Mesmo que a Cassini A orbiter encerrou sua missão em 15 de setembro de 2017, os dados coletados em Saturno e sua maior lua, Titã, continuam a surpreender e surpreender. Durante os treze anos que passou orbitando Saturno e realizando sobrevoos de suas luas, a sonda coletou uma riqueza de dados sobre a atmosfera, superfície, lagos de metano e ambiente orgânico rico de Titã, que os cientistas continuam estudando.
Por exemplo, há a questão das misteriosas “dunas de areia” em Titã, que parecem ser de natureza orgânica e cuja estrutura e origem permanecem, permaneceu um mistério. Para resolver esses mistérios, uma equipe de cientistas da Universidade John Hopkins (JHU) e a empresa de pesquisa Nanomechanics recentemente conduziram um estudo das dunas de Titã e concluíram que elas provavelmente se formaram nas regiões equatoriais de Titã.
O estudo deles, “De onde vem a areia de titânio: informações das propriedades mecânicas dos candidatos à areia de titânio”, apareceu recentemente on-line e foi submetido ao Jornal de Pesquisa Geofísica: Planetas. O estudo foi conduzido por Xinting Yu, um estudante de graduação do Departamento de Ciências da Terra e Planetárias (EPS) da JHU, e incluiu os professores assistentes de EPS Sarah Horst (conselheira de Yu) Chao He e Patricia McGuiggan, com o apoio de Bryan Crawford, do Nanomechanics Inc.
Para quebrar, as dunas de Titã foram originalmente vistas por Cassini's instrumentos de radar na região de Shangri-La, perto do equador. As imagens obtidas pela sonda mostraram longas faixas lineares escuras que pareciam dunas varridas pelo vento semelhantes às encontradas na Terra. Desde sua descoberta, os cientistas teorizaram que eles são compostos de grãos de hidrocarbonetos que se estabeleceram na superfície da atmosfera de Titã.
No passado, os cientistas conjeturavam que eles se formam nas regiões do norte ao redor dos lagos de metano de Titã e são distribuídos à região equatorial pelos ventos da lua. Mas de onde esses grãos realmente vieram e como foram distribuídos nessas formações semelhantes às dunas, permaneceu um mistério. No entanto, como Yu explicou à Space Magazine por e-mail, isso é apenas parte do que torna essas dunas misteriosas:
“Primeiro, ninguém esperava ver dunas de areia em Titã antes da missão Cassini-Huygens, porque os modelos de circulação global previam que a velocidade do vento em Titã é fraca demais para soprar os materiais para formar dunas. No entanto, através da Cassini, vimos vastos campos de dunas lineares que cobrem quase 30% das regiões equatoriais de Titã!
“Segundo, não temos certeza de como as areias de Titã são formadas. Os materiais das dunas em Titã são completamente diferentes dos da Terra. Na Terra, os materiais das dunas são principalmente fragmentos de areia de silicato intemperizados a partir de rochas de silicato. Enquanto em Titã, os materiais das dunas são compostos orgânicos complexos formados pela fotoquímica na atmosfera, caindo no chão. Estudos mostram que as partículas das dunas são bem grandes (pelo menos 100 mícrons), enquanto a fotoquímica forma partículas orgânicas ainda são bem pequenas perto da superfície (apenas cerca de 1 mícron). Portanto, não temos certeza de como as pequenas partículas orgânicas são transformadas em grandes partículas de dunas de areia (você precisa de um milhão de pequenas partículas orgânicas para formar uma única partícula de areia!)
"Terceiro, também não sabemos onde as partículas orgânicas na atmosfera são processadas para se tornarem maiores para formar as partículas das dunas. Alguns cientistas pensam que essas partículas podem ser processadas em todos os lugares para formar as partículas das dunas, enquanto outros pesquisadores acreditam que sua formação precisa estar envolvida com os líquidos de Titã (metano e etano), que atualmente estão localizados apenas nas regiões polares. ”
Para esclarecer isso, Yu e seus colegas realizaram uma série de experimentos para simular materiais sendo transportados em corpos terrestres e gelados. Isso consistia no uso de várias areias naturais da Terra, como areia de praia de silicato, areia de carbonato e areia de gyspum branco. Para simular os tipos de materiais encontrados em Titã, eles usaram tholins produzidos em laboratório, que são moléculas de metano que foram submetidas à radiação UV.
A produção de tholins foi realizada especificamente para recriar os tipos de aerossóis orgânicos e condições fotoquímicas comuns em Titã. Isso foi feito usando o sistema experimental Planetary HAZE Research (PHAZER) da Universidade Johns Hopkins - para o qual o pesquisador principal é Sarah Horst. O último passo consistiu no uso de uma técnica de nanoidentificação (supervisionada por Bryan Crawford da Nanometrics Inc.) para estudar as propriedades mecânicas das areias e tholins simulados.
