Los investigadores de la misión Cassini de la NASA encontraron evidencia de un hielo híbrido tóxico en una nube tenue muy por encima del polo sur de la luna más grande de Saturno. Titán.

El hallazgo es una nueva demostración de la compleja química que ocurre en la atmósfera de Titán; en este caso, formación de nubes en la estratosfera de la luna gigante, y parte de una colección de procesos que, en última instancia, ayuda a llevar una mezcla heterogénea de moléculas orgánicas a la superficie de Titán.

Invisible para el ojo humano, la nube fue detectada en longitudes de onda infrarrojas por el espectrómetro infrarrojo compuesto, o CIRS, en la nave espacial Cassini. Ubicado a una altitud de aproximadamente 100 a 130 millas (160 a 210 kilómetros), la nube está muy por encima de las nubes de lluvia de metano de la troposfera de Titán, o región más baja de la atmósfera. La nueva nube cubre una gran área cerca del polo sur, de aproximadamente 75 a 85 grados de latitud sur.

Se utilizaron experimentos de laboratorio para encontrar una mezcla química que coincidiera con la firma espectral de la nube:la huella química medida por el instrumento CIRS. Los experimentos determinaron que el hielo exótico en la nube es una combinación de la molécula orgánica simple cianuro de hidrógeno junto con el benceno químico en forma de anillo grande. Los dos productos químicos parecen haberse condensado al mismo tiempo para formar partículas de hielo, en lugar de colocar uno encima del otro.

"Esta nube representa una nueva fórmula química del hielo en la atmósfera de Titán, "dijo Carrie Anderson del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, un co-investigador del CIRS. "Lo interesante es que este hielo nocivo está hecho de dos moléculas que se condensaron juntas a partir de una rica mezcla de gases en el polo sur".

Previamente, Los datos del CIRS ayudaron a identificar el hielo de cianuro de hidrógeno en las nubes sobre el polo sur de Titán, así como otros químicos tóxicos en la estratosfera de la luna.

En la estratosfera de Titán, un patrón de circulación global envía una corriente de gases cálidos desde el hemisferio donde es verano hasta el polo de invierno. Esta circulación invierte la dirección cuando cambian las estaciones, lo que lleva a una acumulación de nubes en cualquier polo que esté experimentando el invierno. Poco después de su llegada a Saturno, Cassini encontró evidencia de este fenómeno en el polo norte de Titán. Más tarde, cerca del final de los 13 años de la nave espacial en el sistema de Saturno, se observó una acumulación de nubes similar en el polo sur.

La forma más sencilla de pensar en la estructura de las nubes es que diferentes tipos de gas se condensarán en nubes de hielo a diferentes altitudes, casi como capas en un postre parfait. Exactamente qué nube se condensa y dónde depende de la cantidad de vapor presente y de las temperaturas, que se vuelven cada vez más fríos en altitudes más bajas en la estratosfera. La realidad es mas complicada, sin embargo, porque cada tipo de nube se forma en un rango de altitudes, por lo que es posible que algunos hielos se condensen simultáneamente, o co-condensar.

Anderson y sus colegas usan CIRS para clasificar el complejo conjunto de huellas dactilares infrarrojas de muchas moléculas en la atmósfera de Titán. El instrumento separa la luz infrarroja en los colores que la componen, como gotas de lluvia que crean un arco iris, y mide la intensidad de la señal en las diferentes longitudes de onda.

"CIRS actúa como termómetro de detección remota y como sonda química, seleccionar la radiación de calor emitida por gases individuales en una atmósfera, "dijo F. Michael Flasar, el investigador principal del CIRS en Goddard. "Y el instrumento lo hace todo de forma remota, al pasar por un planeta o una luna ".

La nueva nube que los investigadores llaman la nube polar sur de gran altitud, tiene una firma química distintiva y muy fuerte que se mostró en tres conjuntos de observaciones de Titán tomadas de julio a noviembre de 2015. Debido a que las estaciones de Titán duran siete años terrestres, fue a finales del otoño en el polo sur todo el tiempo.

Las firmas espectrales de los hielos no coincidían con las de ninguna sustancia química individual, por lo que el equipo inició experimentos de laboratorio para condensar simultáneamente mezclas de gases. Usando una cámara de hielo que simula las condiciones en la estratosfera de Titán, probaron pares de productos químicos que tenían huellas dactilares infrarrojas en la parte correcta del espectro.

En primer lugar, dejan que un gas se condense antes que el otro. Pero el mejor resultado se logró al introducir tanto cianuro de hidrógeno como benceno en la cámara y permitir que se condensaran al mismo tiempo. Por sí mismo, El benceno no tiene una huella digital de infrarrojos lejana distintiva. Cuando se dejó co-condensar con cianuro de hidrógeno, sin embargo, la huella dactilar del infrarrojo lejano del hielo co-condensado coincidía con las observaciones del CIRS.

Se necesitarán estudios adicionales para determinar la estructura de las partículas de hielo condensadas. Los investigadores esperan que sean abultados y desordenados, en lugar de cristales bien definidos.

Anderson y sus colegas encontraron previamente un ejemplo similar de hielo co-condensado en los datos del CIRS de 2005. Esas observaciones se realizaron cerca del polo norte, unos dos años después del solsticio de invierno en el hemisferio norte de Titán. Esa nube se formó a una altitud mucho más baja, por debajo de 93 millas (150 kilómetros), y tenía una composición química diferente:cianuro de hidrógeno y cianoacetileno, una de las moléculas orgánicas más complejas que se encuentran en la atmósfera de Titán.

Anderson atribuye las diferencias en las dos nubes a variaciones estacionales en los polos norte y sur. La nube del norte fue vista unos dos años después del solsticio de invierno del norte, pero la nube del sur fue vista unos dos años antes del solsticio de invierno del sur. Es posible que las mezclas de gases fueran ligeramente diferentes en los dos casos o que las temperaturas se hubieran calentado un poco cuando se detectó la nube del polo norte. o ambos.

"Una de las ventajas de Cassini fue que pudimos sobrevolar Titán una y otra vez durante el transcurso de la misión de trece años para ver cambios a lo largo del tiempo, ", dijo Anderson." Esto es una gran parte del valor de una misión a largo plazo ".

La nave espacial Cassini terminó su misión Saturno el 15 de septiembre. 2017.