2230: Telescópio Webb vai estudar Saturno e a sua lua Titã

Esta imagem mostra uma gigante tempestade saturniana observada em comprimentos de onda do infravermelho médio pelo VLT (Very Large Telescope) do ESO em 2011. Os gases quentes que alimentam a tempestade fazem-na brilhar em comparação com o resto do planeta.
Crédito: L. Fletcher (Universidade de Leicester) e ESO

Se perguntar a um estranho na rua qual o seu planeta favorito, provavelmente a resposta será Saturno. Os impressionantes anéis de Saturno são uma vista memorável em qualquer telescópio amador. Mas ainda há muito a aprender sobre Saturno, especialmente sobre o clima e a química do planeta, bem como sobre a origem do seu opulento sistema de anéis. Após o seu lançamento em 2021, o Telescópio Espacial James Webb da NASA observará Saturno, os seus anéis e a sua família de luas como parte de um abrangente programa do Sistema Solar.

Este estudo será levado a cabo através de um programa de Observações de Tempo Garantido liderado por Heidi Hammel, astrónoma planetária e vice-presidente executiva da AURA (Association of Universities for Research in Astronomy) em Washington, D.C., EUA. Hammel foi, em 2002, seleccionada pela NASA como cientista interdisciplinar do Webb.

“O objectivo deste programa é demonstrar as capacidades do Webb para observações do Sistema Solar, incluindo observações de objectos brilhantes, o rastreamento de objectos em movimento e a localização de alvos fracos ao lado de objectos brilhantes,” explicou Hammel. “Os dados serão disponibilizados para a comunidade do Sistema Solar o mais rápido possível para mostrar que o Webb pode fazer o que prometemos.”

O Webb vai prosseguir onde a sonda Cassini da NASA parou. A Cassini orbitou Saturno durante 13 anos, de 2004 até a missão terminar em 2017, quando mergulhou na atmosfera de Saturno. Desde então, programas como o OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy) do Telescópio Espacial Hubble e medições no solo têm sido a única maneira de monitorizar Saturno.

As estações de Saturno

Saturno está inclinado no seu eixo, tal como a Terra e, como resultado, também tem estações à medida que orbita o Sol. No entanto, como o ano de Saturno equivale a 30 anos terrestres, cada estação dura cerca de sete anos e meio. A Cassini chegou durante o verão no hemisfério sul (inverno no hemisfério norte). Mas agora é verão no hemisfério norte. Os astrónomos estão ansiosos por procurar mudanças sazonais na atmosfera de Saturno.

“Estas observações vão dar-nos um ensaio completo do sistema de Saturno para ver o que mudou, para ver como as estações evoluíram desde os últimos vislumbres da Cassini e para aproveitar capacidades do Webb que a Cassini nunca teve,” disse Leigh Fletcher, da Universidade de Leicester, Inglaterra, investigador principal do programa.

No final de 2010, uma tempestade monstruosa irrompeu no hemisfério norte de Saturno. Começou como uma mancha pequena, mas cresceu rapidamente, até que no final de Janeiro de 2011 cercava o planeta. Os astrónomos ficaram surpresos porque tais tempestades normalmente só se formam depois do solstício de verão, que ocorreu em 2017. Eles vão observar mais tempestades à medida que o hemisfério norte de Saturno passa de verão para outono ao longo da missão do Webb.

As tempestades não são os únicos fenómenos atmosféricos que Saturno e a Terra partilham. Saturno também tem auroras. Estas auroras desencadeiam mudanças químicas na atmosfera de Saturno, quebrando algumas moléculas e permitindo a formação de algumas novas. O Webb vai procurar assinaturas desta química invulgar em comprimentos de onda infravermelhos, particularmente na região polar norte.

Titã, a maior lua de Saturno

A maior lua de Saturno, Titã, também cairá sob o olhar poderoso do Webb. Titã não tem igual porque é a única lua do nosso Sistema Solar com uma atmosfera substancial. Na verdade, é maior que o planeta Mercúrio. A pressão atmosférica em Titã é cerca de 50% maior que a da Terra. Tal como na Terra, essa atmosfera é principalmente azoto, mas Titã também possui hidrocarbonetos vaporosos como o metano. Titã é também muito mais fria que a Terra, com uma temperatura de superfície que ronda os -180º C.

No interior da atmosfera de Titã, as reacções químicas estão constantemente a produzir a sua composição. As moléculas são quebradas nos seus constituintes como carbono, hidrogénio, oxigénio e azoto. Esses átomos formam novas moléculas, que se infiltram no ar e se acomodam em qualquer pólo onde seja inverno.

“A atmosfera de Titã é como um grande laboratório de química,” disse Conor Nixon, do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, investigador principal do programa. Nixon e colegas vão usar os instrumentos NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) e MIRI (Mid Infrared Imager) do Webb para estudar estas moléculas em muito mais detalhe do que os instrumentos da Cassini permitiam.

Titã é também o único objecto do nosso Sistema Solar, além da Terra, com mares e lagos líquidos à sua superfície. Enquanto a Terra tem um ciclo de água no qual a água evapora, cai como chuva e flui pelos rios até ao oceano, Titã tem um ciclo similar com o metano. Em Titã, a chuva de metano escava leitos de rios através de água gelada como rocha antes de correr para os mares. A Cassini e a sua pequena sonda Huygens, da ESA, que aterrou em Titã em 2004, fizeram descobertas notáveis sobre esta lua saturniana. O Webb vai estudar os ciclos climáticos sazonais de Titã para compará-los com os modelos dos astrónomos.

“Titã tem nuvens e clima que podemos ver mudando em tempo real. A sua química é muito diferente da da Terra, mas ainda é química orgânica baseado no carbono,” disse Stefanie Milam de Goddard, co-investigadora do programa.

