Separados por bilhões de quilômetros e moldados por ambientes muito diferentes, a lua nebulosa de Saturno, Titã, e o planeta anão Plutão têm pouco em comum no papel.
Titã Um mundo geologicamente activo envolto numa atmosfera mais densa que a Terra, a sua paisagem moldada por oceanos de metano líquido e vastas dunas construídas por partículas orgânicas que chovem dos seus céus. Plutão, por outro lado, é um posto avançado legal Uma atmosfera sombria Um pingente de gelo paira acima da superfície congelada.
está detalhado em um Um novo estudoEsta característica aparece tanto em Titã como em Plutão precisamente no mesmo comprimento de onda infravermelho, indicando que ambos os mundos absorvem luz de forma semelhante. O sinal indica a presença de um composto desconhecido ou de uma família de compostos relacionados que os cientistas ainda não identificaram.
“É muito misterioso”, disse Bruno Bezard, cientista planetário do Observatório de Paris que liderou a descoberta, ao Space.com. “Não podemos dizer o que é.”
Perseguindo o sinal
Ao analisar as observações de Titã de novembro de 2022, ézard descobriu pela primeira vez uma característica inexplicável: o JWST coletou luz infravermelha que penetra através da neblina em faixas de comprimento de onda estreitas e muito específicas, permitindo aos cientistas ver diretamente através da atmosfera, de outra forma opaca.
Para sentir essa luz, os pesquisadores contam com EspectroscopiaUma técnica usada para identificar compostos pelos comprimentos de onda específicos de luz que eles absorvem. Como cada molécula deixa uma impressão digital espectral única que os telescópios podem detectar, os astrônomos podem identificar rotineiramente objetos que vão desde simples água gelada até moléculas complexas no Sistema Solar e além.
Mas o recurso recém-descoberto não corresponde a nenhum espectro de biblioteca padrão listado até agora, nem parece ser um acaso de hardware, observa o estudo. A mesma característica de absorção foi detectada por dois instrumentos JWST diferentes – o Espectrofotômetro de Infravermelho Próximo (NIRSpec) e o Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) – descartando a possibilidade de um artefato de instrumento.
Depois de não conseguir encontrar uma correspondência com as impressões digitais espectrais catalogadas dos gelos planetários mais simples e comuns, Bezard questionou-se se outro mundo com química atmosférica semelhante poderia conter uma pista. Ele recorreu ao seu colega Emmanuel Lelluch, do laboratório de Paris, que Projeto JWST Observou Plutão em maio de 2023.
“Eu perguntei a ele: ‘Existe uma assinatura neste comprimento de onda exato (em Plutão)?’ perguntou”, lembrou Bezard em uma entrevista ao Space.com. “Então procuramos e descobrimos que estava lá.”
Fato básico
Não há evidências de que a molécula misteriosa seja uma bioassinatura, disse Bezard. Em vez disso, reflecte a química prebiótica que tem estado em acção há mais de 4 mil milhões de anos no ambiente livre de oxigénio de Titã.
Uma possibilidade convincente é que pertença a uma família de hidrocarbonetos chamados alenos, que o estudo observa serem os únicos compostos orgânicos que exibem fortes bandas de absorção dentro da mesma faixa infravermelha de 5 mícrons que o sinal misterioso.
Mas a família dos alenos contém muitas variantes complexas para as quais ainda não está disponível um espectro completo, disse Bessard. Alternativamente, a assinatura pode ter alterado a impressão digital espectral de uma molécula conhecida, possivelmente devido à mistura com outros gelos planetários que ainda não foram totalmente catalogados.
“Só temos espectros para os mais simples deles”, disse Bessard. “Mas você pode encontrar um ou mais compostos que pertencem a esta família e criar essa característica de absorção.”
Qualquer que seja a composição, ele e a sua equipa acreditam que o “gelo” acabará por se formar na superfície através de reações fotoquímicas na atmosfera.
Apesar das suas diferenças marcantes, tanto Titã como Plutão têm atmosferas dominadas por azoto e metano. Os cientistas sabem, através de observações de naves espaciais e de simulações de laboratório, que nas partes superiores da atmosfera dos planetas, a luz ultravioleta quebra estas moléculas e desencadeia uma camada de fragmentos químicos altamente reativos. Esses fragmentos então se recombinam em compostos orgânicos complexos, alguns dos quais condensam e Neve de volta Abaixo da superfície, foi onde o JWST os encontrou.
Duas fontes diferentes sustentam este gasoduto atmosfera-superfície. Primeiro, a equipe estudou como o sinal se comporta no disco de Titã. À medida que o JWST escaneava Titã desde o centro da sua face redonda em direção à sua borda externa, ou membro, o sinal misterioso enfraqueceu continuamente, observa o estudo.
“Isso é o que você esperaria se viesse da superfície”, disse Bezard.
Devido à geometria tridimensional da visualização de uma esfera, um sinal proveniente de uma superfície plana parece mais forte no centro e torna-se mais fraco perto da borda, onde o ângulo de visão se torna mais longo e mais obscurecido através da atmosfera. Esta característica particular de escurecimento não foi partilhada pelo monóxido de carbono atmosférico que a equipa examinou, que permaneceu essencialmente inalterado do núcleo aos membros, disse Bessard, o que ajudou a equipa a especular que esta molécula misteriosa poderia residir no solo.
Plutão forneceu uma evidência independente para apoiar esta teoria da superfície. A sua atmosfera de quase vácuo é fisicamente demasiado fina e rarefeita para produzir uma característica de absorção da profundidade observada, disse Bezard, deixando a superfície sólida do planeta anão como a única fonte plausível da assinatura de profundidade.
Para testar ainda mais a sua hipótese de origem atmosférica, a equipe analisou as observações do JWST das luas de Júpiter. Ganimedes. Como Ganimedes não possui atmosfera de nitrogênio-metano, ele não pode operar o mesmo motor fotoquímico de Titã e Plutão. É claro que os investigadores não encontraram nenhum vestígio desta característica misteriosa, dando mais apoio à teoria de que o composto está exclusivamente ligado à química dos céus de azoto e metano.
Mapeando a superfície de Titã
Mais clareza pode surgir em alguns meses. Pesquisadores estão atualmente investigando Novas observações do JWST Ele fornece uma visão completa do Titã enquanto ele gira. Os dados permitirão à equipe mapear uma misteriosa assinatura infravermelha na superfície da Lua e determinar se ela está associada a características geológicas específicas, como os vastos campos de dunas ricos em matéria orgânica de Titã, que são constantemente reabastecidos por um lento fluxo de partículas complexas produzidas na atmosfera, disse Bezard.
Mais pistas terão que esperar pela missão Dragonfly da NASA, que deverá ser um helicóptero do tamanho de um carro. Lançado em 2028 e chegar a Titã em meados da década de 2030.
Embora o Dragonfly não carregue um espectrômetro infravermelho que reproduza as medições de luz do JWST, seu espectrômetro de massa a bordo permitirá que a espaçonave “prove” moléculas orgânicas nas várias regiões geologicamente interessantes pelas quais voa. Ao revelar quais compostos estão realmente presentes na superfície de Titã, a missão poderá dar aos cientistas uma pequena lista de candidatos para replicar em laboratórios na Terra para ver se correspondem às propriedades da molécula misteriosa, disse Bessard.
“É sempre emocionante quando você encontra algo que nunca foi visto antes”, disse Bessard. “É realmente a melhor parte do nosso trabalho.”
O Um novo estudo Aceito para publicação no Journal of Astronomy and Astrophysics.
