A maior lua de Saturno, Titã, é um viveiro de moléculas orgânicas, abrigando uma sopa de hidrocarbonetos complexos semelhante ao que se pensava ter existido há mais de quatro bilhões de anos na Terra primordial. Superfície de Titã, Contudo, está em um congelamento profundo a –179 graus Celsius (–290 graus Fahrenheit, ou 94 Kelvin). A vida como a conhecemos não pode existir na superfície gelada da lua.

No subsolo profundo, Contudo, é um assunto diferente. Medidas de gravidade feitas durante voos pela espaçonave Cassini da NASA revelaram que Titã contém um oceano sob sua capa de gelo, e dentro deste oceano, as condições são potencialmente adequadas para a vida.

Uma equipe financiada pela NAI liderada por pesquisadores do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA está procurando entender melhor o potencial da vida no oceano de Titã, e sua possível relação com as moléculas orgânicas na atmosfera da lua e em sua superfície. A rica diversidade de moléculas orgânicas de Titã é um produto da luz ultravioleta do Sol, iniciando reações químicas com os gases dominantes na atmosfera de Titã - hidrogênio, metano e nitrogênio. Os hidrocarbonetos complexos resultantes podem ser os blocos de construção da vida, ou fornecem nutrientes químicos para a vida, e dentro de seu oceano, Titã abriga um habitat potencial para essa vida.

Liderado por Rosaly Lopes do JPL, os quatro objetivos principais da equipe NAI são determinar como essas moléculas orgânicas são transportadas entre a atmosfera, a superfície e o oceano, quais processos ocorrem dentro do oceano para torná-lo habitável, quais bioassinaturas a vida do oceano então produz, e, finalmente, como essas bioassinaturas são transportadas de volta para a superfície, onde eles poderiam ser detectados.

Planejamento de Projeto

O projeto, que foi financiado pelo NAI por cinco anos até abril de 2023, é organizado em torno dos caminhos que as moléculas orgânicas e bioassinaturas percorrem a atmosfera e a camada de gelo ao redor do oceano.

A equipe conta atualmente com 30 membros espalhados por várias instituições. "Em cada objetivo, temos várias investigações, e cada investigação tem um investigador principal, "diz Lopes. Cada investigação funciona segundo um cronograma, de modo que os resultados produzidos pelas investigações sobre o primeiro objetivo - o transporte de moléculas orgânicas - possam alimentar os estudos dos objetivos subsequentes.

"Nossa ciência está seguindo as moléculas orgânicas em seu caminho desde o topo da atmosfera, onde são construídas, descendo pela crosta e no oceano, e se houver biologia acontecendo lá, como essas substâncias orgânicas voltam à superfície e se tornam visíveis, "diz o geoquímico e investigador-chefe adjunto do projeto, Mike Malaska do JPL.

Objetivo 1:Transporte

Os resultados científicos iniciais do projeto vieram de Conor Nixon e sua equipe da NASA Goddard, que usaram o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) no Chile para estudar o conteúdo químico da atmosfera de Titã. Saber exatamente quais espécies moleculares são encontradas na atmosfera permite que os pesquisadores construam um modelo fotoquímico abrangente da atmosfera que estabelece as bases para a compreensão de quais compostos orgânicos são capazes de atingir a superfície e potencialmente entrar no oceano.

Muito do nosso conhecimento da atmosfera de Titã vem da espaçonave Cassini, especificamente o instrumento espectrômetro infravermelho CIRS. Contudo, diz Nixon, algumas espécies moleculares eram muito fracas no infravermelho para serem detectadas pelo CIRS, mas eles são muito mais brilhantes para o ALMA. Em particular, Nixon cita várias moléculas de cianeto, CH3CN, C2H3CN e C2H5CN, que são moléculas-chave contendo nitrogênio na atmosfera de Titã que o ALMA foi capaz de detectar. Enquanto isso, existem muitas outras espécies moleculares que foram detectadas tanto pela Cassini quanto pelo ALMA. Este último detectou variações espaciais em traços de gases orgânicos criados pela quebra do metano e do nitrogênio molecular pela luz ultravioleta solar. À medida que esses gases traço derivam da atmosfera em direção à superfície, eles podem reagir com outras moléculas orgânicas para formar compostos orgânicos cada vez mais complexos. A variação espacial observada pode, portanto, impactar na abundância e tipos de orgânicos na superfície, e quais orgânicos estão próximos aos caminhos para a subsuperfície.

