A lua de Saturno, Encélado, está coberta de gelo, mas sob essa concha congelada existe um oceano global. Perto do pólo sul da Lua, fissuras na crosta libertam vapor de água e partículas de gelo para o espaço. Essas partículas oferecem aos cientistas uma maneira incomum de estudar um oceano alienígena sem ter que perfurar quilômetros de gelo.
Uma equipa internacional que inclui investigadores do Earth-Life Science Institute (ELSI) do Instituto de Ciência de Tóquio investigou agora o que acontece à água do oceano à medida que emerge abaixo da superfície e eventualmente se transforma nas minúsculas partículas de gelo encontradas no espaço.
Cassini encontra grãos de gelo surpreendentemente diversos
Entre 2004 e 2017, o Analista de Poeira Cósmica da sonda Cassini da NASA mediu a composição de partículas de gelo individuais no anel E de Saturno. Esse anel é continuamente abastecido com material que sai de Encélado.
Uma equipe liderada pelo professor Frank Postberg, da Freie Universität Berlin, examinou 961 espectros de massa de grãos contendo sal, conhecidos como partículas do Tipo 3. Se os grãos fossem pequenas amostras da mesma água do oceano, os cientistas poderiam esperar que contivessem aproximadamente a mesma composição de sal.
Em vez disso, os grãos diferiam dramaticamente.
Alguns eram particularmente ricos em cloreto de sódio, enquanto outros continham maiores quantidades de carbonato, fosfato ou cloreto de potássio. Um padrão particularmente surpreendente foi que o cloreto e o carbonato raramente apareciam juntos na mesma partícula rica em sódio.
Isso levantou um enigma fundamental. Se todos estes grãos vieram do mesmo oceano, porque é que a sua composição química é tão diferente?
Recriando as gotículas oceânicas de Encélado em laboratório
Para explorar essa questão, o professor do ELSI Yasuhito Sekine e os seus colegas criaram gotículas de laboratório contendo os principais sais presentes no oceano de Encélado.
Os pesquisadores congelaram gotículas de diferentes tamanhos sob diferentes condições de resfriamento e depois estudaram como os elementos químicos se distribuíam após o congelamento das gotículas.
Os resultados mostraram que a velocidade de congelamento desempenha um papel importante.
Em gotículas de cerca de 200 micrômetros, quando a velocidade de congelamento é relativamente lenta, cerca de 10 K por minuto ou menos, os sais se separam em regiões separadas. Quando as gotículas congelavam mais rapidamente, seus elementos químicos permaneciam misturados de maneira mais uniforme.
“Ficámos surpresos que a diversidade observada pela Cassini pudesse surgir de gotículas originadas essencialmente da mesma água do oceano”, disse Sekin. “As nossas experiências mostram que quando gotículas oceânicas relativamente grandes congelam lentamente, diferentes sais dentro delas podem separar-se. Se essas gotículas congeladas forem posteriormente quebradas, podem produzir partículas de gelo muito mais pequenas, cada uma das quais com uma composição química muito diferente.”
Uma viagem lenta pelo gelo de Encélado
As descobertas também podem revelar o que acontece dentro da crosta gelada da lua.
Estudos anteriores geralmente acreditavam que a pulverização de água do mar de Encélado solidifica-se rapidamente e acelera em direção ao espaço logo após deixar o oceano. Novos experimentos apontam para um cenário diferente.
As gotículas podem inicialmente mover-se muito lentamente através de sistemas de ventilação subterrâneos, seguindo caminhos complexos através de fraturas no gelo antes de atingirem a superfície.
Os pesquisadores sugerem que a pulverização marítima forma primeiro gotículas que variam de dezenas a centenas de micrômetros de tamanho. À medida que essas gotículas se movem lentamente através das partes mais profundas dos poros, elas congelam lentamente, dando aos sais tempo suficiente para se separarem em diferentes áreas.
As condições mudam mais perto da superfície. O gás começa a se mover mais rápido e as gotículas congeladas podem colidir com as paredes de estreitos canais de gelo em alta velocidade. Essas colisões podem quebrar as gotículas em pedaços muito pequenos.
Cada fragmento pode vir de uma região diferente, rica em sal, dentro da gota congelada original, resultando em grãos com composições químicas muito diferentes. Esses fragmentos podem então escapar para o espaço e tornar-se parte do anel E de Saturno.
“Os dados da Cassini mostraram-nos que estes grãos ricos em sal são muito mais diversos quimicamente do que a composição média dos oceanos”, disse Postberg. “A combinação destas observações com experiências de congelamento dá-nos uma explicação física: a Cassini pode ter amostrado grandes gotículas oceânicas congeladas, cada uma preservando diferentes componentes que se partiram durante a sua viagem em direção à superfície. A abundância de cada componente individual no oceano é então refletida no número de fragmentos em que um determinado componente é encontrado.”
Encélado pode concentrar naturalmente compostos-chave
Esta descoberta pode ser especialmente importante para futuras missões a Encélado.
À medida que as gotículas congelam e se desfazem, os compostos individuais podem concentrar-se em grãos específicos. Este processo não separa apenas sais diferentes. Trabalhos anteriores também mostraram que as substâncias orgânicas podem ser separadas umas das outras e aparecer em concentrações mais elevadas em algumas partículas.
Isso pode tornar a análise futura muito mais fácil.
Compostos altamente diluídos no oceano de Encélado e misturados com muitas outras substâncias podem ser muito mais fáceis de detectar quando concentrados em partículas individuais de gelo.
Na Terra, os laboratórios muitas vezes despendem um esforço considerável separando e concentrando produtos químicos antes de analisar uma amostra. Encélado parece realizar ambas as etapas de “preparação da amostra” naturalmente: os componentes químicos são separados e alguns ficam concentrados dentro de uma fração das partículas de gelo.
Implicações potenciais para a química prebiótica
O congelamento lento pode ter outra consequência importante.
À medida que os cristais de gelo crescem, pequenas bolsas de água salgada líquida podem ficar presas entre eles. Sais e compostos orgânicos podem ficar altamente concentrados dentro dessas bolsas.
Essa concentração pode ser importante para a química prebiótica, que envolve processos químicos que podem ter ocorrido antes do surgimento da vida. Um grande desafio nessa química é colocar moléculas, que geralmente são muito finas, em contato próximo umas com as outras.
Como a maior parte do material ejetado de Encélado eventualmente volta para a Lua, esse processo de congelamento, concentração e reciclagem pode ocorrer repetidamente.
Compreender como Encélado forma os seus grãos de gelo faz mais do que explicar as medições incomuns da Cassini. Isto fornece novas pistas sobre o ambiente escondido sob a superfície da Lua e pode ajudar futuras naves espaciais a interpretar corretamente as partículas que recolhem enquanto procuram evidências habitáveis e possíveis sinais de vida.
