Descoberta molécula “estranha” na atmosfera de Titã

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Estas imagens infravermelhas da lua de Saturno, Titã, representam algumas das imagens globais mais claras da superfície da lua gelada. As vistas foram criadas usando 13 anos de dados obtidos pelo instrumento VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer) a bordo da sonda Cassini da NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/Universidade de Nantes/Universidade do Arizona

Cientistas da NASA identificaram uma molécula na atmosfera de Titã que nunca tinha sido detectada em qualquer outra atmosfera. Na verdade, muitos químicos provavelmente mal ouviram falar ou sabem como pronunciá-la: ciclopropenilideno, ou C3H2. Os cientistas dizem que esta molécula simples baseada em carbono pode ser um precursor de compostos mais complexos que poderiam formar ou alimentar uma possível forma de vida em Titã.

Os investigadores encontraram C3H2 usando um radiotelescópio no norte do Chile, conhecido como ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Notaram a molécula C3H2, que é feita de carbono e hidrogénio, enquanto examinavam um espectro de assinaturas de luz únicas recolhido pelo telescópio; estas revelaram a composição química da atmosfera de Titã pela energia que as suas moléculas emitiam ou absorviam.

“Quando percebi que estava a olhar para o ciclopropenilideno, o meu primeiro pensamento foi: ‘Bem, isto é realmente inesperado,'” disse Conor Nixon, cientista planetário do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, que liderou a busca com o ALMA. Os achados da sua equipa foram publicados na edição de 15 de Outubro da revista The Astronomical Journal.

Embora os cientistas tenham encontrado C3H2 em regiões espalhadas pela Galáxia, encontrá-la numa atmosfera foi uma surpresa. Isto porque a molécula ciclopropenilideno pode reagir facilmente com outras moléculas com as quais entra em contacto e formar espécies diferentes. Os astrónomos até agora encontraram C3H2 apenas em nuvens de gás e poeira que flutuam entre sistemas estelares – por outras palavras, em regiões demasiado frias e difusas para facilitar muitas reacções químicas.

Mas atmosferas densas como a de Titã são “colmeias” de actividade química. Essa é uma das razões principais pelas quais os cientistas estão interessados nesta lua, que é o destino da futura missão Dragonfly da NASA. A equipa de Nixon foi capaz de identificar pequenas quantidades de C3H2 em Titã provavelmente porque estavam a observar as camadas superiores da atmosfera da lua, onde há menos gases para interagir com C3H2. Os cientistas ainda não sabem porque é que o composto químico ciclopropenilideno apareceria na atmosfera de Titã, mas em nenhuma outra atmosfera. “Titã é única no nosso Sistema Solar,” disse Nixon. “Provou ser um tesouro de novas moléculas.”

A maior das 62 luas de Saturno, Titã é um mundo intrigante que, de certa forma, é o mais semelhante à Terra que já encontrámos. Ao contrário de qualquer outra lua no Sistema Solar – existem mais de 200 – Titã tem uma atmosfera densa que é quatro vezes mais densa que a da Terra, além de nuvens, chuva, lagos e rios, e até mesmo um oceano subterrâneo de água salgada.

A atmosfera de Titã é composta principalmente por azoto, como a da Terra, com uma pitada de metano. Quando as moléculas de metano e azoto se separam sob o brilho do Sol, os seus átomos componentes desencadeiam uma complexa teia de química orgânica que cativou os cientistas e colocou esta lua no topo da lista dos alvos mais importantes na busca da NASA por vida passada ou presente no Sistema Solar.

“Estamos a tentar descobrir se Titã é habitável,” disse Rosaly Lopes, investigadora sénior e especialista em Titã no JPL da NASA em Pasadena, Califórnia. “De modo que queremos saber quais os elementos químicos da atmosfera que chegam à superfície e, aí, se esse material pode passar pela crosta de gelo até ao oceano por baixo, porque pensamos que é no oceano que estão as condições habitáveis.”

