En un nuevo informe sobre Avances de la ciencia , Mark Elowitz, y un equipo de científicos en ciencias físicas, física óptica, investigación de radiación y ciencia planetaria en los EE. UU., REINO UNIDO., India, y taiwán, presentó el primer análisis de espectros de reflectancia ultravioleta lejana de regiones en los hemisferios anterior y posterior de Rhea, tal como lo recopiló el espectrógrafo de imágenes ultravioleta Cassini durante sobrevuelos dirigidos. En este trabajo, Su objetivo específico era explicar la característica de absorción amplia no identificada centrada cerca de 184 nanómetros de los espectros resultantes. Usando mediciones de laboratorio de la espectroscopia UV de un conjunto de moléculas, Elowitz y col. encontró un buen ajuste a los espectros de Rhea tanto con hidracina monohidrato como con varias moléculas que contienen cloro. Demostraron que el monohidrato de hidracina es el candidato más plausible para explicar la característica de absorción a 184 nm. La hidracina también era un propulsor en los propulsores de Cassini, sin embargo, en este caso, los propulsores no se utilizaron durante los sobrevuelos de satélites helados y, por lo tanto, se asumió que la señal no se elevaba desde el combustible de la nave espacial. Luego, los científicos detallaron cómo se puede producir químicamente el monohidrato de hidracina en superficies heladas.

Rea, la luna de Saturno

El conocimiento de la geología y la topografía de la superficie de la segunda luna más grande de Saturno, Rea, había avanzado enormemente gracias a varios sobrevuelos durante la misión Cassini-Huygens. La superficie de Rea está repleta de cráteres con características geomorfológicas que indican actividad endógena, como grandes cráteres de impacto en dirección norte-sur. La temperatura de la superficie de Rea puede cambiar de aproximadamente 40 a 100 K, con alto albedo geométrico visible. El albedo es decir., la cantidad de luz reflejada por un objeto celeste, era consistente con una superficie compuesta de hielo de agua, generalmente respaldado por la medición de características de absorción de infrarrojos (IR). En general, Rea orbita Saturno a una distancia aproximada de 8,75 radios de Saturno con una velocidad de 8,5 km / s, donde su hemisferio viajero es irradiado por plasma que viaja a aproximadamente 57 Km / s. Los granos del anillo E de Saturno podrían bombardear y cubrir gran parte de la superficie de Rea, y tales bombardeos de diferentes fuentes podrían provocar cambios químicos en la superficie irradiada para sintetizar una rica química superficial. Sin embargo, la composición de la superficie de Rea en la actualidad sigue siendo en gran parte desconocida. En este trabajo, Elowitz y col. utilizó cuatro espectrógrafos de imágenes ultravioleta Cassini / observaciones en disco de ultravioleta lejano (UVIS / FUV) de Rhea. Para reducir el ruido en los datos, los investigadores aplicaron un filtro suavizante. Observaron que los espectros estaban dominados por características de absorción de hielo de agua, como se señaló en satélites helados anteriores. Exploraron explicaciones para espectros de absorción amplios en el rango de longitud de onda que se aproxima a 179 a 189 nm en los espectros UVIS de Rea.

Los científicos midieron los espectros de laboratorio de varias especies moleculares y sus mezclas para derivar limitaciones ópticas. Se sabe que Rhea y Dione comparten una geomorfología similar basada en el Subsistema de ciencia de imágenes de alta resolución (ISS) de Cassini. Ambos satélites helados de tamaño medio consistían en una exosfera de oxígeno / dióxido de carbono con propiedades fotométricas y de composición similares. Tanto Rhea como Dione exhibieron hemisferios delanteros más brillantes con muy poco oscurecimiento de las extremidades en ángulos de fase bajos. El equipo atribuyó los hemisferios más brillantes a la deposición de hielo de agua pura del anillo E de Saturno, donde tanto Rhea como Dione mostraron propiedades fotométricas similares junto con proporciones de color naranja / violeta para implicar la similitud de sus superficies. Obtuvieron los espectros del modelo resultante de hidracina monohidrato (N ₂ H ₄ .H ₂ O) y triclorometano (CHCl ₃ ) debajo de una capa de hielo de agua utilizando mediciones de absorbancia de laboratorio y la teoría de Hapke. Después de examinar los espectros modelados, Elowitz y col. mostró la presencia de moléculas de hidracina monohidrato o clorometano para explicar la debilidad, amplia absorción observada entre las regiones de 179 y 189 nm. Los resultados no mostraron variaciones significativas en la fuerza de la banda entre observaciones o ubicaciones en Rea.

