Cientistas trabalhando com dados da missão Cassini da NASA confirmaram a presença de uma grande quantidade de hidrocarbonetos complexos na atmosfera superior da maior Lua de Saturno,Titã, que depois evoluem como os componentesque dão à lua uma diferente bruma marrom-alaranjada. A presença desses complexo hidrocarbonetos de anéis, chamados hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), explica a origem das partículas de aerosol encontradas na camada mais baixa de bruma que cobre a superfície de Titã. Cientistas acreditam que esses compostos PAH se agregam em partículas maiores à medida em que se movimentam para baixo.
De todos os astros do sistema solar, Titã tem a atmosfera mais parecida com a da Terra. Como a de nosso planeta, a atmosfera de Titã é composta de uma grande parcela de nitrogênio molecular. Entretanto, ao contrário da atmosfera terrestre, a de Titãs contém apenas traços de oxigênio e água. Outra molécula, o metano, desempenha um papel semelhante ao da água na atmosfera da Terra, e compõe cerca de 2% da atmosfera de Titã. Cientistas especularam que a atmosfera desta lua pode ser parecida com a do nosso planeta em seus primórdios, antes de ter sido enriquecida com oxigênio por organismos vivos, através da fotossíntese.
Quando a luz solar ou partículas altamente energéticas da bolha magnética de Saturno atinge as camadas da atmosfera de Titã acima de 1.000 quilômetros, as moléculas de nitrogênio e metano se desfazem. Isso resulta na formação de grandes quantidades de íons massivos postivos e elétrons, que disparam uma cadeia de reações químicas, produzindo uma variedade de hidrocarbonetos — uma ampla gama do que foi detectado na atmosfera de Titã. Essas reações levam por fim à produção de aerossóis de base carbônica, grandes agragados de átomos e moléculas que são encontrados nas camadas inferiores da bruma que envolve Titã, bem abaixo de 500 quilômetros. O processo é semelhante ao que ocorre na Terra, onde o nevoeoiro se inicia com a luz solar quebrando hidrocarbonetos que são lançados no ar. As partes resultantes se recombinam para formar moléculas mais complexas.
Aerossóis na bruma mais baixa da atmosfera de Titã foram estudados com o uso de dados obtidos na descida da sonda Huygens da Agência Espacial Europeia, que chegou à superfície em 2005, mas a origem desses aerossóis ainda é desconhecida. Novos estudos para análise de dados do espectrômetro de mapeamento visual e infravermelho da Cassini (VIMS) colhidos em julho e agosto de 2007 podem resolver o problema. Um novo estudo da atmosfera superior de Titan publicado no Astrophysical Journal descreve a detecção dos PAHs, que são grandes moléculas de base carbônica que se formam a partir da agregação de hidrocarbonetos menores.
"Nós podemos finalmente confirmar que os PAHs desempenham uma função importante na produção da bruma inferior de Titã, e que as reaçõesquímicas que levam á formação da bruma se iniciam na alta atmosfera," disse o autor principal deste artigo, Manuel López-Puertas, do Instituto de Astrofísica de Andaluzia, em Granada, Espanha. "Esta descoberta é surpreendente: Nós há muito suspeitávamos que os PAHs e aerossóis estavam relacionados na atmosfera de Titã, mas não esperávamos poder provar isso com os instrumentos atuais."
A equipe de cientistas esteve estudando a emissão de várias moléculasna atmosfera de Titã quando depararam com uma característica peculiar nos dados.Uma das linhas características do espectro — de emissões de metano — tinha uma forma ligeiramente anômala, e os cientistas acharam que ela estava escondendo algo.
Bianca Maria Dinelli, do Instituto de Ciências Atmosféricas e Climatáticas (parte do Conselho Nacional de Pesquisas) em Bolonha, na Itália, foi a autora principal de um artigo ralacionado, publicado na revista Geophysical Research Letters.Ela e seus colegas conduziram uma minuciosa investigação para identificar a espécie química responsável pela anomalia. O sinal adicional só era encontrado durante o dia, logo, tinha claramente algo a ver com a irradiação solar.
"O comprimento de onda central deste sinal, em torno de 3,28 microns, é típico de compostos aromáticos — moléculas de hidrocarboneto nas quais os átomos de carbono estão ligados por estruturas semelhantes a anéis," disse Dinelli.
Os cientistas fizeram testes para verificar se a emissão não-identificada poderia ser produzida por benzeno, o mais simples composto aromático,, com apenas um anel, que havia sido detectado anteriormente na atmosfera de Titã. Entretanto, a relativamente baixa quantidade de benzeno não é suficiente para explicar a emissão que havia sido observada.
Após descartarem o benzeno, os cientistas tentaram reproduzir a emissão observada com os mais complexos PAHs. Eles confrontaram seus dados com o NASA Ames PAH Infrared Spectral Data Base. E tiveram êxito: os dados podem ser explicados como sendo uma emissão por uma mistura de vários PAHs diferentes,que contêm uma média de 34 átomos de carbono e cerca de dez anéis cada um.
"Os PAHs são muito eficientes para absorver radiação ultravioleta do Sol, redistribuindo a energia na molécula e finalmente emitindo-a em comprimenros de infravermelho," disse o coautor Alberto Adriani, do Instituto de Espaço, Astrofísica e Planetologia do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália (INAF), em Roma. Ele participa da equipe de coinvestigadores da Cassini-VIMS e deu início a esta investigação. Ele dirige a equipe que coletou e processous dos dados da VIMS.
Esses hidrocarbonetos têm tambéma peculiar capacidade de emitir grandes quantidades de radiação infravermelha, mesmo no ambiente rarefeito da atmosfera superior de Titã, onde colisões entre moléculas não são frequentes. As moléculas são elas próprias produtos intermediários, geradas quando a radiação do Sol ioniza moléculas menores na atmosfera superior de Titã, que então coagulam e afundam.
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