Crédito de imagem: ESA
São necessários pelo menos três elementos para abrigar a vida como a conhecemos: água, energia e uma atmosfera. Entre Marte e as luas em torno de Júpiter e Saturno, há evidências de um ou dois desses três elementos, mas menos se sabe se um conjunto completo está disponível. Somente a lua de Saturno, Titã, tem uma atmosfera comparável à da Terra em pressão e é muito mais espessa do que a marciana (1% da pressão do nível do mar na Terra).
O ponto mais interessante sobre as simulações da névoa de hidrocarbonetos de Titã é que esse componente poluído contém moléculas chamadas tholins (da palavra grega, lamacenta) que podem formar as bases dos elementos básicos da vida. Por exemplo, os aminoácidos, um dos elementos básicos da vida terrestre, se formam quando essas partículas marrom-avermelhadas são colocadas na água. Como Carl Sagan apontou, Titã pode ser considerado um amplo paralelo à atmosfera terrestre primitiva no que diz respeito à sua química e, dessa forma, é certamente relevante para as origens da vida.
Neste verão, a sonda Cassini da NASA, lançada em 1997, está programada para entrar em órbita em torno de Saturno e suas luas por quatro anos. No início de 2005, a sonda Huygens, que está com as costas retas, está programada para mergulhar na nebulosa atmosfera de Titã e pousar na superfície da lua. Existem 12 instrumentos a bordo da sonda espacial Cassini e seis instrumentos a bordo da sonda Huygens. A sonda Huygens é voltada principalmente para a amostragem da atmosfera. A sonda está equipada para fazer medições e gravar imagens por até meia hora na superfície. Mas a sonda não possui pernas; portanto, quando ela se estabelece na superfície de Titã, sua orientação será aleatória. E seu desembarque pode não ser por um local com produtos orgânicos. Imagens de onde a Cassini está em sua órbita atual são continuamente atualizadas e disponíveis para visualização à medida que a missão avança.
A Astrobiology Magazine teve a oportunidade de conversar com o cientista Jean-Michel Bernard, da Universidade de Paris, sobre como simular a química complexa de Titã em um tubo de ensaio terrestre. Suas simulações do ambiente de Titan se baseiam na clássica sopa prebiótica, pioneira há cinquenta anos pelos pesquisadores da Universidade de Chicago, Harold Urey e Stanley Miller.
Revista Astrobiologia (AM): O que primeiro estimulou seu interesse pela química atmosférica de Titã?
Jean-Michel Bernard (JB): Como duas moléculas simples (nitrogênio e metano) criam uma química muito complexa? A química se torna bioquímica? As recentes descobertas de vida em condições extremas na Terra (bactérias no Polo Sul a -40 ° C e arquéias a mais de +110 ° C nas proximidades de fontes hidrotérmicas) permitem supor que a vida possa estar presente em outros mundos e outros condições.
Titã tem interesse astrobiológico porque é o único satélite no sistema solar com uma atmosfera densa. A atmosfera de Titã é feita de nitrogênio e metano. As partículas energéticas vindas do ambiente do Sol e de Saturno permitem química complexa, como a formação de hidrocarbonetos e nitrilos. As partículas também geram uma névoa permanente ao redor do satélite, chuvas de metano, ventos, estações do ano. Recentemente, lagos de hidrocarbonetos parecem ter sido detectados na superfície de Titã. Penso que esta descoberta, se confirmada pela missão Cassini-Huygens, será de grande interesse.
Isso tornaria Titã um análogo à Terra, pois teria uma atmosfera (gás), lagos (líquido), neblina e solo (sólido), os três ambientes necessários para o surgimento da vida.
A composição da névoa de Titã é desconhecida. Somente dados ópticos estão disponíveis e são difíceis de analisar devido à complexidade desse material carbonáceo. Muitas experiências foram realizadas para imitar a química da atmosfera de Titã, principalmente os análogos de aerossóis chamados "tholins" do grupo de Carl Sagan. Parece que tholins poderia estar envolvido na origem da vida. De fato, a hidrólise desses análogos do aerossol Titan dá origem à formação de aminoácidos, os precursores da vida.
SOU: Você pode descrever sua simulação experimental para estender os experimentos de Miller-Urey de uma maneira personalizada para as baixas temperaturas e a química exclusiva de Titan?
JB: Desde os experimentos de Miller-Urey, muitas simulações experimentais do suposto sistema prebiótico foram realizadas. Mas após a recuperação dos dados da Voyager, pareceu necessário voltar a essa abordagem para simular a atmosfera de Titã. Em seguida, vários cientistas realizaram essas experiências de simulação introduzindo uma mistura de nitrogênio-metano em um sistema como o aparelho de Miller. Mas um problema se tornou óbvio devido à diferença entre as condições experimentais e as condições de Titã. A pressão e a temperatura não eram representativas do ambiente de Titan. Decidimos realizar experimentos que reproduzem a pressão e a temperatura da estratosfera de Titã: uma mistura gasosa de 2% de metano em nitrogênio, uma baixa pressão (cerca de 1 mbar) e um sistema criogênico para obter uma temperatura baixa. Além disso, nosso sistema é colocado em um porta-luvas contendo nitrogênio puro, a fim de evitar a contaminação pelo ar ambiente dos produtos sólidos.