O tempo de vida da missão do Webb, após o lançamento, foi projectado para ser pelo menos de cinco anos e meio, mas poderá durar dez ou mais. Como resultado, pode observar o verão no hemisfério norte passando pelo equinócio de outono e para a primavera a sul. Quase que “completaria o círculo” começado quando a Cassini chegou a Saturno durante o verão no hemisfério sul.

“Nós genuinamente teremos coberto todo um ano de Saturno. Seria uma experiência bastante reveladora,” disse Fletcher.

O Telescópio Espacial James Webb será o principal observatório científico espacial quando for lançado em 2021. Vai resolver mistérios do nosso Sistema Solar, olhar para mundos distantes ao redor de outras estrelas e investigar as misteriosas estruturas e origens do nosso Universo e o nosso lugar nele. O Webb é um projecto internacional liderado pela NASA e pelos seus parceiros, a ESA e a Agência Espacial Canadiana.

Astronomia On-line
25 de Junho de 2019

1924: Estranho “corredor de gelo” encontrado na mais exótica lua de Saturno

NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Uma equipa de cientista da NASA, que estuda Titã – a mais exótica e a segunda maior lua de Saturno – descobriu um estranho “corredor de gelo” que abrange 6.300 quilómetros da região tropical do satélite natural.

A cientista planetária Caitlin Griffith, da Universidade do Arizona, nos Estados Unidos, liderou a equipa que estudou a formação peculiar desta lua tendo por base imagens recolhidas pela sonda Cassini. Os especialista recorreram à espectroscopia infravermelha para conseguir penetrar na densa atmosfera de nitrogénio da lua de Saturno.

“Este corredor de gelo é intrigante, porque não possui uma correlação com quaisquer outras características da superfície, nem com as medidas do subsolo”, comentou Griffith sobre o longo corredor agora descoberto.

A nova investigação, cujos resultados foram esta semana publicados na revista Nature Astronomy, indica que “o gelo de água está distribuído de forma desigual, mas não de forma aleatória, ao longo da superfície tropical de Titã”, acrescentou a cientista.

Os cientistas, que até esperavam que a superfície de Titã estivesse coberta por sedimentos orgânicos que caem como chuva quando os raios solares “partem” metano na atmosfera, fenómeno que Griffith compara a uma “versão perturbada” da Terra, os cientistas ficaram surpresos ao descobrir uma espécie de anel de gelo a rodear o satélite de Saturno.

“É possível que estejamos a ver algo que é um vestígio de um período tempo no qual Titã era um pouco diferente”, completou a cientista em declarações à revista New Scientist.

De acordo com a mesma publicação, a teoria mais provável para justificar este estranho corredor de gelo sustenta que a formação é composta por vestígios de um antigo e massivo “vulcão de gelo” que produzia água, amoníaco ou metano, em vez de lava – algo que estamos habituados a observar na Terra.

ZAP // SputnikNews
Por ZAP
5 Maio, 2019

 

1868: Cassini revela surpresas nos lagos de Titã

Esta imagem a cores, no infravermelho próximo, pela Cassini, mostra o reflexo do Sol pelos mares polares norte de Titã.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/Universidade do Arizona/Universidade do Idaho

No seu último “flyby” pela maior lua de Saturno em 2017, a sonda Cassini da NASA recolheu dados de radar que revelaram que os pequenos lagos líquidos no hemisfério norte de Titã são surpreendentemente profundos, empoleirados no topo de colinas e repletos de metano.

Os novos achados, publicados na edição de 15 de Abril da revista Nature Astronomy, são a primeira confirmação de quão profundos são alguns dos lagos de Titã (mais de 100 metros) e da sua composição. Fornecem novas informações sobre a forma como o metano líquido chove, evapora e se infiltra em Titã – o único corpo planetário no nosso Sistema Solar, além da Terra, conhecido por ter líquido estável à sua superfície.

Os cientistas sabem que o ciclo hidrológico de Titã funciona de maneira semelhante ao da Terra – com uma grande diferença. Em vez de ser água a evaporar-se dos mares, formando nuvens e chuva, Titã fá-lo com metano e etano. Nós tendemos a pensar nestes hidrocarbonetos como gases na Terra, a menos que sejam pressurizados num tanque. Mas a lua Titã é tão fria que aqui estes elementos comportam-se como líquidos, como gasolina à temperatura ambiente no nosso planeta.

Os cientistas sabiam que os mares do Norte, muito maiores, estão repletos de metano, mas descobrir que os lagos mais pequenos são compostos principalmente por metano foi uma surpresa. Anteriormente, os dados da Cassini mediram Ontario Lacus, o único grande lago no hemisfério sul de Titã. Lá, encontraram uma mistura aproximadamente igual de metano e etano. O etano é um pouco mais pesado do que o metano, com mais átomos de carbono e hidrogénio na sua composição.

“De cada vez que fazemos descobertas em Titã, Titã torna-se mais misterioso,” comenta o autor principal Marco Mastrogiuseppe, cientista de radar do Caltech em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “Mas estas novas medições ajudam a dar resposta a algumas questões-chave. Agora, podemos entender melhor a hidrologia de Titã.”

Acrescentando às excentricidades de Titã, com as suas características parecidas às da Terra esculpidas por materiais exóticos, está o facto de que a hidrologia de um lado do hemisfério norte é completamente diferente da do outro lado, disse o cientista da Cassini e co-autor Jonathan Lunine da Universidade de Cornell em Ithaca, Nova Iorque.

“É como se olhássemos, a partir de órbita, para o Pólo Norte da Terra e pudéssemos ver que a América do Norte tinha um cenário geológico completamente diferente para corpos líquidos do que a Ásia,” explicou Lunine.

No lado este de Titã, existem grandes mares com baixa elevação, desfiladeiros e ilhas. No lado oeste: lagos pequenos. E as novas medições mostram lagos empoleirados no topo de grandes colinas e planaltos. As novas medições de radar confirmam as descobertas anteriores de que os lagos estão muito acima do nível do mar, mas evocam uma nova imagem de formações terrestres – como mesas ou morros – centenas de metros acima da paisagem circundante, com lagos líquidos profundos no topo.

