Durante os 13 anos e 76 dias em que o Cassini missão passada em torno de Saturno, o orbitador e seu lander (o Huygens sonda) revelou muita coisa sobre Saturno e seus sistemas de luas. Isto é especialmente verdade em Titã, a maior lua de Saturno e um dos objetos mais misteriosos do Sistema Solar. Como resultado dos muitos sobrevôos da Cassini, os cientistas aprenderam muito sobre os lagos de metano de Titan, a atmosfera rica em nitrogênio e as características da superfície.
Apesar de Cassini mergulhados na atmosfera de Saturno em 15 de setembro de 2017, os cientistas ainda estão investigando o que revelou. Por exemplo, antes de encerrar sua missão, a Cassini capturou a imagem de uma estranha nuvem flutuando acima do polo sul de Titã, que é composto de partículas de gelo híbridas e tóxicas. Essa descoberta é outra indicação da química orgânica complexa que ocorre na atmosfera de Titã e em sua superfície.
Como essa nuvem era invisível a olho nu, ela só foi observada graças ao Espectrômetro Infravermelho Composto (CIRS) da Cassini. Este instrumento avistou a nuvem a uma altitude de 160 a 210 km (100 a 130 milhas), muito acima das nuvens de chuva de metano da troposfera de Titã. Também cobriu uma grande área perto do polo sul, entre 75 ° e 85 ° de latitude sul.
Usando a impressão digital química obtida pelo instrumento CIRS, os pesquisadores da NASA também realizaram experimentos de laboratório para reconstruir a composição química da nuvem. Essas experiências determinaram que a nuvem era composta pelas moléculas orgânicas cianeto de hidrogênio e benzeno. Esses dois produtos químicos pareciam ter se condensado juntos para formar partículas de gelo, em vez de serem depositados um sobre o outro.
Para aqueles que passaram mais de uma década estudando a atmosfera de Titã, essa foi uma descoberta bastante interessante e inesperada. Como Carrie Anderson, co-investigadora do CIRS no Goddard Space Flight Center da NASA, disse em recente comunicado à imprensa da NASA:
"Esta nuvem representa uma nova fórmula química de gelo na atmosfera de Titã. O interessante é que esse gelo nocivo é feito de duas moléculas que se condensaram a partir de uma rica mistura de gases no pólo sul. "
A presença dessa nuvem em torno do polo sul de Titã também é outro exemplo dos padrões de circulação global da lua. Isso envolve correntes de gases quentes enviadas do hemisfério que está passando o verão para o hemisfério durante o inverno. Esse padrão inverte a direção quando as estações mudam, o que leva a um acúmulo de nuvens em torno de qualquer polo que esteja enfrentando o inverno.
Quando o orbitador da Cassini chegou a Saturno em 20o4, o hemisfério norte de Titã estava experimentando o inverno - que começou em 2004. Isso foi evidenciado pelo acúmulo de nuvens em torno de seu polo norte, que Cassini viu durante seu primeiro encontro com a lua no final do mesmo ano. Da mesma forma, o mesmo fenômeno estava ocorrendo no pólo sul, perto do fim da missão da Cassini.
Isso foi consistente com as mudanças sazonais em Titã, que ocorrem aproximadamente a cada sete anos terrestres - um ano em Titã dura cerca de 29,5 anos terrestres. Normalmente, as nuvens que se formam na atmosfera de Titã são estruturadas em camadas, onde diferentes tipos de gás se condensam em nuvens geladas em diferentes altitudes. Quais condensam depende da quantidade de vapor presente e das temperaturas - que ficam cada vez mais frias perto da superfície.
No entanto, às vezes, diferentes tipos de nuvens podem se formar em várias altitudes ou co-condensar com outros tipos de nuvens. Certamente isso parecia ser o caso quando se tratava da grande nuvem de cianeto de hidrogênio e benzeno que foi vista acima do pólo sul. As evidências dessa nuvem foram derivadas de três conjuntos de observações do Titan feitas com o instrumento CIRS, que ocorreram entre julho e novembro de 2015.
O instrumento CIRS funciona separando a luz infravermelha em suas cores constituintes e mede as forças desses sinais nos diferentes comprimentos de onda para determinar a presença de assinaturas químicas. Anteriormente, era usado para identificar a presença de nuvens de gelo com cianeto de hidrogênio sobre o pólo sul, além de outros produtos químicos tóxicos na estratosfera da lua.
Como F. Michael Flasar, o principal investigador do CIRS em Goddard, disse:
“O CIRS atua como um termômetro de sensoriamento remoto e como uma sonda química, captando a radiação de calor emitida por gases individuais em uma atmosfera. E o instrumento faz tudo remotamente, enquanto passa por um planeta ou lua. ”
No entanto, ao examinar os dados de observação quanto a "impressões digitais" químicas, Anderson e seus colegas notaram que as assinaturas espectrais da nuvem gelada não correspondiam às de qualquer produto químico individual. Para resolver isso, a equipe começou a realizar experimentos de laboratório onde misturas de gases eram condensadas em uma câmara que simulava condições na estratosfera de Titã.
Depois de testar diferentes pares de produtos químicos, eles finalmente encontraram um que correspondia à assinatura de infravermelho observada pelo CIRS. Inicialmente, eles tentaram deixar um gás condensar antes do outro, mas descobriram que os melhores resultados eram obtidos quando os dois gases eram introduzidos e permitiam condensar ao mesmo tempo. Para ser justo, não foi a primeira vez que Anderson e seus colegas descobriram gelo co-condensado nos dados do CIRS.
Por exemplo, observações semelhantes foram feitas perto do Pólo Norte em 2005, cerca de dois anos depois que o hemisfério norte experimentou seu solstício de inverno. Naquela época, as nuvens geladas eram detectadas a uma altitude muito menor (abaixo de 150 km ou 93 mi) e mostravam impressões digitais químicas de cianicida de hidrogênio e caynoacetileno - uma das moléculas orgânicas mais complexas na atmosfera de Titã.
Essa diferença entre a detecção mais recente de uma nuvem híbrida, segundo Anderson, se resume a diferenças nas variações sazonais entre os pólos norte e sul. Enquanto a nuvem polar do norte observada em 2005 foi identificada cerca de dois anos após o solstício de inverno do norte, a nuvem do sul que Anderson e sua equipe examinaram recentemente foi identificada dois anos antes do solstício de inverno do sul.
Em resumo, é possível que a mistura dos gases tenha sido ligeiramente diferente nos dois casos, e / ou que a nuvem do norte tenha a chance de aquecer um pouco, alterando um pouco a composição. Como Anderson explicou, essas observações foram possíveis graças aos muitos anos que a missão Cassini passou em torno de Saturno:
“Uma das vantagens da Cassini é que fomos capazes de sobrevoar Titã várias vezes ao longo da missão de treze anos, para ver mudanças ao longo do tempo. Essa é uma grande parte do valor de uma missão de longo prazo. ”
Certamente serão necessários estudos adicionais para determinar a estrutura dessas nuvens geladas de composição mista, e Anderson e sua equipe já têm algumas idéias sobre como elas se pareceriam. Pelo seu dinheiro, os pesquisadores esperam que essas nuvens sejam irregulares e desordenadas, em vez de cristais bem definidos, como as nuvens monoquímicas.
Nos próximos anos, os cientistas da NASA certamente gastarão muito tempo e energia separando todos os dados obtidos pelo Cassini missão ao longo de sua missão de 13 anos. Quem sabe o que mais eles detectarão antes de esgotarem as vastas coleções de dados do orbitador?
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