Prima misura "in situ" della chimica dell’atmosfera di Titano

1 Dicembre 2005

I preziosi risultati dell’Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP) e del Gas Chromatograph Mass Spectrometer (GCMS) hanno regalato agli scienziati i primi dati “in situ” della chimica atmosferica di Titano: aerosol, composizione chimica e isotopica.

Due punti chiave ancora sconosciuti di Titano sono l’origine dell’azoto molecolare e del metano in atmosfera e il meccanismo con il quale la presenza di metano è mantenuta elevata, nonostante la sua rapida distruzione fotochimica (legata cioè a processi chimici che sono accompagnati o catalizzati dall’emissione o dall’assorbimento di luce nel visibile o nell’ultravioletto).

Il GCMS ha misurato la composizione chimica e l’abbondanza isotopica da 140 km di quota fino alla superficie, confermando che i costituenti principali sono azoto e metano e che la foschia atmosferica è soprattutto costituita di metano.

Dalle misure dei rapporti isotopici, gli scienziati di Huygens hanno ottenuto due scoperte chiave. Il rapporto fra isotopi del carbonio (12C/13C) misurati nel metano suggeriscono un continuo o periodico accumulo di metano in atmosfera, ma non è stata trovata nessuna evidenza di sistemi biologici attivi.

Il rapporto isotopico fra atomi di azoto (14N/15N) suggerisce che l’antica atmosfera di Titano fosse ben cinque volte più densa di quanto non sia oggi, e che quindi parte dell’azoto sia andato disperso nello spazio.

Mentre per la prima volta è stata misurata la presenza di argon 36, non ci sono tracce di xenon o krypton. L’argon, tuttavia, è stato trovato con abbondanze molto basse: questo è molto interessante,visto che la spessa atmosfera di Titano è dominata proprio dal metano e che circa il 50% della massa di Titano è ghiaccio d’acqua, noto per essere un portatore potenzialmente molto efficiente dei gas nobili.

La bassa abbondanza significa che l’atmosfera di Titano si è formata o è stata catturata essenzialmente come ammoniaca, invece che azoto. Il mancato rilevamento di altro gas nobili – un risultato sorprendente- alimenterà teorie sull’evoluzione e l’origine dell’atmosfera di Titano.

Grafico che mostra come il potassio 40 decade in argon 40

La composizione dei vapori superficiali ottenuta dallo GCMS dopo l’atterraggio suggerisce che Huygens si sia posato su una superficie umida di metano, che è evaporato man mano che il suolo freddo è stato riscaldato dalla sonda. La superficie era ricca anche di composti organici che non erano stati identificati in atmosfera, come per esempio il cianogeno e l’etano. Questo indica che la complessa chimica di Titano è la stessa sulla superficie e in atmosfera.

L’argon 40 è stato rivelato sulla superficie: questa presenza indica che Titano ha avuto una attività geologica interna nel passato e che molto probabilmente l’ha ancora.

ACP-GCMS:collect and analyse particle samples

Gli aerosol di Titano giocano un ruolo importante nel determinare la struttura termica in atmosfera, perché hanno effetto sia sui processi di riscaldamento che di raffreddamento radiativi. Gli aerosol possono contribuire a creare strati caldi e freddi che, a loro volta, contribuiscono alla circolazione atmosferica e determinano la forza dei venti.

L’ACP è riuscito a misurare direttamente la composizione chimica delle particelle di aerosol. Da un’analisi dei prodotti ottenuta attraverso pirolisi (scomposizione chimica del materiale organico attraverso il riscaldamento) di aerosol a 600°C, sono state identificate per prime l’ammoniaca e l’acido cianidrico. Questo è di fondamentale importanza, perché è la prima evidenza della presenza – oggi - di materiale di complessi organici nell’atmosfera di Titano.

La particella di aerosol possono anche agire da nuclei di condensazione per la formazione delle nubi, e sono i prodotti finali di una chimica organica complessa, molto importante in astrobiologia. In generale, Titano offre la possibilità di osservare meccanismi di chimica che coinvolgono molecole che potrebbero essere utilizzate per ricostruire la vita sulla Terra.

Note all'editore:

Questo testo è basato su un articolo che apparirà sul numero speciale di Nature, online il 30 novembre 2005.

Per ulteriori informazioni:

Hasso Niemann, PI Gas Chromatograph Mass Spectrometer
NASA GSFC, Greenbelt, USA
E-mail: Hasso.Niemann @ gsfc.nasa.gov

Guy Israel, PI Aerosol Collector and Pyrolyser
Service d'Aeronomie, Univ. de Paris and Versaillles-Saint Quentin, France
E-mail: guy.Israel @ aerov.jussieu.fr,

Jean-Pierre Lebreton, ESA Huygens Mission Manager
E-mail: jplebret @ rssd.esa.int

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