Durante los 13 años y 76 días que el Cassini misión gastada alrededor de Saturno, el orbitador y su módulo de aterrizaje (el Huygens sonda) reveló mucho sobre Saturno y sus sistemas de lunas. Esto es especialmente cierto para Titán, la luna más grande de Saturno y uno de los objetos más misteriosos del Sistema Solar. Como resultado de los muchos sobrevuelos de Cassini, los científicos aprendieron mucho sobre los lagos de metano de Titan, la atmósfera rica en nitrógeno y las características de la superficie.
Aunque Cassini sumidos en la atmósfera de Saturno el 15 de septiembre de 2017, los científicos todavía están analizando las cosas que reveló. Por ejemplo, antes de terminar su misión, Cassini capturó una imagen de una extraña nube que flotaba muy por encima del polo sur de Titán, una que está compuesta de partículas de hielo híbridas tóxicas. Este descubrimiento es otra indicación de la compleja química orgánica que ocurre en la atmósfera de Titán y en su superficie.
Dado que esta nube era invisible a simple vista, solo era observable gracias al espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS) de Cassini. Este instrumento detectó la nube a una altitud de aproximadamente 160 a 210 km (100 a 130 millas), muy por encima de las nubes de lluvia de metano de la troposfera de Titán. También cubrió un área grande cerca del polo sur, entre 75 ° y 85 ° de latitud sur.
Utilizando la huella química obtenida por el instrumento CIRS, los investigadores de la NASA también realizaron experimentos de laboratorio para reconstruir la composición química de la nube. Estos experimentos determinaron que la nube estaba compuesta de moléculas orgánicas de cianuro de hidrógeno y benceno. Estos dos productos químicos parecían haberse condensado juntos para formar partículas de hielo, en lugar de estar en capas uno encima del otro.
Para aquellos que han pasado más de la última década estudiando la atmósfera de Titán, este fue un hallazgo bastante interesante e inesperado. Como dijo Carrie Anderson, coinvestigadora del CIRS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, en un reciente comunicado de prensa de la NASA:
“Esta nube representa una nueva fórmula química de hielo en la atmósfera de Titán. 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 ".
La presencia de esta nube alrededor del polo sur de Titán es también otro ejemplo de los patrones de circulación global de la luna. Esto implica las corrientes de gases cálidos que se envían desde el hemisferio que está experimentando el verano y el hemisferio experimenta el invierno. Este patrón cambia de dirección cuando cambian las estaciones, lo que conduce a una acumulación de nubes alrededor de cualquier polo que esté experimentando el invierno.
Cuando el orbitador Cassini llegó a Saturno en 20o4, el hemisferio norte de Titán estaba experimentando el invierno, que comenzó en 2004. Esto se evidenció por la acumulación de nubes alrededor de su polo norte, que Cassini vio durante su primer encuentro con la luna más tarde ese mismo año. Del mismo modo, el mismo fenómeno estaba ocurriendo alrededor del polo sur cerca del final de la misión de Cassini.
Esto fue consistente con los cambios estacionales en Titán, que tienen lugar aproximadamente cada siete años terrestres; un año en Titán dura aproximadamente 29.5 años terrestres. Típicamente, las nubes que se forman en la atmósfera de Titán están estructuradas en capas, donde diferentes tipos de gas se condensarán en nubes heladas a diferentes altitudes. Los que se condensan dependen de la cantidad de vapor presente y de las temperaturas, que se vuelven cada vez más frías más cerca de la superficie.
Sin embargo, a veces, se pueden formar diferentes tipos de nubes en un rango de altitudes, o condensarse con otros tipos de nubes. Este ciertamente parecía ser el caso cuando se trataba de la gran nube de cianuro de hidrógeno y benceno que se vio sobre el polo sur. La evidencia de esta nube se derivó de tres conjuntos de observaciones de Titán realizadas con el instrumento CIRS, que tuvieron lugar entre julio y noviembre de 2015.
El instrumento CIRS funciona separando la luz infrarroja en sus colores constituyentes, y luego mide la intensidad de estas señales en las diferentes longitudes de onda para determinar la presencia de firmas químicas. Anteriormente, se usaba para identificar la presencia de nubes de hielo de cianuro de hidrógeno sobre el polo sur, así como otras sustancias químicas tóxicas en la estratosfera de la luna.
Como dijo F. Michael Flasar, investigador principal del CIRS en Goddard:
“CIRS actúa como un termómetro de detección remota y como una sonda química, captando la radiación de calor emitida por gases individuales en una atmósfera. Y el instrumento lo hace todo de forma remota, mientras pasa por un planeta o luna ".
Sin embargo, al examinar los datos de observación para "huellas digitales" químicas, Anderson y sus colegas notaron que las firmas espectrales de la nube helada no coincidían con las de ningún químico individual. Para abordar esto, el equipo comenzó a realizar experimentos de laboratorio en los que se condensaron mezclas de gases en una cámara que simulaba condiciones en la estratosfera de Titán.
Después de probar diferentes pares de productos químicos, finalmente encontraron uno que coincidía con la firma infrarroja observada por CIRS. Al principio, intentaron dejar que un gas se condensara antes que el otro, pero descubrieron que los mejores resultados se obtenían cuando se introducían ambos gases y se dejaba condensar al mismo tiempo. Para ser justos, esta no fue la primera vez que Anderson y sus colegas descubrieron hielo condensado en los datos del CIRS.
Por ejemplo, se realizaron observaciones similares cerca del polo norte en 2005, aproximadamente dos años después de que el hemisferio norte experimentara su solsticio de invierno. En ese momento, las nubes heladas se detectaron a una altitud mucho más baja (menos de 150 km, o 93 millas) y mostraron huellas químicas de cianicida de hidrógeno y canoacetileno, una de las moléculas orgánicas más complejas en la atmósfera de Titán.
Esta diferencia entre esta y la última detección de una nube híbrida, según Anderson, se reduce a diferencias en las variaciones estacionales entre los polos norte y sur. Mientras que la nube polar del norte observada en 2005 se vio unos dos años después del solsticio de invierno del norte, la nube del sur que Anderson y su equipo examinaron recientemente se vio dos años antes del solsticio de invierno del sur.
En resumen, es posible que la mezcla de los gases fuera ligeramente diferente en los dos casos, y / o que la nube del norte tuviera la posibilidad de calentarse ligeramente, alterando así un poco su composición. Como explicó Anderson, estas observaciones fueron posibles gracias a los muchos años que la misión Cassini pasó alrededor de Saturno:
“Una de las ventajas de Cassini fue que pudimos sobrevolar Titán una y otra vez en el transcurso de la misión de trece años para ver cambios a lo largo del tiempo. Esta es una gran parte del valor de una misión a largo plazo ”.
Ciertamente se necesitarán estudios adicionales para determinar la estructura de estas nubes heladas de composición mixta, y Anderson y su equipo ya tienen algunas ideas sobre cómo se verían. Por su dinero, los investigadores esperan que estas nubes sean grumosas y desordenadas, en lugar de cristales bien definidos como las nubes de un solo químico.
En los próximos años, los científicos de la NASA seguramente gastarán una gran cantidad de tiempo y energía en clasificar todos los datos obtenidos por el Cassini misión en el transcurso de su misión de 13 años. ¿Quién sabe qué más detectarán antes de agotar las vastas colecciones de datos del orbitador?
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