Separados por bilhões de quilômetros e moldados por ambientes muito diferentes, a lua esfumaçada de Saturno, Titã, e o planeta anão Plutão têm pouco em comum no papel.
o titã Um mundo geologicamente ativo envolto em uma atmosfera mais espessa que a da Terra, sua paisagem é um mar de metano líquido e dunas gigantes formadas por partículas orgânicas que caem de seus céus. Plutão, por outro lado, é um posto avançado gelado ambiente fraco Pairando sobre uma superfície gelada e congelada.
Detalhes um Nova pesquisaA característica aparece exatamente no mesmo comprimento de onda infravermelho em Titã e Plutão, indicando que absorve luz de ambos os mundos igualmente. O sinal indica a presença de um composto desconhecido ou de uma família de compostos relacionados, que os cientistas ainda não identificaram.
“É bastante misterioso”, disse Bruno Bezard, cientista planetário do Observatório de Paris que liderou a descoberta, ao Space.com. “Não podemos dizer o que é.”
corrida de sinal
Ezzard detectou pela primeira vez a característica inexplicável ao analisar observações de Titã em novembro de 2022, quando o JWST coletou luz infravermelha emitida pela fumaça em faixas de comprimento de onda estreitas e muito específicas, permitindo aos cientistas observar diretamente através da atmosfera, de outra forma opaca.
Para entender 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 detectar rotineiramente substâncias, desde simples água gelada até moléculas complexas em todo o sistema solar e além.
Mas a característica recentemente identificada não corresponde aos espectros da biblioteca padrão catalogados até agora, nem parece ser um acaso de hardware, observou o estudo. A mesma característica de absorção foi detectada por dois instrumentos JWST diferentes – o Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) e o Mid-Infrared Instrument (MIRI) – descartando a possibilidade de um artefato instrumental.
Depois de não conseguir encontrar uma correspondência com as impressões digitais espectrais catalogadas dos gelos planetários mais simples e comuns, Buzzard questionou-se se outro mundo com química atmosférica semelhante poderia conter uma pista. Ele recorreu ao seu colega Emmanuel Lelouch, do Observatório de Paris, que assumiu a liderança Programa JWST que observou Plutão em maio de 2023.
“Eu perguntei a ele: ‘Você também tem uma assinatura neste comprimento de onda exato (em Plutão)?'”, lembrou Buzzard em uma entrevista ao Space.com. “Então procuramos e descobrimos que estava lá.”
verdade fundamental
Não há evidências de que a molécula misteriosa seja uma bioassinatura, disse Buzzard. Em vez disso, provavelmente reflecte a química prebiótica que tem estado em acção no ambiente livre de oxigénio de Titã há mais de 4 mil milhões de anos.
Uma possibilidade convincente é que pertença a uma família de hidrocarbonetos conhecidos como alenos, que o estudo observa serem essencialmente os únicos compostos orgânicos conhecidos por exibirem fortes bandas de absorção na mesma faixa infravermelha de 5 mícrons que o sinal misterioso.
Mas existem muitas variações complexas na família Allyn para as quais ainda não existe um espectro completo, disse Buzzard. Alternativamente, a assinatura pode pertencer a uma molécula conhecida cuja impressão digital espectral mudou, possivelmente porque se misturou com outros gelos planetários que ainda não foram totalmente catalogados.
“Só temos espectros para os mais simples deles”, disse Buzzard. “Mas é possível que dentro desta família você encontre um ou mais compostos que estão presentes juntos e produzem tal propriedade de absorção”.
Qualquer que seja o composto, ele e sua equipe acreditam que ele se forma na atmosfera por meio de reações fotoquímicas antes de “cair neve” na superfície.
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 simulações de laboratório, que na parte superior da atmosfera do planeta, a luz ultravioleta quebra estas moléculas, desencadeando uma cascata de fragmentos químicos altamente reativos. Estes fragmentos formam novamente compostos orgânicos complexos, alguns dos quais condensam e De volta à neve Na superfície inferior, onde o JWST os detectou.
Várias linhas de evidência diferentes apoiam este gasoduto atmosfera-superfície. Primeiro, a equipe analisou como o sinal se comporta no disco de Titã. À medida que o JWST escaneava Titã desde o centro da sua face circular em direção às suas bordas externas, ou membros, o sinal misterioso enfraqueceu continuamente, observou o estudo.
“Se estiver vindo da superfície, é isso que você esperaria”, disse Buzzard.
Devido à geometria tridimensional de olhar para uma esfera, um sinal de uma superfície plana parecerá mais forte no centro e tornar-se-á mais fraco perto das bordas, enquanto o ângulo de visão através da atmosfera se tornará mais longo e mais desfocado. Esta característica obscura em particular não foi partilhada pelo monóxido de carbono atmosférico que a equipa testou, que permaneceu praticamente inalterado do centro aos membros, disse Bezard, levando a equipa a levantar a hipótese de que a molécula misteriosa provavelmente reside no solo.
Plutão ofereceu uma linha independente de evidências para apoiar esta teoria da superfície. A sua atmosfera próxima de zero é fisicamente demasiado fina e esparsa para produzir as características de absorção profunda observadas, disse Buzzard, deixando a superfície sólida do planeta anão como a única fonte plausível para a assinatura profunda.
Para testar ainda mais a sua hipótese de origem atmosférica, a equipe estudou as observações do JWST das luas de Júpiter. Ganimedes. Como Ganimedes não tem atmosfera de nitrogênio-metano, ele não pode operar o mesmo motor fotoquímico de Titã e Plutão. Com certeza, os pesquisadores não encontraram nenhum vestígio da característica misteriosa, dando suporte adicional à teoria de que o composto está exclusivamente ligado à química dos céus de nitrogênio e metano.
Mapeando a superfície de Titã
Mais clareza poderá surgir nos próximos meses. Os pesquisadores estão atualmente analisando Novas observações do JWST Ele fornece uma visão mais completa de Titã enquanto ele gira. Os dados permitirão à equipe mapear a misteriosa assinatura infravermelha em toda a 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 Buzzard.
Mais pistas podem ter que aguardar a missão Dragonfly da NASA, um helicóptero do tamanho de um carro esperado Lançamento em 2028 e chegar a Titã em meados da década de 2030.
Embora o Dragonfly não carregue um espectrômetro infravermelho para replicar as medições de luz do JWST, seu espectrômetro de massa a bordo permitirá que ele “prove” moléculas orgânicas nas várias áreas geologicamente interessantes pelas quais a espaçonave irá voar. Ao revelar quais compostos estão realmente presentes na superfície de Titã, a missão poderia dar aos cientistas uma pequena lista de candidatos para os laboratórios replicarem para ver se eles correspondem às propriedades da molécula misteriosa, disse Buzzard.
“É sempre emocionante quando você descobre algo que nunca foi visto antes”, disse Buzzard. “É realmente a parte mais bonita do nosso trabalho.”
D Nova pesquisa Aceito para publicação na revista Astronomy & Astrophysics.
