Confuzie în rândul oamenilor de ştiinţă în legătură cu un nor "imposibil" de pe Titan (video)

Situat în stratosfera lui Titan, norul de gheaţă este format dintr-un compus de carbon şi azot, cunoscut sub numele de azotură de carbon (sau dicianoacetilenă), cu formula chimică C4N2, un ingredient din cocktail-ul chimic care colorează în brun-portocaliu atmosfera nebuloasă a lunii gigante de pe Saturn.

Cu decenii în urmă, instrumentul cu infraroşii al navei spaţiale Voyager 1 a NASA a descoperit pe Titan un nor de gheaţă asemănător celui descoperit acum. Ceea ce a intrigat oamenii de ştiinţă încă din acel moment este că a fost detectat mai puţin de 1 la sută din dicianoacetilena necesară pentru ca norul să se poată condensa.

Observaţiile recente ale misiunii Cassini-Huygens, sonda spaţială robotizată lansată împreună de NASA, ESA şi ASI care studiază în prezent planeta Saturn şi sateliţii săi naturali, a dat un rezultat similar. Cu ajutorul spectrometrului în infraroşu de pe Cassini - care poate identifica amprentele spectrale ale substanţelor chimice individuale în mixul atmosferic - cercetătorii au descoperit un nor mare, la înălţime mare, compus din aceeaşi substanţă chimică îngheţată.

Ca şi în cazul descoperirii efectuate în acel moment de Voyager 1, Cassini-Huygens a raportat că stratosfera lui Titan este la fel de uscată ca un deşert. "Apariţia acestui nor de gheaţă merge împotriva a tot ceea ce ştim despre modul în care se formează norii de pe Titan", a declarat Carrie Anderson, cercetător la Centrul de Zbor Spaţial Goddard al NASA din Greenbelt, Maryland (SUA) şi autorul principal al studiului publicat în revista Geophysical Research Letters.

Procesul tipic de formare a unui nor implică condensarea. Pe Pământ, suntem familiarizaţi cu ciclul de evaporare şi condensare a apei. Acelaşi tip de ciclu are loc în troposfera lui Titan - stratul de formare a climei în atmosfera lui Titan - dar cu metan în loc de apă.

Un proces de condensare diferit are loc în stratosferă - regiunea deasupra troposferei – la nord şi la sud de cercul polar al lui Titan, în timpul iernii. În acest caz, straturile de nori se condensează pe măsură ce modelul de circulaţie globală forţează gazele fierbinţi să coboare în cercul polar. În continuare, gazele se condensează în timp ce se scufundă prin straturile mai reci, şi mai reci, ale stratosferei polare.

Cu toate acestea, un nor se formează atunci când temperatura şi presiunea aerului sunt favorabile pentru ca vaporii să se condenseze în gheaţă. Vaporii şi gheaţa ajung la un punct de echilibru, care este determinat de temperatura şi presiunea aerului. Datorită acestui echilibru, oamenii de ştiinţă pot calcula cantitatea de vapori în cazul în care gheaţa este prezentă.

"Pentru ca norii să se condenseze, acest echilibru este necesar, la fel ca legea gravitaţiei", a declarat într-un comunicat al Jet Propulsion Laboratory (JPL), Robert Samuelson, om de ştiinţă emerit de la Goddard şi co-autor al studiului.

Dar numerele nu servesc pentru norul făcut din dicianoacetilenă. Oamenii de ştiinţă au stabilit că ar fi nevoie de cel puţin 100 de ori mai mult vapor pentru a forma un nor de gheaţă în zona în care acesta a fost descoperit de instrumentul de pe Cassini.

O explicaţie sugerată încă de la început este că vaporii ar fi putut fi prezenţi, dar instrumentul de pe Voyager 1 nu era suficient de sensibil în intervalul de lungime de undă critică necesară pentru a-i detecta. Dar atunci când Cassini, de asemenea, nu a găsit nicio urmă de vapori, Anderson şi colegii săi au propus o explicaţie cu totul diferită.

În loc de nor format prin condensare, ei cred că gheaţa formează C4N2 din cauza reacţiilor care au loc în alte tipuri de particule de gheaţă. Cercetătorii numesc acest proces "solid-state chemistry", deoarece reacţiile implică gheaţa sau o altă formă solidă a substanţei chimice.

Cercetătorii au avut ideea de "chimie în stare solidă", plecând de la formarea norilor implicaţi în distrugerea stratului de ozon deasupra cercului polar al Pământului.

În contrast cu troposfera, stratosfera este foarte uscată, nepermiţând astfel formarea norilor, în general. Şi totuşi, deasupra cercului polar se pot forma nori arctici foarte înalţi în stratosferă, aceştia fiind clasificaţi după compoziţia chimică şi proprietăţile fizice. Norii stratosferici polari (cunoscuţi şi sub acronimul PSC, abrevierea lui Polar Stratospheric Cloud) se pot forma în condiţii corespunzătoare. Aceşti nori stratosferici sunt implicaţi în procesul de distrugere a stratului de ozon prin procesele chimice de descompunere a CFC-urilor (cloro-fluoro-alcani) în radicali, prin homoliză.

"Este foarte emoţionant să ne gândim că avem exemple care se găsesc în procesele chimice în stare solidă care sunt similare atât pe Titan cât şi pe Pământ", a spus Carrie Anderson.

Cercetătorii sugerează că pe Titan reacţiile au loc în interiorul particulelor de gheaţă, sechestrate din atmosferă. În acest caz, gheaţa de dicianoacetilenă nu ar avea contact direct cu atmosfera, ceea ce explică de ce gheaţa şi formele de vapori nu se află în echilibrul aşteptat.

Surse: Jet Propulsion Laboratory, NASA, Scientists Find ‘Impossible’ Cloud on Titan – Again , Wikipedia