Descubre los secretos de la atmósfera de la luna más grande de Saturno.

Nuevo estudio La atmósfera de Titán se utiliza como laboratorio natural para profundizar en la química de la molécula de metano, una molécula que en la Tierra puede ser un subproducto de la vida.

Titán es la segunda luna más grande del sistema solar y la única con una atmósfera densa. En lo alto de esta atmósfera rica en nitrógeno y metano, la radiación del Sol produce una gran diversidad de moléculas orgánicas, algunas de las cuales también encontramos en la Tierra como componentes de la unidad básica de la vida, la célula.

Investigación pionera sobre la atmósfera de Titán

Un equipo de investigación internacional liderado por Rafael Silva, del Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio y Máster en Ciencias de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Lisboa (Ciências ULisboa), analizó la luz solar reflejada por la atmósfera de Titán e identificó por primera vez cerca de un centenar de rayos solares. . Firmas que la molécula de metano (CH₄) graba huellas en el rango visible del espectro electromagnético que son necesarias para encontrarla en otras atmósferas.

La atmósfera de la luna más grande de Saturno oculta su superficie debajo de una capa global de neblina espesa y opaca. Están compuestos de moléculas orgánicas e hidrocarburos, “tan grandes que forman partículas, como la contaminación atmosférica en algunas ciudades de la Tierra, que se depositan en la superficie”, dice Rafael Silva, y añade: “Podría haber cosas más interesantes”. La química está ahí.» Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Además, el equipo encontró posible evidencia de la presencia de una molécula de tres carbonos (C₃), una molécula que puede participar en la serie de reacciones químicas que generan moléculas complejas de titanio. De confirmarse, sería la primera detección de una molécula de tres carbonos en un cuerpo planetario.

«La atmósfera de Titán actúa como un reactor químico de tamaño planetario, produciendo muchas moléculas complejas basadas en carbono», dice Rafael Silva, y añade: «De todas las atmósferas que conocemos en el sistema solar, la atmósfera de Titán es la más similar a la de Titán». Creemos que existió en la Tierra primitiva.

El papel del metano y la espectroscopia.

El metano, un gas en la Tierra, proporciona información sobre procesos geológicos y posiblemente sobre procesos biológicos. Es una molécula que no permanece mucho tiempo en la atmósfera de la Tierra o de Titán porque es rápida e irreversiblemente destruida por la radiación solar. Por esta razón, el metano en Titán debe reponerse mediante procesos geológicos, como la liberación de gas subterráneo.

Este trabajo aportó nueva información sobre la química del propio metano. Las 97 nuevas líneas de absorción espectral en las longitudes de onda de la luz visible (en las regiones de color naranja, amarillo y verde) fueron identificadas en bandas de líneas previamente asociadas con la absorción de metano pero nunca asignadas. Por primera vez se conoció la longitud de onda y la intensidad de cada una de estas líneas.

Concepción artística de la superficie de Titán. Esta luna de Saturno es uno de los planetas más parecidos a la Tierra del sistema solar, a pesar de que la temperatura alcanza los -179 grados centígrados. Es el único lugar del sistema solar que contiene lagos, pero son lagos de hidrocarburos. Estas moléculas, compuestas únicamente de carbono e hidrógeno, actúan como el agua en la Tierra, participando en el ciclo del metano, con precipitaciones, formación de ríos y evaporación. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

«Incluso en espectros de alta resolución, las líneas de absorción de metano no son lo suficientemente fuertes con la cantidad de gas que podemos obtener en un laboratorio en la Tierra. Pero en Titán tenemos una atmósfera llena, y el camino que recorre la luz a través de la atmósfera puede «Esto hace que las diferentes bandas y líneas, que tienen una señal débil en los laboratorios de la Tierra, sean muy visibles en Titán», dice Rafael Silva.

Conocer y catalogar todas las huellas dactilares de una molécula de metano también ayudará a identificar nuevas moléculas, especialmente en atmósferas con química compleja, donde analizar espectros es un desafío debido a la densidad de las huellas moleculares, incluso con instrumentos de alta resolución.

Así, el equipo encontró signos de la posible existencia de una molécula de tres carbonos (C₃) en las capas superiores a una altitud de 600 km. En el sistema solar, esta molécula, que se manifiesta como una emisión azulada, hasta ahora sólo se conocía en el material que rodea los núcleos de los cometas. Las líneas de absorción en Titán que el equipo vinculó al tricarbonato son pocas y de baja intensidad, aunque son muy específicas de este tipo de moléculas, por lo que en el futuro se realizarán nuevas observaciones para intentar confirmar esta detección.

«Cuanto más sepamos sobre las diferentes moléculas implicadas en la complejidad química de la atmósfera de Titán, mejor entenderemos qué tipo de evolución química pudo haber permitido o haber estado relacionada con el origen de la vida en la Tierra», afirma Rafael Silva. «Se cree que algunos de los materiales orgánicos que contribuyeron al origen de la vida en la Tierra se produjeron en su atmósfera mediante procesos relativamente similares a los que observamos en Titán», añade.

Promover la investigación de exoplanetas

Actualmente esta luna Saturno Se trata de un mundo único en el sistema solar, que sirve como prueba para preparar futuras observaciones de las atmósferas de planetas fuera de nuestro sistema planetario, o los llamados exoplanetas. Entre estos objetos puede haber objetos pequeños y fríos como Titán.

«La experiencia adquirida en análisis difíciles como este podría informar las observaciones infrarrojas utilizando el Telescopio Espacial James Webb, o una futura misión espacial Ariel, desde el espacio». Agencia Espacial Europea (ESA)”, comenta Pedro Machado, segundo autor de este artículo ahora publicado.

Los datos utilizados en este trabajo provienen de observaciones realizadas en junio de 2018 utilizando el espectrómetro visible UVES de alta resolución, montado en el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral en Chile. También se utilizaron datos archivados recopilados con el mismo instrumento en 2005.

Referencia: “Un estudio del espectro visible de alta resolución de Titán: caracterización de líneas en las bandas visibles de CH4 y la búsqueda de C3” por Rafael Rianco Silva, Pedro Machado, Zeta Martins, Emmanuel Lelouch, Jean-Christophe Louison, Michel Dobrijevic, Juan A. Dias y José Ribeiro, 8 de enero de 2024, Ciencias planetarias y espaciales..
doi: 10.1016/j.pss.2023.105836