturou pela primeira vez os gêiseres de Tritão em ação na região do pólo sul da lua em 1989. Desde então, as teorias se concentraram em um oceano interno como uma possível fonte de material em erupção. Ou, os gêiseres podem entrar em erupção quando o Sol de verão aquecer esta fina camada de gelo volátil na superfície de Tritão, potencialmente envolvendo a mistura de monóxido de carbono e gelo de nitrogênio revelado pela observação de Gêmeos. Essa mistura de gelo também pode migrar ao redor da superfície de Tritão em resposta a padrões sazonais de luz solar.

"Apesar da distância de Tritão do Sol e das baixas temperaturas, a fraca luz do sol é o suficiente para impulsionar fortes mudanças sazonais na superfície e na atmosfera de Tritão, "acrescenta Henry Roe, Vice-diretor da Gemini e membro da equipe de pesquisa. "Este trabalho demonstra o poder de combinar estudos de laboratório com observações de telescópio para compreender processos planetários complexos em ambientes alienígenas tão diferentes do que encontramos todos os dias aqui na Terra."

As estações progridem lentamente no Triton, já que Netuno leva 165 anos terrestres para orbitar o sol. Uma temporada de Tritão dura pouco mais de 40 anos; Tritão ultrapassou a marca do solstício de verão do sul em 2000, deixando cerca de mais 20 anos para conduzir pesquisas adicionais antes do início do outono.

Olhando para a frente, os pesquisadores esperam que essas descobertas iluminem a composição do gelo e as variações sazonais da atmosfera em outros mundos distantes além de Netuno. Os astrônomos suspeitaram que a mistura de monóxido de carbono e gelo de nitrogênio não existe apenas em Tritão, mas também em Plutão, onde a nave espacial New Horizons encontrou os dois gelos coexistindo. Essa descoberta de Gêmeos é a primeira evidência espectroscópica direta desses gelos se misturando e absorvendo esse tipo de luz em ambos os mundos.

Fundo

Tritão orbita Netuno, o oitavo planeta do Sol, cerca de 2,7 bilhões de milhas da Terra - na franja externa fria da maior zona do planeta do nosso Sistema Solar. É a única grande lua do Sistema Solar que orbita "para trás" ou na direção oposta à rotação de seu planeta. O movimento peculiar sugere que Tritão é um objeto transnetuniano capturado do Cinturão de Kuiper - uma região de sobras do início da história do Sistema Solar, é por isso que compartilha várias características com o planeta anão Plutão e Eris:tamanho (cerca de dois terços da nossa Lua), e temperaturas de superfície que oscilam perto do zero absoluto; tão baixo que compostos comuns que conhecemos como gases na Terra se congelam em gelo.

A atmosfera de Tritão também é 70, 000 vezes menos denso que o da Terra e é composto de nitrogênio, metano, e monóxido de carbono. Sua superfície parece consistir em dois terrenos diferentes, um composto pelos gelos voláteis e o segundo formado pelos gelos de água e dióxido de carbono.

Acredita-se que o nitrogênio molecular tenha sido o tipo mais comum de nitrogênio disponível durante a formação do Sistema Solar. Sua abundância no Sistema Solar exterior é uma chave importante para as origens da vida, pois é uma parte importante dos blocos de construção da vida.