O facto destes lagos ocidentais serem pequenos – com apenas dezenas de quilómetros de largura -, mas muito profundos, também diz aos cientistas algo novo sobre a sua geologia: é a melhor evidência, até agora, de que provavelmente formaram-se quando o substrato rochoso e circundante de gelo e compostos orgânicos se dissolveu e colapsou. Na Terra, lagos de água idênticos são conhecidos como lagos cársicos. Situados em áreas como na Alemanha, na Croácia e nos Estados Unidos, formam-se quando a água dissolve rocha calcária.

Juntamente com a investigação de lagos profundos, um segundo artigo na Nature Astronomy ajuda a desvendar mais do mistério que é o ciclo hidrológico de Titã. Investigadores usaram dados da Cassini para revelar o que chamam de lagos transientes. Conjuntos diferentes de observações – de dados de radar a dados infravermelhos – parecem mostrar que os níveis de líquido mudaram significativamente.

A melhor explicação é que houve algumas mudanças sazonais nos líquidos à superfície, disse a autora principal Shannon MacKenzie, cientista planetária do Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins em Laurel, Maryland, EUA. “Uma possibilidade é que essas características transitórias podem ter sido corpos líquidos mais rasos que, ao longo da estação, evaporaram e se infiltraram no subsolo,” realçou.

Estes resultados e as descobertas presentes no artigo da Nature Astronomy sobre os lagos profundos de Titã apoiam a ideia de que a chuva de hidrocarbonetos alimenta os lagos, que então podem evaporar de volta para a atmosfera ou drenar para o subsolo, deixando reservatórios de líquido armazenados por baixo.

A Cassini, que chegou ao sistema de Saturno em 2004 e que terminou a sua missão em 2017 quando mergulhou deliberadamente na atmosfera do planeta gigante, mapeou mais de 1,6 milhões de quilómetros quadrados de lagos e mares à superfície de Titã. Fê-lo com o seu instrumento de radar, que enviou ondas de rádio e recolheu um sinal de retorno (ou eco) que forneceu informações sobre o terreno e sobre a profundidade e composição dos corpos líquidos, juntamente com dois sistemas de imagem que podiam penetrar através da espessa neblina atmosférica da lua.

Os dados cruciais para a nova investigação foram recolhidos durante a última passagem rasante por Titã, no dia 22 de Abril de 2017. Foi o último olhar da missão para os lagos menores da lua, que a equipa aproveitou ao máximo. A recolha dos ecos a partir das superfícies dos lagos pequenos, enquanto a Cassini passava por Titã, foi um desafio único.

“Este foi o último grande feito ousado da Cassini em Titã,” concluiu Lunine.

Astronomia On-line
19 de Abril de 2019

 

1648: A exótica lua de Saturno pode abrigar vida alienígena

NASA / JPL-Caltech

Amanda Hendrix, cientista planetária NASA e responsável pelo programa de exploração de locais do Sistema Solar que poderiam albergar oceanos subterrâneos, sugere que alguma estranha forma de vida pode viver em Titã, o segundo maior satélite de Saturno.

“Temos que perceber se estes oceanos são habitáveis e, se assim for, [verificar] se há vida neles”, afirmou Hendrix ao jornal Express, dando conta dos objectivos do Programa de Exploração de Oceanos que lidera.

Titã, muitas vezes apontada como a lua exótica de Saturno, é o segundo maior satélite do planeta e os especialistas têm evidências claras de que este mundo contém massas líquidas estáveis à superfície. “Titã é um mundo oceânico único, porque tem um oceano no subsolo e tem também lagos de hidrocarbonetos líquidos à superfície”, destacou.

Hendrix acredita que as condições na superfície de Titã são bastante apropriadas para a presença de vida. Apesar das potencialidades, a cientistas duvida que “existam alienígenas com cabeças verdes a nadar por ai”, apostando antes que os oceanos da lua possam conter algumas “formas de vida simples”. “Pode haver algum modo de vida louco baseado no metano existente à superfície de Titã”, apontou.

A cientista aponta ainda que, além de Titã, existem dois outros lugares que podiam abrigar vida: em Enceladus (o sexto maior satélite de Saturno), e na Europa (o sexto satélite natural de Júpiter). Segundo revelou a cientista, a agência espacial norte-americana está actualmente a decidir duas missões astronómicas para estudar estes satélites.

Apesar de a água ser uma condição considerada como básica para a vida, os cientistas não chegaram ainda a um consenso, continuando a debater se a água e os mundos oceânicos são propícios a formas de vida ainda desconhecidas ou se são, em sentido inverso, hostis a seres alienígenas – a procura por estas formas de vida vai, certamente, continuar e o debate promete continuar aceso.

ZAP //

Por ZAP
28 Fevereiro, 2019

 

1548: Dragonfly, o “robocópetro” que pode vir a morar na exótica lua de Saturno

Dentro de 15 anos, Titã, a exótica lua de Saturno, poder receber um novo “hóspede”. O Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins (APL), nos Estados Unidos, acaba de divulgar uma imagem detalhada do Dragonfly, um veículo de pouso projectado para explorar o satélite natural.

Em comunicado, a APL explica que o rover foi projecto para recolher amostras materiais da superfície e para medir as composições dos materiais da superfície de Titã.

De acordo com a mesma nota, o Dragonfly será capaz de explorar uma variedade de locais de forma a caracterizar a habitabilidade do ambiente de Titã, investigar a progressão química e até procurar pistas químicas de vida baseadas em água ou hidrato-carbonetos.

Os instrumentos que recolheriam estas informações estão ainda a ser desenvolvidos, sendo testado sob condições semelhantes às de Titã.