Os tipos de moléculas que podem estar à superfície de Titã podem ser os mesmos que formaram os blocos de construção da vida na Terra. No início da sua história, há 3,8-2,5 mil milhões de anos, quando o metano enchia o ar da Terra em vez de oxigénio, as condições aqui podiam ser semelhantes às de Titã hoje, suspeitam os cientistas.

“Pensamos em Titã como um laboratório da vida real, onde podemos ver uma química semelhante à da Terra primitiva, quando a vida estava o tomar o seu lugar de destaque,” disse Melissa Trainer, astro-bióloga de Goddard da NASA. Trainer é a investigadora principal adjunta da missão Dragonfly e líder de um instrumento no drone Dragonfly que irá analisar a composição da superfície de Titã.

“Estaremos à procura de moléculas maiores do que C3H2,” disse Trainer, “mas precisamos de saber o que está a ocorrer na atmosfera para entender as reacções químicas que levam moléculas orgânicas complexas a se formarem e a choverem para a superfície”.

A molécula ciclopropenilideno é a única outra molécula “cíclica”, ou de circuito fechado, além do benzeno, que foi encontrada na atmosfera de Titã até agora. Embora o composto C3H2 não seja conhecido pela sua utilização em reacções biológicas modernas, as moléculas de circuito fechado são importantes porque formam os anéis para as nucleobases do ADN, a estrutura química complexa que transporta o código genético da vida, e do ARN, outro composto crítico para as funções da vida. “A sua natureza cíclica abre este ramo extra da química que permite construir estas moléculas biologicamente importantes,” disse Alexander Thelen, astro-biólogo de Goddard que trabalhou com Nixon para encontrar C3H2.

Cientistas como Thelen e Nixon estão a usar telescópios terrestres, grandes e altamente sensíveis, para procurar as moléculas de carbono mais simples, relacionadas com a vida, que podem encontrar na atmosfera de Titã. O benzeno era considerado a unidade mais pequena de moléculas anulares e complexas de hidrocarbonetos encontrada em qualquer atmosfera planetária. Mas agora, o C3H2, com metade dos átomos de carbono do benzeno, parece ter tomado o seu lugar.

A equipa de Nixon usou o observatório ALMA para observar Titã em 2016. Ficaram surpresos ao encontrar uma impressão digital química estranha, que Nixon identificou como ciclopropenilideno pesquisando numa base de dados de todas as assinaturas moleculares de luz conhecidas.

Para verificar se os investigadores estavam realmente a ver esta substância invulgar, Nixon examinou artigos científicos publicados a partir de análises de dados da sonda Cassini da NASA, que fez 127 “flybys” por Titã entre 2004 e 2017. Ele queria ver se um instrumento na nave espacial que “farejou” os compostos químicos em torno de Saturno e Titã podia confirmar o seu novo resultado (o instrumento – um espectrómetro de massa – detectou indícios de muitas moléculas misteriosas em Titã que os cientistas ainda estão a tentar identificar). De facto, a Cassini avistou evidências de uma versão electricamente carregada da mesma molécula, C3H3+.

Tendo em conta que é um achado raro, os cientistas estão a tentar aprender mais sobre o ciclopropenilideno e como pode interagir com os gases na atmosfera de Titã.

“É uma pequena molécula muito estranha, de modo que não se aprende sobre ela na química do secundário ou até mesmo no ensino superior,” disse Michael Malaska, cientista planetário do JPL que trabalhou na indústria farmacêutica antes de se apaixonar por Titã e de mudar de carreira para a estudar. “Aqui na Terra, não é algo que se encontra.”

Mas, disse Malaska, encontrar moléculas como C3H2 é realmente importante para ter uma visão geral de Titã: “Cada peça e parte pequena que podemos descobrir ajuda a montar o enorme quebra-cabeças de todas as coisas que por lá acontecem.”

Astronomia On-line
30 de Outubro de 2020