A Cassini observou Titã por meio ano saturnino, do inverno do norte ao verão do norte; agora que a missão Cassini terminou, O ALMA será capaz de observar como a atmosfera muda ao longo do restante do ano de Saturno e Titã - e como a abundância de moléculas orgânicas muda com ela. Por exemplo, a análise dos dados da Cassini pela equipe do NAI encontrou variações sazonais nos hidrocarbonetos C3Hx, como propano e propino na estratosfera de Titã.

As investigações restantes, como parte do Objetivo 1, envolvem a compreensão de como as moléculas são transportadas através da superfície após terem precipitado para fora da atmosfera, que é uma tarefa liderada pelo grupo de Alex Hayes na Universidade Cornell. A próxima etapa é entender como os orgânicos são modificados na superfície, e então como eles são movidos da superfície para o oceano.

Esta última consulta gerou uma possibilidade surpreendente. Um dos principais resultados do projeto até agora é um artigo de Kelly Miller, Hunter Waite e o membro da equipe NAI Christopher Glein do Southwest Research Institute no Texas, que propõe que a atmosfera de nitrogênio de Titã se origina de moléculas orgânicas que ficaram presas dentro de Titã quando a lua se formou, e o aquecimento subsequente desses gases liberou nitrogênio que se infiltrou na superfície. Para efeitos do projeto NAI, sugere que já existem compostos orgânicos dentro de Titã que podem entrar no oceano por baixo, então, mesmo que os produtos orgânicos não possam alcançar o oceano a partir da superfície, o oceano ainda pode conter os blocos de construção da vida.

"Esses compostos orgânicos podem realmente ser capazes de se infiltrar por meio do criovulcanismo, "diz Lopes, criando uma possível origem também para alguns dos produtos orgânicos na superfície de Titã.

Objetivo 2:Habitabilidade

Se existirem caminhos para os orgânicos passarem pela casca de gelo da superfície para o oceano abaixo, então a próxima etapa é descobrir se o oceano, ou em qualquer lugar do gelo na jornada para o oceano, é potencialmente habitável. É aqui que os biólogos da equipe, estudando alta pressão, organismos tolerantes ao frio, entre no jogo.

Antes que isso possa ser feito, mais precisa ser conhecido sobre o oceano. Embora a Cassini tenha confirmado que o oceano existe por meio de medições de gravidade, "O que não sabemos é a composição exata do oceano, sua densidade, seu perfil térmico, a estrutura geral da crosta gelada em cima dela, "diz Malaska.

Para entender melhor o oceano e sua habitabilidade potencial, pesquisadores da equipe começam com várias composições possíveis que poderiam existir, e trabalhar para trás, desenvolver modelos teóricos.

Embora possa ser impossível explorar diretamente o subsolo profundo ou o oceano de Titã, a equipe NAI pretende usar modelagem teórica e experimentos de laboratório para simular as condições possíveis, para entender melhor a interface entre a camada de gelo e o oceano, e o oceano com o núcleo rochoso, e o fluxo de oxidantes e redutores nessas interfaces que poderiam sustentar os micróbios.

Objetivo 3:Vida

Para que a vida possa existir no oceano de Titã ou próximo a ele, deve haver uma fonte de energia química para metabolizar. Com base no trabalho realizado nos Objetivos 1 e 2, em relação a como os produtos orgânicos chegam ao oceano e como é o ambiente do oceano, a equipe será então capaz de construir modelos teóricos de quanta energia está disponível no oceano, bem como possíveis metabolismos que poderiam existir nessas condições, para avaliar a probabilidade de a vida sobreviver lá.

Supondo que o oceano seja habitável, com fontes de energia química e um fornecimento saudável de orgânicos, o ambiente de alta pressão e baixa temperatura pode restringir a variedade de formas de vida que poderiam existir lá. Contudo, um organismo terrestre que a equipe está considerando como um exemplo adequado é Pelobacter acetylenicus , que pode sobreviver com acetileno como sua única fonte de energia metabólica e carbono.

