Estas imágenes infrarrojas de Titán, la luna de Saturno, representan algunas de las vistas globales más claras de la superficie helada de la luna. Las vistas se crearon utilizando 13 años de datos adquiridos por el instrumento espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo a bordo de la nave espacial Cassini de la NASA. Crédito: NASA / JPL-Caltech / Universidad de Nantes / Universidad de Arizona
NASA Los científicos identificaron una molécula en la atmósfera de Titán que nunca se había detectado en ninguna otra atmósfera. De hecho, es probable que muchos químicos apenas hayan oído hablar de él o sepan pronunciarlo: ciclopropenilideno o C3H2. Los científicos dicen que esta simple molécula basada en carbono puede ser un precursor de compuestos más complejos que podrían formar o alimentar una posible vida en Titán.
Esta imagen fue devuelta el 14 de enero de 2005 por la sonda Huygens de la Agencia Espacial Europea durante su exitoso descenso a la superficie de Titán. Esta es la vista en color que se ha procesado para agregar datos de espectros de reflexión para dar una mejor indicación del color real de la superficie de Titán.
Crédito: NASA / JPL / ESA / Universidad de Arizona
Los investigadores encontraron C3H2 mediante el uso de un radiotelescopio en el norte de Chile conocido como Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). Se dieron cuenta de C3H2, que está hecho de carbono e hidrógeno, mientras examina un espectro de firmas de luz únicas recogidas por el telescopio; estos revelaron la composición química de la atmósfera de Titán por la energía que sus moléculas emitían o absorbían.
“Cuando me di cuenta de que estaba mirando ciclopropenilideno, mi primer pensamiento fue: ‘Bueno, esto es realmente inesperado’”, dijo Conor Nixon, científico planetario del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien dirigió la búsqueda de ALMA. Los hallazgos de su equipo fueron publicados el 15 de octubre de 2020, en la Diario astronómico.
Aunque los científicos han encontrado C3H2 en los bolsillos de la galaxia, encontrarlo en una atmósfera fue una sorpresa. Esto se debe a que el ciclopropenilideno puede reaccionar fácilmente con otras moléculas con las que entra en contacto y formar diferentes especies. Los astrónomos han encontrado hasta ahora C3H2 sólo en nubes de gas y polvo que flotan entre sistemas estelares; en otras palabras, regiones demasiado frías y difusas para facilitar muchas reacciones químicas.
Pero las atmósferas densas como la de Titán son colmenas de actividad química. Esa es una de las principales razones por las que los científicos están interesados en esta luna, que es el destino de la próxima misión Dragonfly de la NASA. El equipo de Nixon pudo identificar pequeñas cantidades de C3H2 en Titán probablemente porque estaban mirando en las capas superiores de la atmósfera de la luna, donde hay menos otros gases para C3H2 para interactuar. Los científicos aún no saben por qué el ciclopropenilideno aparecería en la atmósfera de Titán pero no en otra atmósfera. “Titán es único en nuestro sistema solar”, dijo Nixon. “Ha demostrado ser un tesoro de nuevas moléculas”.
El más grande de SaturnoCon 62 lunas, Titán es un mundo intrigante que en cierto modo es el más similar a la Tierra que hemos encontrado. A diferencia de cualquier otra luna del sistema solar (hay más de 200), Titán tiene una atmósfera densa que es cuatro veces más densa que la de la Tierra, además de nubes, lluvia, lagos y ríos, e incluso un océano subterráneo de agua salada.
La atmósfera de Titán está compuesta principalmente de nitrógeno, como la de la Tierra, con un toque de metano. Cuando las moléculas de metano y nitrógeno se rompen bajo el resplandor del Sol, los átomos que los componen desencadenan una compleja red de química orgánica que ha cautivado a los científicos y ha llevado a esta luna a la cima de la lista de los objetivos más importantes en la búsqueda de la NASA del presente o el pasado. vida en el sistema solar.
“Estamos tratando de averiguar si Titán es habitable”, dijo Rosaly Lopes, científica investigadora principal y experta en Titán del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL) en Pasadena, California. “Así que queremos saber qué compuestos de la atmósfera llegan a la superficie y luego, si ese material puede atravesar la corteza de hielo hasta el océano, porque creemos que el océano es donde están las condiciones habitables”.
Los tipos de moléculas que podrían estar asentadas en la superficie de Titán podrían ser las mismas que formaron los componentes básicos de la vida en la Tierra. Al principio de su historia, hace 3.8 a 2.500 millones de años, cuando el metano llenaba el aire de la Tierra en lugar de oxígeno, las condiciones aquí podrían haber sido similares a las de Titán actual, sospechan los científicos.
