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 instância, ajudam a fornecer uma miscelânea de moléculas orgânicas para a superfície de Titã.
Invisível para o olho humano, a nuvem foi detectada em comprimentos de onda infravermelhos pelo Espectrômetro de infravermelho composto (CIRS, na sigla em inglês), da espaçonave Cassini. Localizado a uma altitude de cerca de 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, cerca de 75 a 85 graus de latitude sul.
Experimentos de laboratório foram usados para encontrar uma mistura química que correspondesse à assinatura espectral da nuvem - a impressão digital química medida pelo instrumento CIRS. Os experimentos determinaram que o gelo exótico na nuvem é uma combinação de molécula orgânica simples de cianeto de hidrogênio juntamente com benzeno químico em forma de anel. Os dois produtos químicos parecem ter condensado ao mesmo tempo para formar partículas de gelo, ao invés de um estar em camadas em cima do outro.
Na estratosfera de Titã, um padrão de circulação global envia uma corrente de gases quentes do hemisfério, onde é verão para o de inverno. Esta circulação inverte a direção quando as estações mudam, levando a um acúmulo de nuvens em qualquer posto que esteja experimentando o inverno. Pouco depois da chegada a Saturno, Cassini encontrou evidências desse fenômeno no pólo norte de Titã. Mais tarde, perto do final dos 13 anos da nave espacial no sistema 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 condensam em nuvens de gelo em diferentes altitudes, quase como camadas em uma sobremesa de parfait. Exatamente qual a nuvem que se condensa e onde depende da quantidade de vapor presente e das temperaturas, que ficam mais e mais frias em altitudes mais baixas na estratosfera. A realidade é mais complicada, no entanto, porque cada tipo de nuvem se forma em uma variedade de altitudes, por isso é possível que alguns gelos se condensem simultaneamente.
Anderson e colegas usam o CIRS para classificar o complexo conjunto de impressões digitais infravermelho de muitas moléculas na atmosfera de Titã. O instrumento separa a luz infravermelha em suas cores componentes, como pingos de chuva criando um arco-íris e mede os pontos fortes do sinal nos diferentes comprimentos de onda.
"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, investigador principal do CIRS em Goddard. "E o instrumento faz tudo remotamente, enquanto passa por um planeta ou lua".
A nova nuvem, que os pesquisadores chamam de nuvem polar de alta altitude, tem uma assinatura química distinta e muito forte que apareceu em três conjuntos das observações de Titã tomadas de julho a novembro de 2015. Como as estações de Titan duram sete anos da Terra, este período corespondeu ao final do outono no polo sul o tempo todo.
As assinaturas espectrais desses gelos não coincidem com as de qualquer produto químico individual, de modo que a equipe iniciou experiências de laboratório para condimentar simultaneamente misturas de gases. Usando uma câmara de gelo que simula condições na estratosfera de Titã, eles testaram pares de produtos químicos que tinham impressões digitais infravermelhas na parte direita do espectro.
Em primeiro lugar, eles deixaram um gás condensar antes que o outro. Mas o melhor resultado foi alcançado através da introdução de cianeto de hidrogênio e benzeno na câmara e permitindo que se condensem ao mesmo tempo. Por si só, o benzeno não tem uma impressão digital distinta de infravermelho distante. Quando foi permitido co-condensar com cianeto de hidrogênio, no entanto, a impressão digital do infravermelho distante do gelo co-condensado foi uma correspondência próxima das observações CIRS.
Estudos adicionais serão necessários para determinar a estrutura das partículas de gelo co-condensadas. Os pesquisadores esperam que elas sejam granulosos e desordenados, em vez de cristais bem definidos.
Anderson e colegas encontraram anteriormente um exemplo semelhante de gelo co-condensado em dados do 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 a uma altitude muito menor, abaixo de 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 vista cerca de dois anos após o solstício de inverno do norte, mas a nuvem do sul foi vista 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 se aqueceram um pouco quando a nuvem polar norte foi detectada, ou ambas.
"Uma das vantagens da Cassini foi que conseguimos sobrevoar Titan repetidas vezes ao longo da missão de treze anos para observar mudanças ao longo do tempo", disse Anderson. "Esta é uma grande parte do valor de uma missão de longo prazo".
A nave espacial Cassini terminou sua missão Saturno em 15 de setembro de 2017.
Fonte: NASA
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