La nebbia di Titano ricreata in laboratorio

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Credit: NASA/Goddard/JPL

Gli scienziati della NASA hanno messo a punto una nuova ricetta per studiare in laboratorio la chimica della complessa atmosfera di Titano, la grande luna di Saturno.
Con questo approccio, il team è riuscito a classificare parte del materiale, presente nella fitta foschia, fino ad oggi sconosciuto.

"Ora sappiamo che questo materiale ha un forte carattere aromatico e questo ci aiuta a comprendere meglio la complessa miscela di molecole che compongono la foschia di Titano", ha detto Melissa Trainer, scienziato planetario del NASA Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland.

Gli elementi erano stati rilevati dal Composite Infrared Spectrometer (CIRS) a bordo della sonda della NASA Cassini, uno strumento in grado di penetrare la densa atmosfera con osservazioni nel lontano infrarosso.

Titan April 07, 2014 W00088198-200 (red grn bl1)
Credit: NASA/JPL/Space Science Institute - Processing: 2di7 & titanio44

Gli scienziati hanno provato a ricreare la stessa miscela in laboratorio, combinando diversi gas e permettendo loro di reagire.
Il punto era partire con i gas giusti: una sorta di reverse engineering alla ricerca degli ingredienti corretti.

Sappiamo che il colore arancione di Titano arriva da una miscela di idrocarburi (molecole contenenti idrogeno e carbonio) e prodotti chimici che trasportano azoto, chiamati nitrili.
Tuttavia, la famiglia di idrocarburi è composta da centinaia di migliaia di membri. Così, si è scelto di iniziare con i due gas più abbondanti nell'atmosfera della luna: azoto e metano.
Ma questi esperimenti non hanno prodotto le firme spettrali rilevate dalla Cassini.
La situazione è cambiata quando il team ha aggiunto un terzo gas, il benzene, che è stato anche identificato nell'atmosfera di Titano, seguito da un'altra serie di sostanze chimiche strettamente correlate.
Tutti questi gas appartengono alla sottofamiglia di idrocarburi noti come composti aromatici.

I risultati sono migliorati quando gli scienziati hanno scelto un aromatico contenente azoto.
In questo caso, la firma spettrale ottenuta coincideva abbastanza con quella rilevata dalla sonda Cassini.

"Questo è il risultato più vicino ottenuto, per quanto ne sappiamo, per ricreare in laboratorio le caratteristiche rilevate con i dati dalla Cassini", ha detto Joshua Sebree, l'autore principale dello studio, disponibile on-line in Icarus (DOI: 10.1016/j.icarus.2014.03.039).

Titan aerosol analog absorption features produced from aromatics in the far infrared [abstract]

We present results on the formation of Titan aerosol analogs produced via far-UV irradiation of five aromatic precursors: benzene, naphthalene, pyridine, quinoline and isoquinoline.

This is the first reported evidence of far-IR emission features observed below 200 cm⁻¹ in laboratory-created Titan aerosols.

These laboratory studies were motivated by recent analyses of Cassini Composite Infrared Spectrometer (CIRS) spectra that show a broad aerosol emission feature in the far-IR spectral region centered near 140 cm⁻¹, which is unique to Titan’s photochemically-produced aerosol (Anderson, C.M., Samuelson, R.E. [2011]. Icarus 212, 762–778).

We find that all three of the aerosol analogs formed from nitrogen-containing aromatics have similar broad emission features near that of the observed CIRS far-IR aerosol spectral feature. In addition, the inclusion of 1.5% methane to that of trace amounts of benzene also gives rise to an aerosol with a weak far-IR emission feature located below 200 cm⁻¹.

Identificati gli ingredienti base, il passo successivo sarà quello di raffinare la ricetta.

"La composizione chimica di Titano è vero zoo di molecole complesse," ha detto Scott Edgington, Cassini Deputy Project Scientist presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California. "Combinando gli esperimenti di laboratorio e dati della Cassini, possiamo comprendere la complessa composizione di questa meravigliosa luna simile alla Terra".