"Nosso objetivo é pensar em Pelobacter acetylenicus como o organismo modelo, algo que poderia existir nas profundezas da superfície de Titã, "diz Malaska. Experimentos de laboratório serão realizados, colocar micróbios como Pelobacter acetylenicus em ambientes simulados descritos pela modelagem teórica acima mencionada para ver se os micróbios podem prosperar neles, para aprender como eles se adaptam para sobreviver, e quais novos tipos de biomoléculas podem resultar dessas adaptações. Essas biomoléculas podem então deixar para trás bioassinaturas - traços moleculares de vida.

Contudo, enquanto a possível existência de vida no oceano de Titã é muito boa, também precisamos ser capazes de detectar essa vida por meio de bioassinaturas. Compreender quais biomarcadores a vida pode deixar é, portanto, a segunda parte do Objetivo 3, e um banco de dados de bioassinaturas potenciais será produzido, incluindo isótopos de carbono, nitrogênio e oxigênio, bem como estruturas biológicas, como os lipídios nas membranas celulares.

Objetivo 4:Detecção

Claro, se as bioassinaturas permanecerem no oceano, eles serão impossíveis de detectar em órbita ou na superfície. Portanto, o objetivo final é buscar meios pelos quais essas bioassinaturas possam ser transportadas para a superfície - o inverso da parte do Objetivo 1 que explorou maneiras pelas quais os orgânicos poderiam alcançar o oceano a partir da superfície.

O principal meio de transporte é provável que seja convectivo (ou seja, mais quente, lamacento) gelo subindo, ou talvez criotovulcanismo.

"O metano na atmosfera é destruído pela luz ultravioleta, então tem que haver algum reabastecimento, "pontua Lopes." E ainda pode haver outgassing acontecendo. "

Embora nenhum criovulcanismo ativo tenha sido detectado em Titã ainda, várias características na superfície foram identificadas como potencialmente crio-vulcânicas. "Já estamos estudando maneiras teóricas de como o criovulcanismo pode transportar material, "diz Lopes, em antecipação para quando os resultados do objetivo 3 estiverem disponíveis.

O transporte para a superfície também pode criar ambientes habitáveis ​​ao longo do caminho. Quando Mike Malaska se refere ao subsolo profundo, ele não está se referindo apenas ao oceano, mas reservatórios que também podem existir em bolsões ao longo dos caminhos que o material orgânico leva para dentro e para fora da casca de gelo. Em particular, ele diz, entre 7 e 30 quilômetros abaixo da superfície, na fronteira entre o rígido, gelo quebradiço e mais dúctil, gelo mais macio, onde as temperaturas e pressões seriam semelhantes a 2 ou 3 quilômetros abaixo da Antártica, pode haver pequenos espaços entre os grãos de gelo da casca de gelo onde micróbios como Pelobacter acetylenicus poderia prosperar. Estar mais perto da superfície do que a camada de gelo também pode significar que os biomarcadores resultantes desses bolsões de vida subsuperficial podem alcançar a superfície mais facilmente.

Também levanta a questão de como as bioassinaturas podem ser quimicamente alteradas à medida que sobem pelos caminhos na camada de gelo, encontrar diferentes ambientes - água líquida, gelo lamacento, e gelo sólido - que teria um impacto sobre o que poderíamos esperar detectar na superfície. Finalmente, assim que chegarem à superfície, como as futuras missões para Titan detectarão esses biomarcadores? O objetivo final da investigação é pintar uma imagem de uma biosfera potencial em Titã, para que os cientistas saibam o que procurar, e o que projetar instrumentos para detectar, quando voltarmos para Titan.

"Este é o nosso grande objetivo, para tentar avaliar Titã como um sistema potencialmente habitável, ", diz Malaska." Vamos criar uma lista de biomarcadores potenciais e tentar indicar onde na superfície pode ser um bom lugar para procurá-los. "

Esta história foi republicada como cortesia da Revista Astrobiologia da NASA. Explore a Terra e muito mais em www.astrobio.net.