Partículas recriadas da atmosfera de Titã podem nos ajudar a entender como a vida começou na Terra

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Crédito: Universe Today.

Por Matt Williams
Publicado no Univese Today

Além da Terra, o consenso científico geral é que o melhor lugar para procurar evidências de vida extraterrestre é Marte. No entanto, não é de forma alguma o único lugar. Além dos muitos planetas extrassolares que foram designados como “potencialmente habitáveis”, existem muitos outros candidatos aqui mesmo em nosso Sistema Solar. Isso inclui os muitos satélites gelados que, segundo se acredita, têm oceanos internos que podem abrigar vida.

Entre eles está Titã, a maior lua de Saturno que possui todos os tipos de química orgânica ocorrendo entre sua atmosfera e a superfície. Por algum tempo, os cientistas suspeitaram que o estudo da atmosfera de Titã poderia fornecer pistas vitais para os primeiros estágios da evolução da vida na Terra. Graças a uma nova pesquisa liderada pela gigante da tecnologia IBM, uma equipe de pesquisadores conseguiu recriar as condições atmosféricas em Titã em um laboratório.

Sua pesquisa é descrita em um estudo intitulado “Imaging Titan’s Organic Haze at Atomic Scale” (Imagiologia da névoa orgânica de Titã em escala atômica, em português), que apareceu recentemente na edição de 12 de fevereiro do The Astrophysical Journal Letters . A equipe de pesquisa foi liderada pelo Dr. Fabian Schulz e Dr. Julien Maillard e incluiu muitos colegas da IBM Research-Zurich, da Universidade de Paris-Saclay, da Universidade de Rouen em Mont-Saint-Aignan e do Fritz Haber Institute of the Max Planck Society.

Conceito artístico de um lago na lua de Saturno, Titã. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Muito do que sabemos sobre Titã hoje é devido à espaçonave Cassini, que orbitou Saturno de 2004 a 2017 e terminou sua missão mergulhando na atmosfera de Saturno. Durante esse tempo, a Cassini realizou muitas medições diretas da atmosfera de Titã, revelando um ambiente surpreendentemente semelhante ao da Terra. Basicamente, Titã é o único outro corpo no Sistema Solar que tem uma densa atmosfera de nitrogênio e processos orgânicos ocorrendo.

O que é particularmente interessante é o fato de que os cientistas acreditam que cerca de 2,8 bilhões de anos atrás, a atmosfera da Terra pode ter sido semelhante a de Titã. Isso coincide com a Era Mesoarquiana, um período em que as cianobactérias fotossintéticas criaram os primeiros sistemas de recifes e lentamente converteram o dióxido de carbono atmosférico da Terra em gás oxigênio (eventualmente levando ao seu atual equilíbrio de nitrogênio e oxigênio).

Embora se acredite que a superfície de Titã contém pistas que podem melhorar nossa compreensão de como a vida surgiu em nosso Sistema Solar, ter uma visão clara dessa superfície tem sido um problema. A razão para isso tem a ver com a atmosfera de Titã, que é permeada por uma densa névoa fotoquímica que espalha a luz. Como Leo Gross e Nathalie Carrasco (coautores do estudo) explicaram em um artigo recente postado no blog da IBM Research:

“A névoa de Titã consiste em nanopartículas feitas de uma ampla variedade de moléculas orgânicas grandes e complexas contendo carbono, hidrogênio e nitrogênio. Essas moléculas se formam em uma cascata de reações químicas quando a radiação (ultravioleta e cósmica) atinge a mistura de metano, nitrogênio e outros gases em atmosferas como a de Titã”.

Como resultado, ainda há muito que os cientistas não sabem sobre os processos que orientam a atmosfera de Titã, o que inclui a estrutura química exata das grandes moléculas que compõem essa névoa. Durante décadas, os astroquímicos conduziram experimentos de laboratório com moléculas orgânicas semelhantes conhecidas como tolinas – um termo derivado da palavra grega para “turvo” (ou “nebuloso”).

Tolinas se referem a uma ampla variedade de compostos contendo carbono orgânico que se formam quando expostos aos raios UV solares ou aos raios cósmicos. Essas moléculas são comuns no Sistema Solar exterior e são normalmente encontradas em corpos gelados, onde a camada superficial contém gelo de metano que é exposto à radiação. A sua presença é indicada por superfícies com aspecto avermelhado ou manchas sépia.

