A lua de Saturno é um campo de testes para obter uma melhor compreensão da molécula de metano

Concepção artística da superfície de Titã. Esta lua de Saturno é um dos mundos do sistema solar que mais se assemelha à Terra, apesar da temperatura lá atingir -179° Celsius. É o único lugar do sistema solar que possui lagos, mas são lagos de hidrocarbonetos. Essas moléculas feitas apenas de carbono e hidrogênio agem como a água na Terra, participando de um ciclo do metano com chuva, formação de rios e evaporação. Crédito:NASA/JPL/Instituto de Ciências Espaciais

Titã é a segunda maior lua do sistema solar e a única com uma atmosfera densa. No topo desta atmosfera, rica em nitrogênio e metano, a radiação solar produz uma grande diversidade de moléculas orgânicas, algumas das quais também encontramos na Terra como constituintes da unidade básica da vida, a célula.

Uma equipa de investigação internacional liderada por Rafael Silva, do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço e mestre pela Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (Ciências ULisboa), analisou a luz solar reflectida pela atmosfera de Titã e identificou pela primeira vez quase uma centena de assinaturas que a molécula de metano (CH₄ ) inscreve na faixa visível do espectro eletromagnético traços essenciais para encontrá-lo em outras atmosferas.

Além disso, a equipe encontrou possíveis evidências da presença da molécula de tricarbono (C₃ ), molécula que poderá participar da cadeia de reações químicas que geram moléculas complexas de Titã. Se confirmada, será a primeira detecção da molécula de tricarbono em um corpo planetário.

"A atmosfera de Titã funciona como um reator químico do tamanho de um planeta, produzindo muitas moléculas complexas à base de carbono", diz Rafael Silva, acrescentando:"De todas as atmosferas que conhecemos no sistema solar, a atmosfera de Titã é a mais semelhante àquela pensamos que existiu na Terra primitiva."

O metano, que na Terra é um gás, fornece informações sobre processos geológicos e potencialmente sobre processos biológicos. É uma molécula que não sobrevive por muito tempo nas atmosferas da Terra ou de Titã porque é rápida e irreversivelmente destruída pela radiação solar. Por esta razão, em Titã, o metano deve estar a ser reabastecido por processos geológicos, tais como a libertação de gás subterrâneo.

A atmosfera da maior lua de Saturno esconde a sua superfície sob uma camada global de nevoeiro espesso e opaco. São constituídos por moléculas orgânicas e hidrocarbonetos, “tão grandes que formam partículas, como a poluição atmosférica de algumas cidades da Terra, e que se depositam na superfície”, afirma Rafael Silva, acrescentando:“Poderia haver ainda mais interessante química lá." Crédito:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Este trabalho trouxe novas informações sobre a própria química do metano. As 97 novas linhas de sua absorção espectral nos comprimentos de onda da luz visível – nas regiões de cor laranja, amarelo e verde – foram identificadas em faixas de linhas anteriormente associadas à absorção pelo metano, mas nunca individualizadas. Pela primeira vez, o comprimento de onda e a intensidade de cada uma dessas linhas são conhecidos.

"Mesmo em espectros de alta resolução, as linhas de absorção de metano não são suficientemente fortes com a quantidade de gás que podemos ter num laboratório na Terra. Mas em Titã, temos uma atmosfera inteira, e o caminho que a luz percorre através da atmosfera pode ser centenas de quilômetros de extensão, o que faz com que as diferentes bandas e linhas, que têm sinal fraco nos laboratórios da Terra, sejam muito evidentes em Titã”, diz Rafael Silva.

Conhecer e catalogar todas as assinaturas da molécula de metano também ajudará a identificar novas moléculas, especialmente em atmosferas com uma química tão complexa, onde a análise dos espectros é um desafio devido à densidade das assinaturas moleculares, mesmo com instrumentos de alta resolução.

Foi assim que a equipe encontrou indícios da possível presença da molécula de tricarbono (C₃ ) nas camadas altas, a uma altitude de 600 quilômetros. No sistema solar, esta molécula, que se manifesta como uma emissão azulada, era até agora conhecida apenas no material que rodeia o núcleo de um cometa.

As linhas de absorção em Titã que a equipa associou ao tricarbono são poucas e de baixa intensidade apesar de serem muito específicas deste tipo de molécula, pelo que novas observações serão realizadas no futuro para tentar confirmar esta deteção.

Na camada superior da atmosfera de Titã, visível aqui em luz azul, as moléculas de metano estão a ser dissociadas pela luz solar e a recombinar-se em moléculas de etano e acetileno. Mais abaixo, as névoas alaranjadas escondem completamente a superfície. Crédito:NASA/JPL/Instituto de Ciências Espaciais

“Quanto mais soubermos sobre as diferentes moléculas que participam na complexidade química da atmosfera de Titã, melhor compreenderemos o tipo de evolução química que pode ter permitido, ou estar relacionada, com a origem da vida na Terra”, afirma Rafael Silva. , e acrescenta:“Acredita-se que parte da matéria orgânica que contribuiu para a origem da vida na Terra tenha sido produzida em sua atmosfera por processos relativamente semelhantes aos que observamos em Titã”.

Atualmente, esta lua de Saturno é um mundo único no sistema solar, sendo um campo de testes na preparação de futuras observações das atmosferas de planetas fora do nosso sistema planetário, os chamados exoplanetas. Entre estes, pode haver corpos pequenos e frios como Titã.

“A experiência adquirida em análises desafiantes como esta poderá beneficiar observações infravermelhas com o telescópio espacial James Webb, ou a futura missão espacial Ariel, da Agência Espacial Europeia (ESA)”, comenta Pedro Machado, segundo autor deste artigo agora publicado.

Os dados utilizados neste trabalho provêm de observações realizadas em junho de 2018 com o espectrógrafo visível e ultravioleta de alta resolução UVES, instalado no Very Large Telescope do ESO (VLT), no Chile. Também foram utilizados dados arquivados coletados com o mesmo instrumento em 2005.

A pesquisa foi publicada na revista Planetary and Space Science .

Mais informações: Rafael Rianço-Silva et al, Um estudo de espectros visíveis de altíssima resolução de Titã:Caracterização de linhas em CH visível₄ bandas e a busca por C₃ , Ciência Planetária e Espacial (2024). DOI:10.1016/j.pss.2023.105836
Fornecido pela Universidade de Lisboa

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