Moléculas orgánicas de atmósfera de Titán se ven curiosamente agolpadas

22 octubre, 2014

Mientras estudiaba la atmósfera de Titán, uno de los satélites de Saturno, un equipo de científicos descubrió curiosas zonas de moléculas orgánicas inesperadamente concentradas lejos de sus polos norte y sur. Esta falta de homogeneidad pone en tela de juicio la creencia tradicional de que la ventosa atmósfera de Titán debería despejar rápidamente estas concentraciones de moléculas.

«Es un hallazgo inesperado y quizá revolucionario», celebra Martin Cordiner, astroquímico del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt (Maryland) y autor principal del estudio publicado hoy en la versión digital de Astrophysical Journal Letters«Es la primera vez que se observan estas variaciones de este a oeste en los gases atmosféricos de Titán. Explicar su origen constituye un problema nuevo y fascinante».

El hallazgo, realizado durante una observación extremadamente breve (una “foto” tomada en apenas tres minutos) con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), podría ayudar a los astrónomos a entender mejor los procesos que explican la compleja composición química de este cuerpo.

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Fig. 1: Imagen de ALMA que muestra la distribución de la molécula orgánica HNC en la parte más alta de la atmósfera de Titán, la luna de Saturno. Las concentraciones más densas y brillantes se muestran cerca de los polos norte y sur de la luna. Esta curiosa distribución era inesperada y puede ayudar a los investigadores a comprender mejor los complejos procesos atmosféricos presentes en Titán. El globo dibujado representa la orientación de Titán al momento de las observaciones. Crédito: NRAO/AUI/NSF; M. Cordiner (NASA) et at.

La atmósfera de Titán reviste un gran interés desde hace mucho tiempo por funcionar como una fábrica química, que usa energía del Sol y del campo magnético de Saturno para producir una amplia gama de moléculas orgánicas. Al estudiar su compleja composición química se podrían obtener pistas sobre las propiedades de la atmósfera de la Tierra cuando esta recién se formó, propiedades que podrían presentar muchas similitudes químicas con la atmósfera actual de Titán.

Los investigadores aprovecharon la extrema sensibilidad y capacidad de resolución de ALMA para estudiar las concentraciones atmosféricas de ácido isocianhídrico (HNC) y cianoacetileno (HC3N), que al principio parecían estar repartidas en forma homogénea sobre los polos norte y sur de Titán. Estos hallazgos se condicen con las observaciones realizadas por la sonda Cassini de la NASA, que encontró elevadas concentraciones de algunos gases sobre los polos de Titán cuando estos pasan por el invierno.

La sorpresa llegó cuando los investigadores compararon las concentraciones de gas en diferentes niveles de la atmósfera: en las partes más altas, estos bolsos de moléculas orgánicas se encontraban más lejos de los polos. Estas concentraciones alejadas son inesperadas debido a que los fuertes vientos de este a oeste presentes en la atmósfera de Titán a media altura deberían mezclar completamente las moléculas que allí se forman.

Los investigadores aún no han dado con una explicación plausible para estos hallazgos.

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Fig. 2: Imagen de ALMA que muestra la distribución de la molécula orgánica HC3N en la parte más alta de la atmósfera de Titán, la luna de Saturno. Las concentraciones más densas y brillantes se muestran cerca de los polos norte y sur de la luna. Esta curiosa distribución era inesperada y puede ayudar a los investigadores a comprender mejor los complejos procesos atmosféricos presentes en Titán. El globo dibujado representa la orientación de Titán al momento de las observaciones. Crédito: NRAO/AUI/NSF; M. Cordiner (NASA) et al.

«Parece increíble que haya mecanismos químicos que operen lo suficientemente rápido como para que se formen estos bolsos de moléculas» comenta Conor Nixon, astrónomo planetario de Goddard y coautor del artículo. «Lo normal sería que las moléculas fueran rápidamente mezcladas alrededor del globo por los vientos de Titán».

Por el momento, los científicos se inclinan por la presencia de efectos térmicos o de otro tipo relacionados con la interacción con el fuerte campo magnético de Saturno, que se extiende hasta Titán, como explicación de esta insólita concentración molecular. «Tampoco podemos descartar la presencia de algún tipo de patrón de circulación atmosférica especial», conjetura Cordiner.

Esta es la primera incursión de ALMA en el estudio de la composición atmosférica de uno de los principales cuerpos de nuestro Sistema Solar. Las observaciones que se llevarán a cabo de ahora en adelante deberían mejorar nuestra comprensión de la atmósfera y los procesos en curso en Titán y otros objetos del Sistema Solar.

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Fig. 3: Imagen de ALMA que muestra la distribución de la molécula orgánica HC3N en la parte más baja e intermedia de la atmósfera de Titán, la luna de Saturno. Las concentraciones más densas y brillantes se muestran cerca de los polos norte y sur de la luna. Esta curiosa distribución era inesperada y puede ayudar a los investigadores a comprender mejor los complejos procesos atmosféricos presentes en Titán. El globo dibujado representa la orientación de Titán al momento de las observaciones. Crédito: NRAO/AUI/NSF; M. Cordiner (NASA) et al.

De cierta forma, Titán es el cuerpo del Sistema Solar que más se parece a la Tierra, con su espesa atmósfera y sus grandes lagos, ríos y mares. Sin embargo, en vez de agua, por su gélida superficie corren ríos de moléculas orgánicas como el metano (CH4) y el etano (C2H6).

«Estas observaciones de ALMA nos dan nuevas pistas sobre cómo las moléculas orgánicas —que constituyen los componentes básicos de la vida— se forman y evolucionan hasta producir entornos propicios para la formación de planetas», explica Anthony Remijan, astrónomo del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO) en Charlottesville (Virginia), y coautor del artículo. «Es emocionante imaginar los nuevos hallazgos que ALMA permitirá realizar a medida que ahondemos en el estudio de otros objetos interesantes de nuestro Sistema Solar».

Información adicional

El Programa de Astrobiología de la NASA apoyó este trabajo a través de una beca del Goddard Center for Astrobiology, que forma parte del NASA Astrobiology Institute.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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