El sistema de Saturno mueve oxígeno desde Encelado a Titán

Las interacciones complejas entre Saturno y sus satélites han llevado a los científicos que trabajan con la nave espacial Cassini de la NASA a un modelo global que podría explicar cómo puede desembocar el oxígeno en la superficie de Titán, la luna helada de Saturno. La presencia de estos átomos de oxígeno podría servir de base para una química pre-biológica

Estas interacciones son recogidas en dos artículos, uno cuyo autor principal es John Cooper y en otro Edward Sittler, publicado en la revista Planetary and Space Science a finales de 2009. Cooper and Sittler are Cassini plasma spectrometer team scientists at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. Cooper y Sittler son científicos del equipo del Espectrómetro de Plasma de la Cassini en el Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland

«Titán y Encelado, otra luna helada de Saturno, están unidos químicamente por el flujo de material a través del sistema de Saturno», dijo Cooper.

En un artículo, Cooper y sus colegas ofrecen una explicación de las fuerzas que podrían generar los géiseres de Encelado que lanzan vapor de agua al espacio. En la otra publicación en la misma edición, Sittler y sus colegas describen un proceso nuevo y único en el que el oxígeno que circula en la atmósfera superior de Titán puede ser llevado todo el camino hasta la superficie sin contaminación química adicional por estar encerrado en unas «jaulas» de carbono llamadas fullerenos.

El trabajo se basa en uno previo de Sittler y otros, que modelan la dinámica las partículas, incluyendo las moléculas de agua, cuando viajan desde Encelado a Titán. En Encelado, el proceso de flujo comienza con lo que ellos llaman el modelo «Old Faithful» («Viejo Fiel»), nombre dado por el géiser Old Faithful en el Parque Nacional Yellowstone de los Estados Unidos. En este modelo, se acumula lentamente presión de gas en el interior de Encelado, y luego, de vez en cuando, se libera en las erupciones similares a géiseres.

A diferencia de los géiseres terrestres, o incluso a las fuerzas parecidas a géiser es en la luna de Júpiter Io, el modelo propuesto por Cooper muestra que una radiación de partículas cargadas que llueve desde la magnetosfera de Saturno puede crear las fuerzas subterráneas bajo la superficie necesarias para expulsar chorros de gases.

Las partículas energéticas que llueven desde la magnetosfera de Saturno —en Encelado, en su mayor parte electrones de los cinturones de radiación de Saturno— puede desintegrar las moléculas de la superficie. A este proceso se lo llama radiólisis. Al igual que un proceso llamado fotólisis, en el que la luz del Sol puede romper las moléculas en la atmósfera, la radiación energética de partículas cargadas que golpean una superficie helada, como la de Encelado, pueden causar daño a las moléculas dentro en el hielo. Estas moléculas dañadas pueden ser enterradas más y más profundamente bajo la superficie por las fuerzas de agitación que repavimentan perpetuamente la superficie helada. Los meteoritos que chocan constantemente en la superficie y salpican material también podrían estar enterrando moléculas.

Cuando los granos de hielo modificados químicamente entran en contacto, bajo la superficie helada, con los contaminantes como el amoniaco, metano y otros hidrocarburos, pueden producir gases volátiles que pueden estallar. Estos gases pueden crear plumas del tamaño que observó la Cassini. Cooper y sus colegas le han llamado «criovulcanismo» a esta mecánica de hielo volátil.

Lo especial en el modelo «Old Faithful» es que «es un modelo para criovulcanismo que se basa no sólo en agua líquida, sino que también requiere la producción de gases debido a la química radiolítica observada en Encelado», dijo Sittler.

Las plumas que emanan de la región polar sur de Encelado contienen agua, amoníaco y otros compuestos. Los científicos saben desde la década de los 80 que la magnetosfera de Saturno está, inexplicablemente, llena de partículas neutras. En las décadas siguientes, sobre todo desde el descubrimiento de las plumas que brotan desde el polo sur de Encelado, hubo trabajos que demostraron que algunas de las moléculas de agua que se escapan de Encelado son divididas en partículas cargadas y neutras y son transportadas a través de la magnetosfera de Saturno.

El nuevo modelo de Sittler indica que a medida que estas moléculas de agua desintegradas entran en la atmósfera de Titán, pueden ser capturados por los fullerenos, que son pequeñísimas cápsulas huecas con la forma de un balón de fútbol formadas de átomos de carbono. Si bien las moléculas pesadas que ha detectado la Cassini en la atmósfera superior de Titán puede ser otras moléculas, Sittler sugiere que es probable que sean fullerenos.

En el modelo de Sittler, los fullerenos se unen luego en grandes grupos que se pueden adherir a los hidrocarburos aromáticos policíclicos, compuestos químicos que también se encuentran en la Tierra en el petróleo, carbón y depósitos de alquitrán, y también como subproductos en la combustión de combustibles fósiles. Los grupos de fullerenos forman aerosoles aún mayores, que bajan a la superficie de Titán.

Este proceso protege el oxígeno atrapado en la atmósfera de Titán, que está saturada de átomos de hidrógeno y compuestos que pueden degradar otras moléculas. De lo contrario, el oxígeno se combinaría con el metano en la atmósfera de Titán y formaría monóxido de carbono o dióxido de carbono. Hasta ahora, los científicos no han podido explicar cómo encaja el oxígeno en el panorama de la dinámica y la química de Saturno y sus lunas.

Cuando los aerosoles ricos en oxígeno caen a la superficie de Titán, son bombardeados por los productos de las interacciones de los rayos cósmicos galácticos con la atmósfera de Titán. Al bombardear los rayos cósmicos los fullerenos rellenos de oxígeno se podrían producir materiales orgánicos más complejos, como los aminoácidos, en los fullerenos ricos en carbono y cargados de oxígeno. Los aminoácidos son considerados importantes en la química pre-biológica.

Los científicos han podido combinar los nuevos modelos que describen la generación de plumas en Encelado y la captura de iones de oxígeno en los fullerenos en la parte superior de la atmósfera de Titán con las teorías existentes sobre el transporte de oxígeno a través de la magnetosfera. En conjunto, Sittler y Cooper sugieren un camino químico que permite que el oxígeno se introduzca en la química de superficie de Titán.

«Cooper and Sittler’s work helps us understand more about the potential for chemical interactions among Saturn’s moons,» said Linda Spilker, Cassini project scientist at NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif.

«Los trabajos de Cooper y Sittler nos ayudan a entender más sobre el potencial de las interacciones químicas entre las lunas de Saturno», dice Linda Spilker, científico del proyecto Cassini en el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Pasadena, California

«El sistema de Saturno es, de hecho, un lugar dinámico, con los penachos de Encelado creando el anillo E y cargando la magnetosfera con agua que interacciona con Titán y las otras lunas», dijo Spilker.

Fuente: NASA. Aportado por Eduardo J. Carletti

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