O Dragonfly está a competir para se tornar a próxima missão da New Frontiers da NASA, que arranca neste verão. Se a agência espacial norte-americana seleccionar esta “libélula robótica”, o rover será lançado em 2025 e chegará a Titã em 2034.

Ao contrário dos rovers sob rodas que “moram” em Marte – como é o caso da adormecida Opportunity e da Curiosity – o Dragonfly voa, tal como o próprio nome indica, dando-lhe a capacidade de percorrer distâncias maiores. No fundo, a APL desenvolveu um robô voador.

E para ajudar um possível voo, a atmosfera densa e calma de Titã, aliada à baixa gravidade, farão do voo a melhor forma para explorar Saturno. Na verdade, notam os cientistas, voar sob estas condições e mais fácil em Titã do que na Terra.

“O Dragonfly oferece a capacidade revolucionária de visitar vários locais na superfície de Titã, a dezenas de centenas de milhões de quilómetros de distância”, explicou Elizabeth Turtle, investigadora principal do projecto da APL.

“Em qualquer um destes locais, a carga útil do instrumento do Dragonfly poderia ajudar-nos a responder a questões científicas importantes em disciplinas que incluem Química e Astrobiologia pré-biótica, Meteorologia, Geofísica e Geomorfologia”.

A equipa do Dragonfly está a usar este fase da investigação – denominada como “fase A” na linguagem da NASA – para desenvolver e demonstrar os aspectos desta carga útil.

A NASA deverá decidir no verão de 2019 em que missão vai apostar – dedos cruzados para o Dragonfly, a libélula que poderá decifrar a exótica Titã.

ZAP //

Por ZAP
3 Fevereiro, 2019

 

1540: Revelado o segredo da misteriosa atmosfera de Titã, a lua de Saturno

IPGP/Labex UnivEarthS/Universidade de Paris Diderot – C. Epitalon & S. Rodriguez

Um novo estudo do Centro de Engenharia e Ciência Espacial resolve um dos maiores mistérios de Titã, a lua de Saturno: a origem da actual atmosfera de nitrogénio.

O trabalho, publicado na revista Astrophysical Journal, sugere que o interior de Titã é provavelmente quente e o nitrogénio do material orgânico no interior da lua pode contribuir em 50% para a sua atmosfera – rica em nitrogénio.

“Titã é um lua muito interessante porque tem uma atmosfera muito espessa, o que a torna única em relação às outras luas no nosso Sistema Solar”, disse Kelly Miller, investigadora no Centro de Engenharia e Ciência Espacial.

“É também o único corpo o Sistema Solar, além da Terra, que tem largas quantidades de líquido na superfície. Titã, no entanto, tem hidrocarbonetos líquidos em vez de água. Muita química orgânica, sem dúvida, está a acontecer em Titã, por isso é uma fonte inegável de curiosidade”, referiu.

A atmosfera da maior lua de Saturno é extremamente densa, ainda mais espessa que a atmosfera da Terra, e é composta principalmente de gás nitrogénio. “Como Titã é a única lua no nosso Sistema Solar com uma atmosfera substancial, os cientistas perguntam-se há muito tempo qual é a sua fonte”, disse Miller.

“A principal teoria é que o gelo de amónia dos cometas foi convertido, por impactos ou fotoquímica, em nitrogénio para formar a atmosfera de Titã. Embora isto ainda possa ser um processo importante, negligencia os efeitos do que hoje sabemos ser uma parcela substancial dos cometas: material orgânico complexo”.

Outro aspecto estranho da atmosfera de Titã é que também é cerca de 5% de metano, que reage rapidamente para formar compostos orgânicos que caem gradualmente para a superfície. Como resultado, o metano atmosférico teria de ser reabastecido de alguma forma ou, estão, este período de tempo actual é simplesmente uma era única para Titã.

O estudo foi estimulado por dados da sonda Rosetta, da ESA, uma sonda que estudou o cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko e fez a descoberta surpreendente de que o cometa era aproximadamente metade do gelo, um quarto de rocha e um quarto de matéria orgânica. “Cometas e corpos primitivos no Sistema Solar externo são realmente interessantes porque são considerados blocos de construção remanescentes do Sistema Solar”, disse Miller.

“Estes pequenos corpos poderiam ser incorporados em corpos maiores, como Titã, e o material rochoso denso e rico em orgânicos poderia ser encontrado no núcleo”.

Para estudar o mistério de Titã, Miller e co-autores combinaram dados existentes de material orgânico encontrado em meteoritos com modelos térmicos do interior da Lua para ver quanto material gasoso poderia ser produzido e se era comparável à atmosfera actual.

Seguindo a regra padrão de “Se cozinhar algo, produzirá gases”, os cientistas descobriram que aproximadamente metade da atmosfera de nitrogénio, e potencialmente todo o metano, poderia resultar do “cozinhado” destes compostos orgânicos que foram incorporados em Titã no início da sua vida.

ZAP // Sci News

Por ZAP
31 Janeiro, 2019

 

1505: Choveu metano a norte de Titã, a maior lua de Saturno

NASA / JPL-Caltech
As imagens foram capturadas na última missão da sonda Cassini

Uma equipa de cientistas descobriu evidências de chuva de metano no pólo norte de Titã, a maior lua de Saturno. Identificado graças às imagens da última missão espacial da sonda Cassini, o fenómeno meteorológico aponta para o início do verão no hemisfério norte do satélite natural.   

Quando Cassini chegou à orbita de Saturno, em meados de 2004, era verão no hemisfério sul de Titã. Anos depois, em 2011, as mudanças atmosféricas foram interpretadas pelos cientistas como o início do inverno no sul do satélite. Contudo, as chuvas esperadas no norte não chegaram a ser detectadas.

“Toda a comunidade [que estuda] Titã estava à espera para ver as nuvens e as chuvas no pólo norte do satélite, o que indicaria o início do verão setentrional. Contudo, e apesar das previsões dos modelos climáticos, nem sequer vimos nuvens”, disse o físico Rajani Dhingra, da Universidade norte-americana de Idaho em Moscovo. O cientista precisou que o fenómeno acabou por ser baptizado como o “curioso caso das nuvens perdidas”.

