Sistema de Saturno mueve oxígeno de Encélado a Titán

Composición que muestra a Saturno y algunas de sus lunas.

Complejas interacciones entre Saturno y sus satélites han llevado a los científicos a usar la nave espacial Cassini de la NASA para crear un completo modelo que podría explicar cómo puede el oxígeno terminar en la superficie de Titán, la helada luna de Saturno. La presencia de estos átomos de oxígeno potencialmente podría servir de base para una química pre-biológica.


Las interacciones se recogen en dos trabajos, uno dirigido por John Cooper y otro dirigido por Edward Sittler, publicados en la revista Planetary and Space Science a finales de 2009. Cooper y Sittler son científicos del equipo del espectómetro de plasma de Cassini en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

"Titán y Encélado, otra luna helada de Saturno, están químicamente conectados por el flujo de material a través del sistema de Saturno", dijo Cooper.

En un trabajo, Cooper y sus colegas ofrecen una explicación para las fuerzas que podrían generar los géiseres de Encélado que lanzan vapor de agua al espacio. En el otro trabajo, publicado en el mismo número de la revista, Sittler y sus colegas describen un único proceso nuevo en que el oxígeno que circula en la atmósfera superior de Titán puede ser llevado a través de toda la superficie sin más contaminación química por estar revestidos en 'jaulas' de carbono llamadas fulerenos.

El trabajo se basa en el trabajo previo de Sittler y otros que modelaron la dinámica de cómo las partículas, incluyendo las moléculas de agua, viajan de Encélado a Titán. En Encélado el proceso de flujo comienza con lo que ellos llaman el modelo "Old Faithful", por el géiser Old Faithful en Yellowstone National Park. En este modelo, la presión del gas se acumula lentamente en el interior de Encélado, y luego se libera ocasionalmente en las erupciones similares a las de géiseres.

A diferencia de los géiseres terrestres, o incluso fuerzas parecidas a géiseres en la luna Ío de Júpiter, el modelo propuesto por Cooper muestra que la radiación de las partículas cargadas que llueven desde la magnetosfera de Saturno puede crear las fuerzas de debajo de la superficie que se requieren para expulsar chorros de gases.

Las partículas energéticas que llueven desde la magnetosfera de Saturno -en Encélado, en su mayoría electrones provenientes de la radiación de los cinturones de Saturno- pueden romper las moléculas en la superficie. Este proceso se llama radiólisis. Al igual que en un proceso llamado fotólisis, en la que la luz solar puede romper las moléculas en la atmósfera, la radiación energética de partículas cargadas que golpean una superficie helada, como la de Encélado, pueden causar daño a las moléculas en el hielo. Estas moléculas dañadas pueden ser enterradas profundamente bajo la superficie por las fuerzas de agitación perpetua que se pueden reparar la superficie helada. Los meteoritos que chocan constantemente la superficie y salpican el material también podrían estar enterrando las moléculas.

Cuando los granos de hielo alterados químicamente entran en contacto bajo la superficie helada con contaminantes como el amoniaco, metano y otros hidrocarburos, pueden producir gases volátiles que pueden estallar en el exterior. Estos gases pueden crear columnas del tamaño visto por Cassini. Cooper y sus colegas llaman a dicha hielo mecánico volátil "criovulcanismo".

Lo que es único en el modelo "Old Faithful" es que este "es un modelo para criovulcanismo que se basa no sólo en agua líquida, sino que también requiere la producción de gases de la química radiolítica observada en Encelado", dijo Sittler.

Las columnas que emanan desde la región polar sur de Encélado constan de agua, amoníaco y otros compuestos. Los científicos han sabido desde la década de 1980 que la magnetosfera de Saturno está inexplicablemente llena de partículas neutras. En las décadas siguientes, sobre todo desde el descubrimiento de los chorros de columnas desde el polo sur de Encélado, se ha demostrado que algunas de las moléculas de agua que se escapan de Encélado se dividen en partículas cargadas y neutras y son transportadas a través de la magnetosfera de Saturno.

El nuevo modelo de Sittler indica que a medida que estas moléculas de agua rotas entran en la atmósfera de Titán, pueden ser capturadas por el fulereno, 'cáscaras' vacías con forma de balón de fútbol hechos de átomos de carbono. Aunque las moléculas pesadas que Cassini ha detectado en la atmósfera superior de Titán pueden ser otras moléculas, Sittler indica que probablemente son fulerenos.

En el modelo de Sittler, los fulerenos se condensan luego en grandes grupos que se pueden adherir a hidrocarburos aromáticos policíclicos, compuestos químicos que también se encuentran en la Tierra en el petróleo, carbón y depósitos de alquitrán, y como subproductos de la combustión de combustibles fósiles. Los grupos de fulereno forman aerosoles aún mayores que bajan a la superficie de Titán.

Este proceso protege al oxígeno atrapado en la atmósfera de Titán, que está saturada con átomos de hidrógeno y compuestos que son capaces de degradar otras moléculas. De lo contrario, el oxígeno se combinaría con el metano en la atmósfera de Titán y formaría monóxido de carbono o dióxido de carbono. Hasta ahora, los científicos no han podido explicar cómo el oxígeno se ajusta a la imagen de dinámica y química de Saturno y sus lunas.

Como los aerosoles ricos en oxígeno caen a la superficie de Titán, están siendo bombardeados por los productos de las interacciones de rayos cósmicos galácticos con la atmósfera de Titán. Los rayos cósmicos que bombardean el fulereno relleno de oxígeno podrían producir materiales orgánicos más complejos, como aminoácidos, en los fulerenos ricos en carbono y se cargados de oxígeno. Los aminoácidos son considerados importantes para la química pre-biológica.

Los científicos han sido capaces de combinar los nuevos modelos que describen la generación de columnas en Encélado y la captura de iones de oxígeno en los fulerenos en la parte superior de la atmósfera de Titán a las teorías existentes sobre el transporte de oxígeno a través de la magnetosfera. En conjunto, Sittler y Cooper sugieren un camino químico que permite que el oxígeno sea introducido en la química de la superficie de Titán.

"El trabajo de Cooper y Sittler nos ayuda a entender más sobre el potencial de interacciones químicas entre las lunas de Saturno", dijo Linda Spilker, científica del proyecto Cassini en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California.

"El sistema de Saturno es de hecho un lugar dinámico, con las columnas de Encélado creando el anillo E y cargando la magnetosfera con agua que interactúa con Titán y las otras lunas", dijo Spilker.

Fuente