SOU: Qual você considera a melhor fonte de energia para acionar a química sintética de Titã: a magnetosfera de partículas de Saturno, radiação solar ou algo mais?
JB: Os cientistas debatem sobre qual fonte de energia melhor simularia as fontes de energia na atmosfera de Titã. Radiação ultravioleta (UV)? Raios cósmicos? Elétrons e outras partículas energéticas provenientes da magnetosfera de Saturno? Todas essas fontes estão envolvidas, mas sua ocorrência depende da altitude: radiação ultravioleta extrema e elétrons na ionosfera, luz UV na estratosfera, enquanto raios cósmicos ocorrem na troposfera.
Penso que a pergunta apropriada deveria ser: Qual é o objetivo experimental? Se é para entender a química do cianeto de hidrogênio (HCN) na estratosfera de Titã, uma simulação com radiação UV do HCN é apropriada. Se o objetivo é determinar os efeitos dos campos elétricos gerados pelos raios cósmicos galácticos na troposfera, é preferível uma descarga em coroa de uma atmosfera titânica simulada.
Ao estudar as condições estratosféricas de Titã, optamos por usar uma descarga elétrica em nossa simulação. Essa escolha é contestada por uma minoria de cientistas porque a principal fonte de energia na estratosfera de Titã é a radiação UV. Mas nossos resultados validaram nosso experimento. Detectamos todas as espécies orgânicas observadas em Titã. Previmos a presença de CH3CN (acetonitrila) antes de sua observação. Detectamos pela primeira vez o dicianoacetileno, C4N2, uma molécula instável à temperatura ambiente que também foi detectada na atmosfera de Titã. A assinatura infravermelha do meio dos produtos sólidos criados em nosso experimento estava alinhada com as observações do Titan.
SOU: Como seus resultados fazem parte dos testes atmosféricos planejados para a sonda Cassini-Huygens?
JB: Depois de colaborar com uma equipe do Observatório Astronômico de Bordeaux, na França, determinamos as constantes dielétricas dos análogos do aerossol. Isso nos permitirá estimar como a atmosfera e as propriedades da superfície de Titã podem afetar o desempenho dos experimentos de radar da Cassini-Huygens. O altímetro a bordo da sonda Huygens pode ser afetado pelas propriedades do aerossol, mas devem ser realizadas experiências complementares para confirmar esse resultado.
Há dois anos, introduzimos uma mistura gasosa, N2 / CH4 / CO (98 / 1.99 / 0.01). O objetivo era determinar o impacto do monóxido de carbono, o composto oxigenado mais abundante em Titã. Surpreendentemente, detectamos oxirano na fase gasosa como o principal produto oxigenado. Essa molécula instável foi descoberta no meio interestelar, mas os modelos teóricos não a prevêem para a química de Titã. No entanto, talvez essa molécula esteja presente em Titã.
Atualmente, estamos analisando as primeiras moléculas, radicais, átomos e íons (ou 'espécies') criadas dentro de nosso reator experimental. Estamos usando espectrometria de infravermelho e emissão visível no UV para estudar espécies excitadas como CN, CH, NH, C2, HCN, C2H2. A seguir, observaremos a correlação entre a abundância dessas espécies e as estruturas dos produtos sólidos. Acoplando esses resultados experimentais com um modelo teórico desenvolvido em colaboração com a Universidade do Porto em Portugal, teremos um melhor entendimento sobre a química que ocorre no reator experimental. Isso nos permitirá analisar os dados de Cassini-Huygens e a formação de neblina de Titã.
Nossa equipe também está envolvida no nível da ciência da missão, pois um dos cientistas da missão também está em nosso grupo no Laboratoire Inter-Universitaire des Systèmes Atmosphriques, LISA). Os nossos tholins de laboratório serão usados como guias para calibrar vários instrumentos na sonda Huygens e no orbitador Cassini.
Existem 18 instrumentos a bordo da sonda e do orbitador. Testes de calibração são necessários para cromatografia gasosa e espectroscopia de massa [GC-MS]. O GC-MS identificará e medirá produtos químicos na atmosfera de Titã.
Também são necessários testes de calibração para o coletor de aerossóis e o pirolisador (ACP). Este experimento irá extrair partículas de aerossol da atmosfera através de filtros, depois aquecer as amostras presas em fornos para vaporizar os voláteis e decompor os complexos materiais orgânicos.
O espectrômetro infravermelho composto (CIRS), um instrumento de medição térmica no orbitador, também precisa ser calibrado. Comparado às missões espaciais anteriores, o espectrômetro a bordo da Cassini-Huygens é uma melhoria significativa, com uma resolução espectral dez vezes maior que o espectrômetro da sonda Voyager.
SOU: Você tem planos futuros para esta pesquisa?
JB: Nosso próximo passo é um experimento desenvolvido por Marie-Claire Gazeau, chamado "SETUP". O experimento tem duas partes: um plasma frio para dissociar nitrogênio e um reator fotoquímico para fotodissociar metano. Isso nos dará uma melhor simulação global da condição de Titan.
Fonte original: NASA Astrobiology Magazine
