Seis nuevas fotografías de Titán, luna de Saturno (Fuente: NASA)

SAN ANTONIO, TEXAS. Un nuevo estudio del Southwest Research Institute aborda uno de los grandes misterios sobre Titán, una de las lunas de Saturno: el origen de su atmósfera espesa y rica en nitrógeno. El estudio, publicado en The Astrophysical Journal, volumen 871, No.1, postula que una de las claves de la atmósfera misteriosa de Titán es la «cocción» de material orgánico en el interior de la luna.

El equipo que realizó el estudio lo integran la doctora Kelly Miller, científica investigadora del Southwest Research Institute: San Antonio, TX; el investigador Chrispother Glein y el Ph.D. Jack White, que dirige desde 1988 hasta el presente el programa Space Science and Engineering del Southwest Research Institute: San Antonio, TX.

«Titán es una luna muy interesante porque tiene una atmósfera muy espesa, que la hace única entre las lunas de nuestro sistema solar», dijo la Dra. Kelly Miller, autora principal del estudio.

«También es el único cuerpo en el sistema solar, aparte de la Tierra, que tiene grandes cantidades de líquido en la superficie. Sin embargo, Titán tiene hidrocarburos líquidos en lugar de agua. Sin duda, en Titán está ocurriendo una gran cantidad de química orgánica, por lo que Es una fuente innegable de curiosidad», advirtió.

La atmósfera de la luna más grande de Saturno es extremadamente densa, incluso más gruesa que la atmósfera de la Tierra, y está compuesta principalmente de gas nitrógeno.

Esto ocurre, según el estudio, debido «a que Titán es la única luna en nuestro sistema solar con una atmósfera sustancial, los científicos se han preguntado durante mucho tiempo cuál era su origen», dijo.

«La teoría principal ha sido que el hielo de amoniaco de los cometas se convirtió, mediante impactos o fotoquímica, en nitrógeno para formar la atmósfera de Titán. Si bien este puede ser un proceso importante, descuida los efectos de lo que ahora sabemos que es una parte muy importante de Cometas: materia orgánica compleja», expresa.

Otro aspecto extraño de la atmósfera de Titán es que también es aproximadamente un 5 por ciento de metano, que reacciona rápidamente (según los estándares astrofísicos) para formar sustancias orgánicas que gradualmente caen a la superficie. Como resultado, el metano atmosférico tendría que reponerse de alguna manera o este período de tiempo actual es simplemente una era única para Titán.

Ilustración de la superficie de la Luna Titán, con Saturno (Fuente externa)

La investigación de Miller se vio impulsada por los datos de la nave espacial Rosetta, una sonda de la Agencia Espacial Europea que estudió el cometa distante 67P / Churyumov-Gerasimenko con la participación de la NASA y entregó el sorprendente descubrimiento de que el cometa tenía aproximadamente medio hielo, un cuarto de roca y un cuarto de material orgánico.

«Los cometas y cuerpos primitivos en el sistema solar exterior son realmente interesantes porque se cree que son bloques de construcción sobrantes del sistema solar», dijo. «Esos cuerpos pequeños podrían incorporarse en cuerpos más grandes, como Titán, y el material rocoso denso y orgánico se podría encontrar en su núcleo».

Para estudiar el misterio de Titán, Miller combinó los datos existentes de material orgánico encontrado en meteoritos con modelos térmicos previos del interior de la luna para ver cuánto material gaseoso podría producirse y si ahora era comparable a la atmósfera.

Siguiendo la regla estándar de «Si cocina algo, producirá gases», Miller descubrió que aproximadamente la mitad de la atmósfera de nitrógeno, y potencialmente todo el metano, podría resultar de la «cocción» de estos compuestos orgánicos que se incorporaron a Titán en sus comienzos.

CONCLUSIONES DEL ESTUDIO

A la luz de los nuevos datos de la misión Rosetta sobre la gran abundancia de material orgánico refractario y su similitud con otras sustancias orgánicas extraterrestres primitivas, hemos investigado las fuentes de N en Titán y concluimos que las sustancias orgánicas pueden haber jugado un papel importante en la formación de Titán. atmósfera. El trabajo de laboratorio sobre compuestos orgánicos análogos de condritas indica que a temperaturas superiores a 200 ° C, la OIM se descompone para producir especies más volátiles. Estas temperaturas relativamente bajas y la gran abundancia de sustancias orgánicas complejas sugieren que el calentamiento interno de sustancias orgánicas refractarias puede desempeñar un papel importante para la generación volátil dentro de los mundos helados en el sistema solar exterior. Para probar esta idea, estimamos los tamaños de los reservorios de N en Titán, modelamos la producción de N volátil en función de la profundidad en el núcleo rocoso de Titán, examinamos las implicaciones para el metano atmosférico en Titán y evaluamos el papel de los compuestos orgánicos refractarios en el establecimiento del isótopo N y las proporciones 36Ar / N de la atmósfera de Titán. Encontramos que la desgasificación de sustancias volátiles dentro de los ~ 300 km de la interfaz del núcleo de hielo puede ser suficiente para proporcionar el 50% de contribución a la atmósfera de Titán sugerida por consideraciones isotópicas.

Las restricciones de los gases isotópicos y nobles sugieren que el NH3 y los compuestos orgánicos refractarios pueden haber sido las fuentes dominantes de la N atmosférica de Titán. Esta mezcla puede ser el resultado de la acumulación de material de una subnebulosa cálida seguida del calentamiento de los compuestos orgánicos en el interior de Titán. Las mediciones futuras de las proporciones de mezcla de Xe y Kr y sus composiciones isotópicas en la atmósfera de Titán, así como los modelos mejorados de calefacción interna y estructural y una mayor comprensión de la naturaleza y el alcance del criovolcanismo en Titán proporcionarán importantes restricciones para probar este modelo. De manera similar, las futuras mediciones de gases nobles en Plutón y Tritón proporcionarán pruebas de la aplicabilidad de este modelo a otros cuerpos del sistema solar exterior que pueden haber acumulado abundante material orgánico.

Este proyecto fue apoyado por los fondos Rosetta de la NASA (JPL subcontrata 1296001) y la subvención interna del Instituto de Investigación del Suroeste 15.R8756. C.R.G. fue apoyado por el Instituto de Astrobiología de la NASA, a través de su equipo dirigido por JPL titulado Habitabilidad de los Mundos de Hidrocarburos: Titán y más allá. Agradecemos a Y. Sekine los valiosos comentarios que mejoraron el manuscrito.

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