Para o seu estudo, a equipe liderada por Schulz e Maillard conduziu um experimento no qual observaram tolinas em vários estágios de formação em um ambiente de laboratório. Como explicaram Gross e Carrasco:

“Enchemos um recipiente de aço inoxidável com uma mistura de metano e nitrogênio e, em seguida, desencadeamos reações químicas por meio de uma descarga elétrica, imitando assim as condições da atmosfera de Titã. Em seguida, analisamos mais de 100 moléculas resultantes que compõem as tolinas de Titã em nosso laboratório em Zurique, obtendo imagens de resolução atômica de cerca de uma dúzia delas com nosso microscópio de nível atômico de baixa temperatura feito de forma caseira”.

A espaçonave Cassini da NASA olha para o lado noturno da maior lua de Saturno. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.

Ao resolver moléculas de tamanhos diferentes, a equipe teve um vislumbre dos diferentes estágios por meio dos quais essas moléculas das névoas de Titã crescem, bem como a aparência de sua composição química. Em essência, eles observaram um componente chave na atmosfera de Titã à medida que se ele formava e se acumulava para criar o famoso efeito nebuloso de Titã. Conor A. Nixon, pesquisador do Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA (que não participou do estudo), disse:

“Este artigo mostra um trabalho inovador no uso da microscopia em escala atômica para investigar as estruturas de moléculas orgânicas complexas com vários anéis. A análise típica de compostos gerados em laboratório usando técnicas como espectroscopia de massa revela as proporções relativas dos vários elementos, mas não a ligação química e estrutura.

Pela primeira vez aqui, vemos a arquitetura molecular de compostos sintéticos semelhantes aos que causam a névoa laranja da atmosfera de Titã. Essa aplicação agora oferece uma ferramenta nova e empolgante para a análise de amostras de materiais astrobiológicos, incluindo meteoritos e amostras retornadas de corpos planetários”.

Além do mais, seus resultados também podem ajudar a esclarecer sobre o misterioso ciclo hidrológico baseado em metano de Titã. Na Terra, esse ciclo consiste na transição da água entre o estado gasoso (vapor d’água) e o estado líquido (chuva e águas superficiais). Em Titã, o mesmo ciclo ocorre com o metano, que faz a transição do gás metano atmosférico e cai como chuva de metano para formar os famosos lagos de hidrocarbonetos de Titã.

Neste caso, os resultados da equipe de pesquisa podem revelar o papel que a névoa química desempenha no ciclo do metano de Titã, incluindo se essas nanopartículas podem ou não flutuar em seus lagos de metano. Além disso, essas descobertas podem revelar se aerossóis atmosféricos semelhantes ajudaram ou não a vida a surgir na Terra bilhões de anos atrás.

“As estruturas moleculares que agora visualizamos são conhecidas por serem boas absorvedoras de luz ultravioleta”, descreveram Gross e Carrasco. “Isso, por sua vez, significa que a névoa pode ter agido como um escudo protegendo as moléculas de DNA na superfície da Terra primitiva contra a radiação prejudicial”.

O dispositivo PAMPRE que recriou as partículas da névoa de Titã. Créditos: Nathalie Carrasco / Flickr.

Se essa teoria estiver correta, as descobertas da equipe não só ajudariam os cientistas a entender as condições sob as quais a vida surgiu aqui na Terra, mas também poderiam apontar para a possível existência de vida em Titã. A natureza misteriosa deste satélite é algo de que os cientistas se deram conta pela primeira vez no início da década de 1980, quando as sondas espaciais Voyager 1 e 2 voaram pelo sistema de Saturno. Desde então, os cientistas juntaram as peças.

Por volta de 2030, a NASA planeja enviar um helicóptero robótico chamado Dragonfly a Titã para explorar sua superfície e atmosfera e procurar possíveis sinais de vida. Como sempre, o trabalho teórico e os experimentos de laboratório realizados nesse meio tempo permitirão aos cientistas limitar o foco e aumentar as chances de que a missão (assim que chegar lá) encontre o que procura.