Gli scienziati hanno ricreato le condizioni chimiche uniche che esistono su Titano, la luna più grande di Saturno, in minuscoli cilindri di vetro qui sulla Terra, e l'esperimento ha rivelato caratteristiche precedentemente sconosciute della composizione minerale della luna.
Titano è il secondo satellite più grande del sistema solare dopo Ganimede, che appartiene a Giove, ha un'atmosfera densa costituita principalmente da azoto con mescolanza di metano. Questa foschia giallastra mantiene una temperatura di circa -180° C. Sotto l'atmosfera ci sono laghi, mari e fiumi di metano liquido ed etano che ricoprono la crosta ghiacciata di Titano, specialmente vicino ai poli. Come l'acqua liquida sulla Terra, questi gas naturali partecipano a un ciclo in cui evaporano, formano nuvole e poi piovono sulla superficie della Luna.
La densa atmosfera di Titano, la superficie liquida e i cicli meteorologici stagionali rendono questa luna fredda un po' simile alla Terra e, come il nostro pianeta, ha molecole organiche contenenti carbonio, idrogeno e ossigeno. A causa di questa chimica organica che si verifica su Titano, gli scienziati ritengono che la luna potrebbe fungere da enorme laboratorio per studiare le reazioni chimiche avvenute sulla Terra prima che la vita apparisse sul pianeta.
Ma solo una navicella spaziale, Cassini, ha osservato in dettaglio Saturno e le sue lune, rendendo difficile condurre studi a terra sulla strana composizione chimica scoperta su Titano. Pertanto, un gruppo di scienziati ha recentemente deciso di modellare Titan in una provetta.
In primo luogo, il gruppo ha posizionato acqua liquida in piccoli cilindri di vetro e ha abbassato la temperatura a condizioni simili a quelle del titanic. L'acqua si congelò, imitando la crosta ghiacciata di Titano. Il team ha quindi aggiunto etano al tubo, che è diventato liquido come i laghi sulla superficie di Titano. Infine, hanno aggiunto azoto per creare l'atmosfera di Titano, quindi hanno leggermente modificato la temperatura nel tubo per simulare le fluttuazioni di temperatura sulla superficie di Titano e nei diversi strati della sua atmosfera.
Nel loro ultimo studio, presentato il 26 agosto all'American Chemical Society Fall Meeting, il team ha aggiunto due composti, l'acetonitrile (ACN) e il propionitrile (PCN). I dati della missione Cassini indicano che questi composti sono abbondanti su Titano. La maggior parte degli studi precedenti ha studiato i due composti separatamente, nella loro forma pura, ma il team voleva vedere cosa sarebbe successo se i composti fossero stati mescolati, come potrebbe essere il caso di Titano. A differenza di lavorare con ciascun composto separatamente, se li mescoli insieme, puoi ottenere un risultato completamente diverso nella struttura, ovvero come saranno organizzate le molecole e come le molecole si cristallizzeranno o si trasformeranno in una forma solida.
Il team ha scoperto che in condizioni simili al titanio, ACN e PCN si comportano in modo abbastanza diverso rispetto a entrambi i composti da soli. Vale a dire, le temperature alle quali i composti si sciolgono o cristallizzano cambiano drasticamente, dell'ordine di centinaia di gradi Celsius.
Questi punti di fusione e cristallizzazione sarebbero rilevanti nell'atmosfera gialla e nebbiosa di Titano. Diversi strati dell'atmosfera variano in temperatura a seconda dell'altitudine sopra la superficie lunare, quindi per capire come si comportano le sostanze chimiche nella foschia, il nuovo studio suggerisce che queste fluttuazioni di temperatura devono essere prese in considerazione.
Inoltre, gli scienziati hanno scoperto che quando ACN e PCN si cristallizzano, adottano strutture cristalline diverse a seconda che si trovino da soli o in presenza di un altro composto. I cristalli si formano quando le singole molecole di un composto vengono combinate in una struttura altamente organizzata. Sebbene gli elementi costitutivi di questa struttura - le molecole - rimangano gli stessi, a seconda di fattori come la temperatura, possono unirsi in configurazioni leggermente diverse.
Queste variazioni nella struttura cristallina sono note come polimorfi, e quando ACN e PCN esistono da soli, adottano un polimorfo ad alte temperature e un altro a basse temperature. Ma gli scienziati hanno notato che se c'è una miscela, la stabilità delle alte e basse temperature può essere, in un certo senso, modificata. Questi piccoli dettagli su quando e come i composti raggiungono una struttura stabilizzata potrebbero davvero cambiare la comprensione di quali minerali si possono trovare su Titano.
La missione Dragonfly della NASA, prevista per il lancio nel 2026 e l'arrivo su Saturno nel 2034, potrebbe fornire maggiori informazioni sulla composizione minerale di Titano in situ.
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