Depois de todo o tempo de espera, foram finalmente encontradas evidências de chuva a norte de Titã. A equipa de investigação encontrou uma região estranha e brilhante que ocupa cerca de 120 quilómetros da superfície da lua. A área, que não tinha sido até então detectada em imagens anteriores, foi obtida através do espectrómetro de mapeamento visual e infravermelho (VIMS) da sonda Cassini a 7 de Julho de 2016.

“Com base no brilho geral, nas características espectrais e no contexto geológico, atribuímos a nova característica encontrada às espectaculares reflexões de uma superfície sólida molhada pela chuva – como uma calçada molhada reflectida pelo Sol”, exemplificaram os autores no artigo científico, esta semana publicado na revista especializada Geophysical Research Letters.

Segundo escrevem na publicação, o brilho visível é resultado da chuva de metano numa superfície semelhante a uma pedra, seguida, provavelmente, de um período de evaporação. Esta é a primeira evidência de chuva de verão no hemisfério norte de Titã.

Não obstante ao facto deste satélite natural ser bastante diferente da Terra, o seu clima é bastante semelhante ao nosso planetas em vários aspectos: uma estação em Titã dura, em média, 7,5 anos terrestre, embora a sua duração varie, uma vez que a órbita de Saturno é irregular.

ZAP //

Por ZAP
21 Janeiro, 2019

 

1082: TEMPESTADES DE POEIRA EM TITÃ DESCOBERTAS PELA PRIMEIRA VEZ PELA CASSINI

Impressão de artista de uma tempestade de poeira em Titã. Os investigadores pensam que podem ser levantadas grandes quantidades de poeira em Titã, a maior lua de Saturno, por fortes rajadas de vento que têm origem em poderosas tempestades de metano. Estas tempestades de metano, observadas anteriormente em imagens obtidas pela sonda Cassini, podem formar campos de dunas que cobrem as regiões equatoriais desta lua, especialmente perto do equinócio, a altura do ano em que o Sol atravessa o equador.
Crédito: IPGP/Labex UnivEarthS/Universidade de Paris Diderot – C. Epitalon & S. Rodriguez

Dados da sonda internacional Cassini, que explorou Saturno e as suas luas entre 2004 e 2017, revelaram o que parecem ser tempestades de poeira gigantes nas regiões equatoriais de Titã.

A descoberta, descrita num artigo publicado na Nature Geoscience, faz de Titã o terceiro corpo do Sistema Solar onde foram observadas tempestades de poeira – os outros dois são Terra e Marte.

A observação está a ajudar os cientistas a entender melhor o ambiente fascinante e dinâmico da maior lua de Saturno.

“Titã é uma lua muito activa,” diz Sebastien Rodriguez, astrónomo da Universidade Paris Diderot, na França, e principal autor do estudo.

“Já sabemos disso sobre a sua geologia e o ciclo exótico de hidrocarbonetos. Agora podemos adicionar outra analogia com a Terra e Marte: o ciclo de poeira activa.”

Moléculas orgânicas complexas, que resultam da química atmosférica e que, uma vez grandes o suficiente acabam por cair na superfície, podem ser levantadas a partir de grandes campos de dunas ao redor do equador de Titã.

Titã é um mundo intrigante – de uma maneira bastante semelhante à Terra. Na verdade, é a única lua do Sistema Solar com uma atmosfera substancial e o único corpo celeste que não o nosso planeta, onde se sabe que ainda existem corpos estáveis de líquido superficial.

Há, no entanto, uma grande diferença: enquanto na Terra esses rios, lagos e mares estão cheios de água, em Titã é principalmente o metano e o etano que fluem através desses reservatórios líquidos. Neste ciclo único de metano, as moléculas de hidrocarbonetos evaporam, condensam-se em nuvens e chovem de volta ao solo.

O tempo em Titã varia de estação para estação, assim como na Terra. Em particular, em torno do equinócio, na altura em que o Sol cruza o equador de Titã, podem formar-se nuvens maciças em regiões tropicais e causar fortes tempestades de metano. A Cassini observou tais tempestades durante vários dos seus voos aproximados a Titã.

Quando Sebastien e a sua equipa viram pela primeira vez três clarões equatoriais incomuns em imagens de infravermelho obtidas pela Cassini, ao redor do equinócio do norte da lua em 2009, pensaram que poderiam ser exactamente essas nuvens de metano. Uma investigação completa revelou que, afinal, eram algo completamente diferente.

“Do que sabemos sobre a formação de nuvens em Titã, podemos dizer que essas nuvens de metano, nesta área e nesta época do ano, não são fisicamente possíveis,” diz Sebastien. “As nuvens de metano convectivas que podem desenvolver-se nesta área e durante este período de tempo, conteriam gotículas enormes e deveriam estar em altitudes muito altas, muito maiores que os 10 km que a modelação nos diz sobre a localização destas particularidades.”

Os investigadores também foram capazes de descartar que as características estavam na superfície sob a forma de chuva congelada de metano ou de gelo. Estes pontos de superfície teriam uma assinatura química diferente e permaneceriam visíveis durante muito mais tempo, enquanto as características brilhantes deste estudo foram apenas visíveis de 11 horas a cinco semanas.

A modelação também mostrou que as características devem ser atmosféricas, mas ainda próximas da superfície – muito provavelmente formando uma camada muito fina de minúsculas partículas orgânicas sólidas. Uma vez que estavam localizadas sobre os campos de dunas ao redor do equador de Titã, a única explicação restante era que os pontos eram, na realidade, nuvens de poeira levantadas a partir das dunas.

Sebastien diz que embora esta seja a primeira observação de uma tempestade de poeira em Titã, a descoberta não é surpreendente.