Los orígenes de los compuestos de cloro en Rea

A continuación, el equipo exploró posibles fuentes y sumideros de cada especie molecular, comprender los compuestos químicos responsables de los espectros de absorción débil de la región de interés. Plantearon la hipótesis de la presencia de una fuente de tetracloruro de carbono (CCl ₄ ) en Rea, seguido de una nueva capa de hielo de agua sobre la del anillo E de Saturno. La técnica de espectroscopia de reflectancia UV solo fue sensible a los pocos micrómetros superiores, permitiendo a los científicos detectar una capa de compuestos de clorometano debajo de las deposiciones de hielo de agua. Sin embargo, Todavía era difícil explicar la presencia de compuestos de cloro a través de vías químicas en Rea, ya que su origen requería la presencia de una capa oceánica interna o la liberación exógena por micrometeoroides o asteroides que contenían cloro. Por ejemplo, si los compuestos existieran profundamente en el interior de Rea, podrían deprimir el punto de congelación del hielo de agua para aumentar la probabilidad de una capa acuosa. Los investigadores habían detectado previamente sales a base de cloro como el cloruro de sodio en las columnas de Encelado como evidencia de un océano interno. Sin embargo, era poco probable que los compuestos de cloro migraran a la superficie de Rea a través de grietas en la capa de hielo debido a la profundidad comparativamente mayor de su capa líquida. La posible fuente restante de cloro fue la liberación exógena de los asteroides condríticos a lo largo de la historia. El cloro condensado puede haber sido redistribuido a otras regiones del satélite a través de la pulverización inducida por partículas cargadas de la magnetosfera de Saturno. para explicar la amplia distribución de los compuestos de cloro muestreados.

Comprender la producción de hidracina monohidrato en Rea

En comparación con el clorometano, la producción de hidracina monohidrato fue más fácil de explicar debido a reacciones químicas que involucran hielo de agua y amoníaco o la liberación de la atmósfera rica en nitrógeno de Titán. Elowitz y col. consideró la posibilidad de contaminación de los datos del UVIS por un propulsor de hidracina de la nave espacial Cassini, aunque era muy poco probable ya que los propulsores de hidracina no se utilizaron durante los sobrevuelos de satélites helados. El equipo confirmó la firma específica de una característica de 184 nm en la superficie de Rhea utilizando las observaciones del espectrómetro UV realizadas por la nave espacial Cassini. Además de eso, la irradiación de amoníaco por partículas cargadas de la magnetosfera de Saturno indujo la disociación de las moléculas de amoníaco para formar diazeno e hidracina. La fuente de amoníaco en Rea podría ser primordial, incorporado en su interior durante la formación y llevado a la superficie dentro de un período de actividad endógena, como es evidente en las imágenes de Cassini ISS, aunque era poco probable que el amoníaco sobreviviera indefinidamente en la superficie. El equipo sugiere más análisis para comprender el potencial de la transferencia de materiales de satélite a satélite a través de la atmósfera de Titán para explicar la presencia de hidracina monohidrato en Rea.

De este modo, Mark Elowitz y sus colegas detallaron el primer estudio geoquímico de la superficie helada de la luna Rhea de Saturno en la región ultravioleta lejana. Los resultados indicaron la posible presencia de compuestos de clorometano bajo una capa de hielo de agua, o la presencia de un complejo de hidrazina monohidrato. Asumieron que la hidracina era el candidato predominante para las características espectrales UV observadas a 184 nm, en comparación con los compuestos de clorometano. El equipo atribuyó la presencia de amoníaco dentro de la capa superior helada en Rhea como la fuente de hidracina monohidrato. Los investigadores también tienen la intención de explorar la posibilidad de síntesis de hidracina en la atmósfera de Titán, la luna más grande de Saturno, y su transferencia de satélite a satélite para llegar a Rea a través de períodos de tiempo geológicos.

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