Isso consistiu em colocar os simuladores de areia e tholins em um túnel de vento para determinar sua mobilidade e ver se eles poderiam ser distribuídos nos mesmos padrões. Como Yu explicou:
“A motivação por trás do estudo é tentar responder ao terceiro mistério. Se os materiais das dunas são processados através de líquidos, localizados nas regiões polares de Titã, eles precisam ser fortes o suficiente para serem transportados dos pólos para as regiões equatoriais de Titã, onde está localizada a maioria das dunas. No entanto, as tholins que produzimos em laboratório são em quantidades extremamente baixas: a espessura do filme de tholin é de apenas 1 mícron, cerca de 1/10-1 / 100 da espessura do cabelo humano. Para lidar com isso, usamos uma técnica em nanoescala muito intrigante e precisa chamada nanoindentação para realizar as medições. Embora os recuos e trincas produzidos estejam em escalas nanométricas, ainda podemos determinar com precisão propriedades mecânicas como o módulo de Young (indicador de rigidez), dureza de nanoindentação (dureza) e tenacidade à fratura (indicador de fragilidade) do filme fino ".
No final, a equipe determinou que as moléculas orgânicas encontradas em Titã são muito mais macias e quebradiças quando comparadas às areias mais macias da Terra. Simplificando, os tholins que eles produziram não pareciam ter força para percorrer a imensa distância que fica entre os lagos de metano do norte de Titã e a região equatorial. A partir disso, eles concluíram que as areias orgânicas em Titã provavelmente são formadas perto de onde estão localizadas.
"E sua formação pode não envolver líquidos em Titã, pois isso exigiria uma enorme distância de transporte de mais de 2.000 quilômetros dos pólos do Titã até o equador", acrescentou Yu. “As partículas orgânicas macias e quebradiças seriam trituradas em pó antes de chegarem ao equador. Nosso estudo utilizou um método completamente diferente e reforçou alguns dos resultados inferidos das observações da Cassini. ”
No final, este estudo representa uma nova direção para os pesquisadores quando se trata do estudo de Titã e outros corpos no Sistema Solar. Como Yu explicou, no passado, os pesquisadores estavam mais restritos a Cassini dados e modelagem para responder a perguntas sobre as dunas de areia de Titan. No entanto, Yu e seus colegas conseguiram usar análogos produzidos em laboratório para resolver essas questões, apesar do fato de que o Cassini missão está agora no fim.
Além disso, este estudo mais recente certamente será de imenso valor, à medida que os cientistas continuam estudando Cassini's dados em antecipação de futuras missões a Titan. Essas missões visam estudar as dunas de areia de Titã, lagos de metano e química orgânica rica em mais detalhes. Como Yu explicou:
“[Nossos] resultados podem não apenas ajudar a entender a origem das dunas e areias de Titã, mas também fornecerão informações cruciais para futuras missões de pouso em Titan, como o Dragonfly (um dos dois finalistas (de doze propostas) selecionado para desenvolvimento do conceito pelo programa Novas Fronteiras da NASA). As propriedades materiais dos orgânicos em Titã podem realmente fornecer pistas surpreendentes para resolver alguns dos mistérios de Titã.
“Em um estudo publicado no ano passado em planetas JGR (2017, 122, 2610-2622), descobrimos que as forças interpartículas entre as partículas de tholin são muito maiores que a areia comum na Terra, o que significa que os orgânicos em Titã são muito mais coesivo (ou mais pegajoso) que as areias silicatadas da Terra. Isso implica que precisamos de uma velocidade do vento maior para soprar as partículas de areia em Titã, o que poderia ajudar os pesquisadores de modelagem a responder ao primeiro mistério. Também sugere que as areias de Titã podem ser formadas pela simples coagulação de partículas orgânicas na atmosfera, uma vez que são muito mais fáceis de se unir. Isso poderia ajudar a entender o segundo mistério das dunas de areia de Titã. "
Além disso, este estudo tem implicações para o estudo de outros corpos além de Titã. "Nós encontramos orgânicos em muitos outros corpos do sistema solar, especialmente corpos gelados no sistema solar externo, como Plutão, a lua de Netuno, Tritão, e o cometa 67P", disse Yu. “E alguns dos orgânicos são produzidos fotoquimicamente da mesma forma que Titan. E também encontramos recursos soprados pelo vento (chamados de características eólias) nesses corpos, para que nossos resultados possam ser aplicados também a esses corpos planetários. ”
Na próxima década, espera-se que várias missões explorem as luas do Sistema Solar externo e revelem coisas sobre seus ricos ambientes que poderiam ajudar a lançar luz sobre as origens da vida aqui na Terra. Além disso, o Telescópio Espacial James Webb (agora previsto para ser implantado em 2021) também usará seu avançado conjunto de instrumentos para estudar os planetas do Sistema Solar, na esperança de resolver essas questões importantes.