“Pensamos que a sonda Huygens, que pousou na superfície de Titã em Janeiro de 2005, levantou uma pequena quantidade de poeira orgânica na chegada, devido à sua poderosa esteira aerodinâmica,” diz Sebastien. “Mas o que vimos aqui com a Cassini é numa escala muito maior. As velocidades de vento próximas da superfície necessárias para elevar uma quantidade tão grande de poeira, como vemos nestas tempestades de poeira, teriam de ser muito fortes – cerca de cinco vezes mais fortes que a velocidade média estimada pelas medições da Huygens perto da superfície e com modelos climáticos”.

A Huygens fez apenas uma medição directa da velocidade do vento superficial pouco antes de aterrar em Titã e, naquela época, era muito baixa, menos de 1 metro por segundo.

“No momento, a única explicação satisfatória para estes fortes ventos da superfície é que estes podem estar relacionados às poderosas rajadas que podem surgir diante das imensas tempestades de metano que observamos naquela área e estação do ano,” conclui Sébastien.

Este fenómeno, denominado de “haboob”, também pode ser observado na Terra, com nuvens de poeira gigantes que precedem tempestades em áreas áridas.

A existência de ventos tão fortes que geram tempestades de poeira maciças também implica que a areia subjacente seja igualmente posta em movimento, e que as gigantes dunas que cobrem as regiões equatoriais de Titã ainda estão activas e em mudança contínua.

Os ventos poderiam estar a transportar a poeira levantada das dunas através de grandes distâncias, contribuindo para o ciclo global de poeira orgânica em Titã, e causando efeitos similares àqueles que podem ser observados na Terra e em Marte.

Astronomia On-line
28 de Setembro de 2018

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583: NOVO ESTUDO DESCREVE PROCESSO GEOLÓGICO POR TRÁS DAS DUNAS DE TITÃ

 

De acordo com um novo estudo, as dunas varridas pelo vento, em Titã, espalham-se por milhões de quilómetros a mais do que se pensava anteriormente e provavelmente foram formadas por processos geológicos semelhantes àqueles na Terra. As novas descobertas podem ajudar os cientistas a procurar vida ou os seus percursores moleculares na maior lua de Saturno.

O estudo, publicado na revista Journal of Geophysical Research – Planets, uma publicação da União Geofísica Americana, usa novos mapas de Titã para explorar duas questões sobre a maior lua de Saturno: como são formadas as dunas de Titã, e de que são feitas?

A atmosfera de Titã é incrivelmente densa, com espessas camadas de compostos orgânicos flutuando por toda a parte. No entanto, ao penetrarmos por essa atmosfera, vemos uma paisagem gelada não muito diferentes dos desertos áridos da Terra.

A superfície de Titã possui vales, desfiladeiros, lagos, montanhas e dunas. Muitas destas características semelhantes às da Terra existem em parte por causa do sistema meteorológico de Titã, onde os hidrocarbonetos líquidos, como o metano, chovem do céu.

Segundo a nova investigação, o processo geológico por trás destas dunas pode ser semelhante àqueles que esculpem desfiladeiros e canais de rios na Terra. Assim como as chuvas lentamente cortam desfiladeiros e canais na Terra, as chuvas de hidrocarbonetos de Titã iniciam um processo que começa no topo das cordilheiras equatoriais da lua e termina nas suas extensas planícies de dunas e tempestades de areia.

Ao analisarem as imagens mais detalhadas, até à data, do equador de Titã, os autores do estudo também sugerem que as dunas cobrem muito mais área do que se pensava anteriormente. As dunas estendem-se por três milhões de quilómetros quadrados mais do que as estimativas anteriores, o equivalente a dez desertos do Namibe.

Como Titã tem uma atmosfera rica em azoto, um sistema climático activo e compostos orgânicos, a sua superfície pode ser hospitaleira à vida ou aos seus constituintes pré-bióticos. A compreensão dos processos geológicos que aí acontecem pode ajudar os cientistas a descobrir onde a vida poderia estar, comenta Jeremy Brossier do Instituto de Investigação Planetária em Berlim, na Alemanha, autor principal do novo estudo.

Brossier disse que a nova pesquisa reforça algumas hipóteses iniciais sobre a superfície de Titã e fornece “evidências muito fortes” de que a água gelada está exposta em Titã e presente durante todo o processo de formação das dunas.

Tanto a imagem como a ilustração da secção este de Xanadu, uma região equatorial de Titã, revela uma paisagem alienígena complexa de montanhas, canais de rios e planícies. Os autores sugerem que as áreas brancas são terras altas, áreas elevadas onde finos revestimentos de material orgânico mascaram a camada gelada por baixo. As áreas azuis denotam regiões onde se acumulam materiais gelados.
Crédito: Jeremy Bossier

Vislumbres precoces

Os cientistas examinaram pela primeira vez a superfície de Titã, em detalhe, com o Telescópio Espacial Hubble em 1994. Os investigadores pensavam que as grandes regiões escuras perto do equador de Titã eram lagos de hidrocarbonetos líquidos.

Anos mais tarde, os cientistas sabem agora que estas regiões grandes e escuras espiadas pelo Hubble não eram lagos, mas sim planícies expansivas cobertas por dunas. Essa observação foi cortesia da sonda Cassini, lançada em 1997, que ardeu na atmosfera superior de Saturno em 2017 e que transportava instrumentos para observar de perto a superfície da lua gelada.

Um desses instrumentos era o instrumento de radar da Cassini, SAR, que mostrou aos investigadores a forma da superfície de Titã graças às ondas de rádio que eram reflectidas pela lua. Com o SAR ligado, montanhas, vales e desfiladeiros saltaram à vista.

O mapeamento da superfície de Titã é um primeiro passo crucial na compreensão dos processos geológicos que ocorrem na sua paisagem gelada. Mas descobrir a composição destas características superfícies – seja ela gelo, rocha, areia ou outro material – é totalmente diferente.

