Investigadores da missão Cassini da NASA encontraram provas de gelo híbrido e tóxico numa nuvem fina acima do polo sul da maior lua de Saturno, Titã.
A descoberta é uma nova demonstração da química complexa que ocorre na atmosfera de Titã – neste caso, a formação de nuvens na estratosfera da lua gigante – e faz parte de uma coleção de processos que, em última instância, ajudam a fornecer uma variedade de moléculas orgânicas à superfície de Titã.
Invisível ao olho humano, a nuvem foi detetada em comprimentos de onda infravermelhos pelo instrumento CIRS (Composite Infrared Spectrometer) a bordo da sonda Cassini. Localizada a altitudes entre os 160 e os 210 km, esta formação está muito acima das nuvens de chuva de metano da troposfera de Titã, a região mais baixa da atmosfera. A nova nuvem cobre uma grande área perto do polo sul, mais ou menos entre os 75 e 85 graus de latitude sul.
Foram usadas experiências laboratoriais para encontrar uma mistura química que correspondesse à assinatura espectral da nuvem – a impressão digital química medida pelo instrumento CIRS.
As experiências determinaram que o gelo exótico na nuvem é uma combinação da molécula orgânica simples cianeto de hidrogénio com a substância química em forma de anel, benzeno. 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.
“Esta nuvem representa uma nova fórmula química de gelo na atmosfera de Titã. O interessante é que este gelo nocivo é composto por duas moléculas que se condensaram numa mistura rica de gases no polo sul”, comenta Carrie Anderson do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, coinvestigadora do CIRS.
Anteriormente, os dados do CIRS ajudaram a identificar o gelo cianeto de hidrogénio em nuvens sobre o polo sul de Titã, bem como outras substâncias químicas tóxicas na estratosfera da lua.
Na estratosfera de Titã, um padrão de circulação global envia uma corrente de gases quentes do hemisfério onde é verão para o polo de inverno. Esta circulação inverte a sua direção quando as estações mudam, levando a uma acumulação de nuvens no polo onde é inverno.
Pouco depois da sua chegada a Saturno, a Cassini encontrou evidências deste fenómeno no polo norte de Titã. Mais tarde, perto do final dos 13 anos da sonda no sistema saturniano, foi avistada a acumulação de uma nuvem semelhante, mas no polo sul.
A maneira mais simples de pensar na estrutura da nuvem é que tipos diferentes de gases vão condensar-se em nuvens de gelo a diferentes altitudes, quase como camadas num Parfait. Exatamente quais as nuvens que se condensam, e onde, depende da quantidade de vapor presente e das temperaturas, que ficam mais frias a altitudes mais baixas na estratosfera.
No entanto, a realidade é mais complicada, porque cada tipo de nuvem forma-se ao longo de uma variedade de altitudes, por isso é possível que alguns gelos se condensem simultaneamente, ou que se co-condensem.
Anderson e colegas usaram o CIRS para classificar o conjunto complexo de assinaturas espectrais infravermelhas de muitas moléculas na atmosfera de Titã. O instrumento separa a radiação infravermelha nas suas cores componentes, como gotas de chuva que criam um arco-íris, e mede os pontos fortes do sinal nos diferentes comprimentos de onda.
“O CIRS atua como um termómetro remoto e como uma sonda química, determinando a radiação de calor emitida pelos gases individuais numa atmosfera. E o instrumento faz tudo remotamente, enquanto passa por um planeta ou por uma lua”, explica F. Michael Flasar, investigador principal do CIRS em Goddard.
A nova nuvem, que os investigadores chamam de nuvem polar de alta altitude, tem uma assinatura química distinta e muito forte que apareceu em três conjuntos de observações de Titã obtidas de julho a novembro de 2015. Tendo em conta que as estações de Titã duram sete anos terrestres, durante todo esse tempo estávamos no final de outono no polo sul.
As assinaturas espectrais dos gelos não coincidem com as de qualquer substância química individual, de modo que a equipa iniciou experiências laboratoriais para condensar simultaneamente misturas de gases. Usando uma câmara de gelo que simula as condições na estratosfera de Titã, testaram pares de produtos químicos que tinham impressões digitais infravermelhas na parte correta do espectro.
Ao início, deixaram um gás condensar-se antes do outro. Mas o melhor resultado foi alcançado através da introdução simultânea de cianeto de hidrogénio e benzeno na câmara e permitindo que se condensassem ao mesmo tempo. Por si só, o benzeno não tem uma assinatura infravermelha distinta.
No entanto, quando os cientistas permitiram que se co-condensasse com o cianeto de hidrogénio, a impressão no infravermelho longínquo do gelo co-condensado tinha uma íntima correspondência com as observações do CIRS.
Serão necessários estudos adicionais para determinar a estrutura das partículas de gelo co-condensado. Os investigadores esperam que sejam grumosas e desordenadas, em vez de cristais bem definidos.
Anderson e os colegas encontraram anteriormente um exemplo semelhante de gelo co-condensado nos dados do CIRS em 2005. Essas observações foram feitas perto do polo norte, cerca de dois anos após o solstício de inverno no hemisfério norte de Titã.
Essa nuvem formou-se a uma altitude muito mais baixa, abaixo dos 150 km, e tinha uma composição química diferente: cianeto de hidrogénio e cianoacetileno, uma das moléculas orgânicas mais complexas encontradas na atmosfera Titã.
Anderson atribui as diferenças nas duas nuvens a variações sazonais nos polos norte e sul. A nuvem a norte foi avistada cerca de dois anos após o solstício de inverno no polo norte, mas a nuvem a sul foi avistada cerca de dois anos antes do solstício de inverno no polo sul.
É possível que a mistura de gases fosse ligeiramente diferente nos dois casos, ou que as temperaturas tivessem subido um pouco quando a nuvem polar norte foi avistada, ou uma combinação de ambos.
“Uma das vantagens da Cassini foi que conseguimos passar por Titã repetidas vezes durante a missão de treze anos para ver mudanças ao longo do tempo. Esta é uma grande parte do valor de uma missão de longo prazo”, salienta Anderson.
A sonda Cassini terminou a sua missão no dia 15 de setembro de 2017.
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