Primeira observação da química em ação na atmosfera de Titã

MADRID 14 maio (EUROPA PRESS) -

Observações com o Telescópio Espacial James Webb detectaram pela primeira vez o radical metil (CH3) na atmosfera de Titã, lua de Saturno com química ativa, nuvens e chuvas de metano.

"A detecção direta do CH3 nos permite validar o que os modelos químicos previram há muito tempo: que a rica química orgânica de Titã começa com alguns radicais altamente reativos que agora podemos observar", explica Manuel López Puertas, pesquisador do Instituto de Astrofísica de Andalicía (IAA-CSIC) que participou do estudo, em um comunicado.

O trabalho também apresenta outros resultados reveladores, como um perfil completo do monóxido de carbono (CO) na atmosfera de Titã ou os primeiros sinais de convecção de nuvens em seu hemisfério norte - onde atualmente é verão - sobre uma região rica em lagos e mares. Os resultados foram publicados na revista Nature Astronomy.

O metano (CH4) é o principal impulsionador da atividade química em Titã. Em sua atmosfera, o metano é decomposto pela luz solar ou pelo impacto de elétrons energéticos da magnetosfera de Saturno. Esses fragmentos de metano podem então reagir entre si ou com outras moléculas para formar compostos mais complexos, como o etano (C2H6) e outras moléculas orgânicas que poderiam ser depositadas na superfície.

PRIMEIRA OBSERVAÇÃO DA QUÍMICA ATMOSFÉRICA EM AÇÃO

Os dados do Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) do Telescópio Espacial James Webb forneceram uma peça-chave para a compreensão da complexa química de Titã: a primeira detecção direta do radical metil (CH3) em sua atmosfera. Esse tipo de molécula, conhecida como "radical" porque contém um elétron livre não ligado, forma-se quando o metano se fragmenta. "Sua detecção nos permite observar pela primeira vez a química em ação na atmosfera de Titã, não apenas os compostos iniciais e os produtos finais, mas também os estágios intermediários do processo", diz Manuel López Puertas (IAA-CSIC).

Além de revelar como os compostos orgânicos são formados na atmosfera, essa química baseada em hidrocarbonetos tem implicações importantes para a evolução de longo prazo de Titã. Quando o metano se decompõe na atmosfera superior, parte desse gás é transformado em outras moléculas que, com o tempo, são depositadas na superfície em diferentes formas químicas. Ao mesmo tempo, parte do hidrogênio liberado no processo escapa para o espaço. Como resultado, o metano se esgotará com o tempo, a menos que haja alguma fonte interna para reabastecê-lo.

"Em Titã, o metano é um recurso que está sendo consumido. Ele pode estar sendo reabastecido internamente, infiltrando-se lentamente na crosta ao longo de bilhões de anos. Mas, se não estiver, acabará desaparecendo, e Titã acabará se tornando um mundo de poeira e dunas", alerta Conor Nixon, pesquisador do Goddard Space Flight Center (GSC) da NASA e principal autor do estudo.

Outra das descobertas mais reveladoras veio do instrumento NIRSpec da JWST, um espectrógrafo de infravermelho próximo que conseguiu medir a concentração de monóxido de carbono (CO) na atmosfera de Titã, desde a superfície até a atmosfera superior (acima de 800 km de altitude). As observações ampliam os perfis anteriores, limitados a 450 km, e confirmam que a concentração de CO permanece constante em todas as camadas. Assim, o pesquisador do IAA-CSIC, Manuel López Puertas, destaca que "o fato de o CO permanecer constante desde a troposfera até a exosfera indica que o oxigênio que ele contém não é gerado em Titã, mas vem de fora".

Por outro lado, o CO contém a maior parte do oxigênio na atmosfera de Titã, que é dominada por nitrogênio, carbono e hidrogênio, portanto sua origem é um mistério. Suspeita-se agora que esse oxigênio possa vir de fluxos OH/H2O (radical hidroxila/água) e oxigênio atômico (O), compostos que contêm oxigênio gerado pela poeira interplanetária e pela atividade de Enceladus, outra das luas de Saturno. Esse trabalho também possibilitou a medição da concentração de CO2 usando um modelo avançado, confirmando medições anteriores da missão Cassini-Huygens, mas deixando o enigma do ciclo completo de oxigênio em Titã sem solução.

Ambas as descobertas - a detecção de CH3 e o perfil completo de CO - oferecem uma nova janela para a evolução atmosférica de Titã e os processos que poderiam ter moldado ambientes químicos semelhantes aos da Terra primitiva.

CLIMA ATMOSFÉRICO DE TITÃ

Em Titã, o metano desempenha um papel meteorológico semelhante ao da água na Terra. Ele evapora de lagos e mares, sobe para a atmosfera, condensa-se em nuvens e pode cair novamente como uma chuva fria e oleosa em uma superfície sólida, onde as temperaturas extremamente baixas (-180 °C) tornam a água gelada tão dura quanto a rocha.

A equipe observou Titã em duas campanhas - novembro de 2022 e julho de 2023 - combinando dados do JWST com os do Observatório W. M. Keck, localizado no solo. Eles detectaram nuvens em latitudes médias e altas no hemisfério norte e descobriram que essas nuvens pareciam estar subindo com o passar dos dias. Embora a convecção de nuvens já tenha sido documentada no hemisfério sul, essa é a primeira vez que esse fenômeno é observado no verão do hemisfério norte.

"Essa descoberta é especialmente relevante porque a maioria dos lagos e mares de Titã está concentrada em seu hemisfério norte, e a evaporação dessas massas líquidas é uma fonte importante de metano atmosférico", diz o primeiro autor do artigo.

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