Para atingir este objectivo, os cientistas tiveram que usar um instrumento diferente: VIMS. O VIMS é como uma câmara. Mas, ao contrário da maioria das câmaras, o VIMS grava imagens em 352 cores diferentes e regista comprimentos de onda entre 300 e 5100 nanómetros. O olho humano, em comparação, regista apenas entre 380 e 620 nanómetros.

A análise destes comprimentos de onda permite que os cientistas deduzam a composição da superfície de Titã. Cada composto reflecte luz de maneira diferente, criando uma assinatura de luz. Cientistas como Brossier usam estas assinaturas de luz para restringir a composição da camada superior de uma característica à superfície – a única camada que o VIMS pode ver.

No laboratório, Brossier e colegas modelaram diferentes misturas de substâncias provavelmente à superfície de Titã e avaliaram as suas propriedades espectrais ou assinaturas de luz. Usaram essa informação para construir um modelo que mais tarde os guiou através das diferentes assinaturas de luz que surgiram quando o VIMS obteve imagens do equador de Titã.

Esta ilustração revela o processo geológico que pode estar por trás da formação das dunas de Titã. Começa no topo das montanhas de Titã, onde a água gelada e o material orgânico conhecido como tolinas descem por canais de rios até às bacias das terras baixas, e os pedaços mais pequenos destas misturas é, em última análise, soprado até às dunas geladas da lua.
Crédito: Jeremy Bossier

Como é que as dunas de Titã se formaram?

Usando as novas imagens do VIMS, os autores do estudo propuseram um processo geológico de formação de dunas que começa no topo das cadeias montanhosas equatoriais de Titã. Aí, a densa atmosfera deposita continuamente uma camada fina de material orgânico, como uma camada pulverulenta de neve recém-caída.

Esse revestimento fino é rico em pequenas moléculas orgânicas conhecidas como tolinas, registadas como altamente reflectivas pelos instrumentos da Cassini. Brossier e colegas usaram as assinaturas de luz dessas tolinas, juntamente com água gelada, para desvendar o processo geológico que produz as dunas de Titã.

O novo estudo sugere que as chuvas de metano corroem os picos das montanhas de Titã cortando canais no terreno. Essa erosão lava as tolinas e os pedaços de gelo do topo das montanhas até bacias nas terras baixas, onde se acumulam.

Os ventos de Titã sopram então os grãos mais pequenos dessa mistura para longe das bacias e para as suas planícies de dunas equatoriais. Estes grãos pequenos acumulam-se para formar as dunas de Titã.

Este processo é semelhante ao modo como as dunas se formam na Terra, explica Brossier, excepto que os materiais que compõem as dunas de Titã vêm da sua atmosfera. Essas nuvens densas e espessas de aerossóis orgânicos alimentam camada após camada de material orgânico nos picos das montanhas de Titã, que as chuvas de metano transportam para as planícies das dunas.

De acordo com Brossier, o estudo fornece fortes evidências de água gelada exposta em algumas áreas pequenas e do seu papel geológico na formação das dunas de Titã.

“Um dos tópicos mais debatidos tem sido o arranjo da água gelada no equador de Titã,” salienta Brossier, que acrescentou que alguns investigadores pensavam que não havia água gelada exposta à superfície de Titã. “Nós não só encontrámos assinaturas compatíveis com água gelada em algumas áreas neste estudo, como também mostrámos que temos agora as técnicas necessárias para compreender a superfície de Titã.”

Links:

Notícias relacionadas:
União Geofísica Americana (comunicado de imprensa)
Artigo científico – Journal of Geophysical Research – Planets
PHYSORG

Titã:
Solarviews
Wikipedia

Saturno:
Solarviews
Wikipedia

Cassini:
Página oficial (NASA)
Wikipedia

CCVAlg – Astronomia
Edição n.º 1483
25/05 a 28/05/2018

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267: Cientistas descobrem nova característica em lua de Saturno que assemelha ainda mais à Terra

kevinmgill / Flickr
A sonda Cassini sobre Titã, Encelado e Saturno

O corpo celeste é considerado o mais parecido com o nosso planeta em todo o Sistema Solar.

Titã, uma das muitas luas que orbita Saturno, tem nível do mar, segundo um novo estudo baseado nos dados recolhidos pela sonda Cassini, da NASA, antes de esta ter finalizado a sua missão a 15 de Setembro do ano passado.

A investigação, dirigida por Alex Hayes, professor da Universidade de Cornell, nos EUA, revela que os mares da lua Titã mantêm a mesma elevação em toda a sua superfície, algo que também ocorre na Terra.

Isso implica que os corpos líquidos deste satélite natural estejam ligados através de alguma sistema semelhante aos aquíferos do nosso planeta.

O estudo, que também se valeu de um novo mapa topográfico, revelou a existência de novas montanhas nessa lua. No entanto, uma das principais conclusões às que se podia chegar graças à investigação é que a superfície de esta lua de Saturno é mais plana do que se pensava. Entre as novas elevações descobertas, nenhuma supera os 700 metros.

Titã é considerado um dos corpos celestes dentro do Sistema Solar que mais se parece com a Terra. Além disso, é o único que conta com líquido estável na sua superfície.

ZAP //

Por ZAP
29 Janeiro, 2018

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87: NASA encontra nuvem de gelo nocivo na lua de Saturno, Titã

kevinmgill / Flickr
A sonda Cassini sobre Titã, Encelado e Saturno

Investigadores da missão Cassini da NASA encontraram provas de gelo híbrido e tóxico numa nuvem fina acima do polo sul da maior lua de Saturno, Titã.

A descoberta é uma nova demonstração da química complexa que ocorre na atmosfera de Titã – neste caso, a formação de nuvens na estratosfera da lua gigante – e faz parte de uma coleção de processos que, em última instância, ajudam a fornecer uma variedade de moléculas orgânicas à superfície de Titã.