“Pensamos en Titán como un laboratorio de la vida real donde podemos ver una química similar a la de la Tierra antigua cuando la vida se estaba afianzando aquí”, dijo Melissa Trainer, astrobióloga de Goddard de la NASA. Trainer es el investigador principal adjunto de la misión Dragonfly y líder de un instrumento en el helicóptero Dragonfly que analizará la composición de la superficie de Titán.
“Buscaremos moléculas más grandes que C3H2”, Dijo Trainer,“ pero necesitamos saber qué está sucediendo en la atmósfera para comprender las reacciones químicas que conducen a la formación de moléculas orgánicas complejas y la lluvia hacia la superficie.
Dragonfly es una misión de la NASA que tiene como objetivo explorar la química y la habitabilidad de Titán, la luna más grande de Saturno. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins
El ciclopropenilideno es la única otra molécula “cíclica” o de circuito cerrado, además del benceno, que se ha encontrado en la atmósfera de Titán hasta ahora. Aunque C3H2 No se sabe que se use en reacciones biológicas modernas, las moléculas de circuito cerrado como esta son importantes porque forman los anillos de la columna vertebral de las nucleobases de ADN, la compleja estructura química que lleva el código genético de la vida, y ARN, otro compuesto crítico para las funciones de la vida. “La naturaleza cíclica de ellos abre esta rama adicional de la química que le permite construir estas moléculas biológicamente importantes”, dijo Alexander Thelen, un astrobiólogo de Goddard que trabajó con Nixon para encontrar C3H2.
Científicos como Thelen y Nixon están utilizando telescopios terrestres grandes y altamente sensibles para buscar las moléculas de carbono relacionadas con la vida más simples que pueden encontrar en la atmósfera de Titán. Se consideraba que el benceno era la unidad más pequeña de moléculas de hidrocarburo anilladas y complejas que se encuentran en cualquier atmósfera planetaria. Pero ahora, C3H2, con la mitad de los átomos de carbono del benceno, parece haber ocupado su lugar.
El equipo de Nixon utilizó el observatorio ALMA para observar Titán en 2016. Se sorprendieron al encontrar una extraña huella química, que Nixon identificó como ciclopropenilideno al buscar en una base de datos de todas las firmas de luz molecular conocidas.
Hasta ahora, el ciclopropenilideno se ha detectado solo en nubes moleculares de gas y polvo, como la Nube Molecular de Tauro, que es un vivero estelar en la constelación de Tauro a más de 400 años luz de distancia. Recientemente, el científico de la NASA Goddard, Conor Nixon, junto con su equipo, encontraron esta molécula única en la atmósfera de Titán; la primera vez que se ha detectado fuera de una nube molecular. El ciclopropenilideno es la única otra molécula de circuito cerrado, además del benceno, que se ha detectado en Titán. Las moléculas de circuito cerrado son importantes porque forman los anillos de la columna vertebral de las nucleobases del ADN, la compleja estructura química que lleva el código genético de la vida, y el ARN, otro compuesto crítico para las funciones de la vida. Crédito: Conor Nixon / Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA
Para comprobar que los investigadores estaban viendo este compuesto inusual, Nixon examinó minuciosamente los artículos de investigación publicados a partir de análisis de datos de la NASA. Cassini nave espacial, que realizó 127 sobrevuelos cercanos a Titán entre 2004 y 2017. Quería ver si un instrumento en la nave espacial que olfateó los compuestos químicos alrededor de Saturno y Titán podría confirmar su nuevo resultado. (El instrumento, llamado espectrómetro de masas, detectó indicios de muchas moléculas misteriosas en Titán que los científicos aún están tratando de identificar). De hecho, Cassini había descubierto evidencia de una versión cargada eléctricamente de la misma molécula, C3H3+.
Dado que es un hallazgo raro, los científicos están tratando de aprender más sobre el ciclopropenilideno y cómo podría interactuar con los gases en la atmósfera de Titán.
“Es una pequeña molécula muy extraña, por lo que no será del tipo que se aprende en la química de la escuela secundaria o incluso en la química de pregrado”, dijo Michael Malaska, un científico planetario del JPL que trabajó en la industria farmacéutica antes de enamorarse de Titán y cambiar carreras para estudiarlo. “Aquí en la Tierra, no será algo con lo que te vas a encontrar”.
Pero, dijo Malaska, encontrar moléculas como C3H2 es realmente importante para ver el panorama general de Titán: “Cada pequeña pieza y parte que puedas descubrir puede ayudarte a armar el enorme rompecabezas de todas las cosas que suceden allí”.
Referencia: “Detección de ciclopropenilideno en Titán con ALMA” por Conor A. Nixon, Alexander E. Thelen, Martin A. Cordiner, Zbigniew Kisiel, Steven B. Charnley, Edward M. Molter, Joseph Serigano, Patrick GJ Irwin, Nicholas A. Teanby y Yi-Jehng Kuan, 15 de octubre de 2020, Diario astronómico.
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / abb679
