Científicos de la NASA Encuentran una Nube ‘Imposible’ de estar en Titán

titan

El aspecto desconcertante de una nube de hielo, aparentemente salida de la nada ha llevado a los científicos de la NASA a sugerir que un proceso diferente que se pensaba – posiblemente similar a la que se ve sobre los polos de la Tierra – podría estar formando nubes en la luna de Saturno Titán.




Situado en la estratosfera de Titán, la nube está hecha de un compuesto de carbono y nitrógeno conocido como dicianoacetileno (C4N2), un ingrediente en las mezclas químicas que los colores nebuloso, la atmósfera de color marrón-naranja de la luna gigante.

Hace décadas, el instrumento de infrarrojos de la nave espacial Voyager 1 de la NASA descubrió una nube de hielo como ésta en Titán. Lo que ha intrigado a los científicos desde que es la siguiente: se detectan menos de 1 por ciento del gas dicianoacetileno necesario para la nube a condensarse.

Las observaciones recientes de la misión Cassini de la NASA dieron un resultado similar. Usando el espectrómetro infrarrojo compuesto de la Cassini, o CIRS – que puede identificar las huellas espectrales de los productos químicos individuales en el brebaje atmosférica – los investigadores encontraron una gran nube, a gran altura hecha de la misma sustancia química congelada. Sin embargo, al igual que el Voyager encontró, cuando se trata de la forma de vapor de esta sustancia química, CIRS informó que la estratosfera de Titán es tan seco como un desierto.

“La aparición de esta nube de hielo va en contra de todo lo que sabemos acerca de la forma en que se forman las nubes en Titán”, dijo Carrie Anderson, CIRS co-investigador del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y autor principal del estudio.

El proceso típico para la formación de nubes implica la condensación. En la Tierra, estamos familiarizados con el ciclo de evaporación y condensación del agua. El mismo tipo de ciclo tiene lugar en la troposfera de Titán – la capa resistente a la formación de la atmósfera de Titán – pero con metano en lugar de agua.

Un proceso de condensación diferente tiene lugar en la estratosfera – la región por encima de la troposfera – al norte y al sur de invierno polos de Titán. En este caso, las capas de nubes se condensan como el patrón de circulación global obliga a los gases calientes hacia abajo en el polo. Los gases se condensan a continuación, mientras se hunden a través de capas más frías y más frías de la estratosfera polar.

De cualquier manera, se forma una nube cuando la temperatura del aire y la presión son favorables para que el vapor se condense en forma de hielo. El vapor y el hielo llegan a un punto de equilibrio – un equilibrio – que está determinado por la temperatura del aire y la presión. Debido a este equilibrio, los científicos pueden calcular la cantidad de vapor donde el hielo está presente.

“Para las nubes que se condensan, este equilibrio es obligatorio, como la ley de la gravedad,” dijo Robert Samuelson, un científico emérito en el Centro Goddard y un co-autor del trabajo.

Pero los números no computan para la nube hecha de dicianoacetileno. Los científicos determinaron que necesitarían al menos 100 veces más vapor para formar una nube de hielo en la parte superior de nubes fue observada por CIRS de la Cassini.

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Una explicación sugerida desde el principio es que el vapor podría estar presente, pero el instrumento de Voyager no era lo suficientemente sensible en el rango de longitud de onda crítica necesaria para detectarlo. Pero cuando CIRS tampoco encontró el vapor, Anderson y sus colegas de Caltech Goddard y propusieron una explicación totalmente diferente. En lugar de la nube de formación por condensación, creen que el hielo se forma C4N2 debido a las reacciones que tienen lugar en otros tipos de partículas de hielo. Los investigadores llaman a esto “la química del estado sólido”, debido a que las reacciones implican el hielo, o sólido, forma de la sustancia química.

El primer paso en el proceso propuesto es la formación de partículas de hielo hechos de la cianoacetileno química relacionada (HC3N). A medida que estos pequeños trozos de hielo se mueven hacia abajo a través de la estratosfera de Titán, consiguen recubiertos por cianuro de hidrógeno (HCN). En esta etapa, la partícula de hielo tiene un núcleo y una cáscara compuesta de dos productos químicos diferentes. De vez en cuando, un fotón de túneles de luz ultravioleta en la cáscara congelado y desencadena una serie de reacciones químicas en el hielo. Estas reacciones podrían comenzar ya sea en el núcleo o dentro de la cáscara. Ambas vías pueden producir hielo dicyanoacteylene e hidrógeno como productos.

Los investigadores tuvieron la idea de la química del estado sólido a partir de la formación de nubes que intervienen en el agotamiento del ozono por encima de los polos terrestres. Aunque la estratosfera de la Tierra tiene escasa humedad, tenues nubes nacaradas (también llamado nubes estratosféricas polares) pueden formar en las condiciones adecuadas. En estas nubes, los productos químicos de cloro-cojinete que han entrado en la atmósfera en forma de palo de la contaminación de los cristales de hielo de agua, dando lugar a reacciones químicas que liberan moléculas de cloro que destruyen el ozono.

“Es muy emocionante pensar que podemos tener ejemplos que se encuentran los procesos químicos de estado sólido similares tanto en Titán y la Tierra”, dijo Anderson.

Los investigadores sugieren que, en Titán, las reacciones se producen en el interior de las partículas de hielo, secuestrado de la atmósfera. En ese caso, dicianoacetileno hielo no haría contacto directo con la atmósfera, lo que explica por qué el hielo y las formas de vapor no están en el equilibrio esperado.

“Las composiciones de los estratósferas polares de Titán y la Tierra no pueden diferir más”, dijo Michael Flasar, CIRS investigador principal en el Centro Goddard. “Es increíble ver lo bien que la física subyacente de ambas atmósferas ha dado lugar a la química análoga nube.”

Los resultados se publican en la revista Geophysical Research Letters.

La misión Cassini-Huygens es un proyecto cooperativo de la NASA, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Italiana. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división de Caltech en Pasadena, dirige la misión para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA, Washington. JPL diseñado, desarrollado y ensamblado el orbitador Cassini. El instrumento CIRS fue construido por Goddard.

Para obtener más información acerca de Cassini, visite:

http://www.nasa.gov/cassini

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