Invisível ao olho humano, a nuvem foi detetada em comprimentos de onda infravermelhos pelo instrumento CIRS (Composite Infrared Spectrometer) a bordo da sonda Cassini. Localizada a altitudes entre os 160 e os 210 km, esta formação está muito acima das nuvens de chuva de metano da troposfera de Titã, a região mais baixa da atmosfera. A nova nuvem cobre uma grande área perto do polo sul, mais ou menos entre os 75 e 85 graus de latitude sul.

Foram usadas experiências laboratoriais para encontrar uma mistura química que correspondesse à assinatura espectral da nuvem – a impressão digital química medida pelo instrumento CIRS.

As experiências determinaram que o gelo exótico na nuvem é uma combinação da molécula orgânica simples cianeto de hidrogénio com a substância química em forma de anel, benzeno. Os dois produtos químicos parecem ter condensado ao mesmo tempo para formar partículas de gelo, ao invés de um estar em camadas em cima do outro.

“Esta nuvem representa uma nova fórmula química de gelo na atmosfera de Titã. O interessante é que este gelo nocivo é composto por duas moléculas que se condensaram numa mistura rica de gases no polo sul”, comenta Carrie Anderson do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, co-investigadora do CIRS.

Anteriormente, os dados do CIRS ajudaram a identificar o gelo cianeto de hidrogénio em nuvens sobre o polo sul de Titã, bem como outras substâncias químicas tóxicas na estratosfera da lua.

Na estratosfera de Titã, um padrão de circulação global envia uma corrente de gases quentes do hemisfério onde é verão para o polo de inverno. Esta circulação inverte a sua direção quando as estações mudam, levando a uma acumulação de nuvens no polo onde é inverno.

Pouco depois da sua chegada a Saturno, a Cassini encontrou evidências deste fenómeno no polo norte de Titã. Mais tarde, perto do final dos 13 anos da sonda no sistema saturniano, foi avistada a acumulação de uma nuvem semelhante, mas no polo sul.

A maneira mais simples de pensar na estrutura da nuvem é que tipos diferentes de gases vão condensar-se em nuvens de gelo a diferentes altitudes, quase como camadas num Parfait. Exatamente quais as nuvens que se condensam, e onde, depende da quantidade de vapor presente e das temperaturas, que ficam mais frias a altitudes mais baixas na estratosfera.

No entanto, a realidade é mais complicada, porque cada tipo de nuvem forma-se ao longo de uma variedade de altitudes, por isso é possível que alguns gelos se condensem simultaneamente, ou que se co-condensem.

Anderson e colegas usaram o CIRS para classificar o conjunto complexo de assinaturas espectrais infravermelhas de muitas moléculas na atmosfera de Titã. O instrumento separa a radiação infravermelha nas suas cores componentes, como gotas de chuva que criam um arco-íris, e mede os pontos fortes do sinal nos diferentes comprimentos de onda.

“O CIRS atua como um termómetro remoto e como uma sonda química, determinando a radiação de calor emitida pelos gases individuais numa atmosfera. E o instrumento faz tudo remotamente, enquanto passa por um planeta ou por uma lua”, explica F. Michael Flasar, investigador principal do CIRS em Goddard.

A nova nuvem, que os investigadores chamam de nuvem polar de alta altitude, tem uma assinatura química distinta e muito forte que apareceu em três conjuntos de observações de Titã obtidas de julho a novembro de 2015. Tendo em conta que as estações de Titã duram sete anos terrestres, durante todo esse tempo estávamos no final de outono no polo sul.

As assinaturas espectrais dos gelos não coincidem com as de qualquer substância química individual, de modo que a equipa iniciou experiências laboratoriais para condensar simultaneamente misturas de gases. Usando uma câmara de gelo que simula as condições na estratosfera de Titã, testaram pares de produtos químicos que tinham impressões digitais infravermelhas na parte correta do espectro.

Ao início, deixaram um gás condensar-se antes do outro. Mas o melhor resultado foi alcançado através da introdução simultânea de cianeto de hidrogénio e benzeno na câmara e permitindo que se condensassem ao mesmo tempo. Por si só, o benzeno não tem uma assinatura infravermelha distinta.

No entanto, quando os cientistas permitiram que se co-condensasse com o cianeto de hidrogénio, a impressão no infravermelho longínquo do gelo co-condensado tinha uma íntima correspondência com as observações do CIRS.

Serão necessários estudos adicionais para determinar a estrutura das partículas de gelo co-condensado. Os investigadores esperam que sejam grumosas e desordenadas, em vez de cristais bem definidos.

Anderson e os colegas encontraram anteriormente um exemplo semelhante de gelo co-condensado nos dados do CIRS em 2005. Essas observações foram feitas perto do polo norte, cerca de dois anos após o solstício de inverno no hemisfério norte de Titã.

Essa nuvem formou-se a uma altitude muito mais baixa, abaixo dos 150 km, e tinha uma composição química diferente: cianeto de hidrogénio e cianoacetileno, uma das moléculas orgânicas mais complexas encontradas na atmosfera Titã.

Anderson atribui as diferenças nas duas nuvens a variações sazonais nos polos norte e sul. A nuvem a norte foi avistada cerca de dois anos após o solstício de inverno no polo norte, mas a nuvem a sul foi avistada cerca de dois anos antes do solstício de inverno no polo sul.

É possível que a mistura de gases fosse ligeiramente diferente nos dois casos, ou que as temperaturas tivessem subido um pouco quando a nuvem polar norte foi avistada, ou uma combinação de ambos.

“Uma das vantagens da Cassini foi que conseguimos passar por Titã repetidas vezes durante a missão de treze anos para ver mudanças ao longo do tempo. Esta é uma grande parte do valor de uma missão de longo prazo”, salienta Anderson.

A sonda Cassini terminou a sua missão no dia 15 de setembro de 2017.

ZAP // CCVAlg

Por CCVAlg
28 Outubro, 2017

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