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| NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute, Public domain, via Wikimedia Commons |
Titán, la mayor luna de Saturno, es un laboratorio natural para estudiar los orígenes de la vida. Al igual que la Tierra, Titán tiene una atmósfera densa y ciclos climáticos estacionales, pero su composición química y mineralógica es muy diferente. Ahora, investigadores terrestres han recreado las condiciones de la luna en pequeños cilindros de vidrio, revelando propiedades fundamentales de dos moléculas orgánicas que se cree que existen como minerales en Titán.
Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la reunión de otoño de la Sociedad Química Americana (ACS).
"Las moléculas orgánicas simples que son líquidas en la Tierra suelen ser cristales minerales sólidos en Titán debido a sus temperaturas extremadamente bajas, de hasta -290 F", dice el doctor Tomče Runčevski, investigador principal del proyecto. "Descubrimos que dos de las moléculas que probablemente abundan en Titán -el acetonitrilo (ACN) y el propionitrilo (PCN)- se presentan predominantemente en una forma cristalina que crea nanosuperficies altamente polares, que podrían servir como plantillas para el autoensamblaje de otras moléculas de interés prebiótico."
La mayor parte de lo que sabemos ahora sobre este mundo helado es gracias a la misión Cassini-Huygens a Saturno y sus lunas de 1997 a 2017. Gracias a esa misión, los científicos saben que Titán es un lugar atractivo para estudiar cómo surgió la vida. Al igual que la Tierra, Titán tiene una atmósfera densa, pero está compuesta principalmente por nitrógeno, con un toque de metano. Es el único cuerpo conocido en el espacio, aparte de la Tierra, en el que se han encontrado pruebas claras de la existencia de charcos estables de líquido en la superficie. Impulsados por la energía solar, el campo magnético de Saturno y los rayos cósmicos, tanto el nitrógeno como el metano reaccionan en Titán para producir moléculas orgánicas de diversos tamaños y complejidades. Se cree que el ACN y el PCN están presentes en la característica bruma amarilla de la luna en forma de aerosoles, y que llueven sobre la superficie, asentándose como trozos sólidos de minerales.
Las propiedades de estas moléculas en la Tierra son bien conocidas, pero sus características en condiciones similares a las de Titán no se habían estudiado hasta ahora. "En el laboratorio, recreamos las condiciones de Titán en pequeños cilindros de vidrio", explica Runčevski. "Normalmente, introducimos agua, que se congela en hielo a medida que bajamos la temperatura para simular la atmósfera de Titán. Lo completamos con etano, que se convierte en líquido, imitando los lagos de hidrocarburos que encontró Cassini-Huygens". Se añade nitrógeno al cilindro y se introducen ACN y PCN para simular la lluvia atmosférica. A continuación, los investigadores suben y bajan ligeramente las temperaturas para imitar las oscilaciones de temperatura en la superficie de la Luna
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| Imagen en color real de las capas de neblina en la atmósfera de Titán. Crédito: NASA |
Los cristales que se formaron se analizaron mediante instrumentación de difracción de neutrones y sincrotrón, experimentos espectroscópicos y mediciones calorimétricas. En el trabajo, apoyado por cálculos y simulaciones, participó el equipo de Runčevski de la Universidad Metodista del Sur, así como científicos del Laboratorio Nacional Argonne, el Instituto Nacional de Normas y Tecnología y la Universidad de Nueva York.
"Nuestra investigación reveló muchas cosas sobre las estructuras de los hielos planetarios que se desconocían hasta ahora", afirma Runčevski. "Por ejemplo, descubrimos que una forma cristalina del PCN no se expande uniformemente a lo largo de sus tres dimensiones. Titán sufre oscilaciones de temperatura, y si la expansión térmica de los cristales no es uniforme en todas las direcciones, puede provocar que la superficie de la luna se agriete." Un conocimiento tan detallado de estos minerales podría ayudar al equipo a entender mejor cómo es la superficie de Titán.
Runčevski está preparando ahora cristales de ACN, PCN y mezclas de ACN y PCN para obtener espectros detallados. "Los científicos podrán entonces comparar estos espectros conocidos con la biblioteca espectral recogida por Cassini-Huygens y asignar bandas no identificadas", afirma. Los estudios ayudarán a confirmar la composición mineral de Titán y probablemente proporcionarán información a los investigadores que trabajan en una próxima misión de la NASA a Titán, que se lanzará en 2027.
Fuentes, créditos y referencias:
Simple nitriles as putative cryominerals on Titan, Saturn's moon, ACS Fall 2021.