Pioggia su Titano

Osservati grazie agli strumenti a bordo della sonda Cassini rapidi oscuramenti nelle zone equatoriali della superficie di Titano. Per gli scienziati non ci sono dubbi: sono dovuti a piogge di metano. I risultati di questo studio sono pubblicati in un articolo pubblicato oggi su Science. Tra gli autori, J.I. Lunine, associato INAF.

 

Le previsioni meteo per la primavera danno forti piogge. Vista la stagione, non ci sarebbe niente di straordinario, parlando di quello che avviene di solito sul nostro territorio. Ma stavolta si parla di un mondo distante da noi qualcosa come un miliardo e trecento milioni di chilometri. Le precipitazioni in questione sono segnalate infatti su Titano, la luna più grande di Saturno. E non sono composte da acqua, ma da metano liquido. A rilevarle, come un vero e proprio “Meteosat extraterrestre”, è stata la sonda Cassini, una missione NASA con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e italiana (ASI) che ormai da quasi sette anni orbita intorno a Saturno e alle sue lune studiandone le proprietà. Missione a cui partecipa anche l’INAF con lo spettrometro VIMS.

 

Era già noto che le nuvole che avvolgono Titano sono formate principalmente da metano e fanno parte di un ciclo del tutto simile a quello del clima terrestre in cui questo idrocarburo sostituisce l’acqua. Sulla luna di Saturno, è infatti il metano che riempie gli enormi laghi sulla superficie, che satura le nubi nell’atmosfera e ricade al suolo sotto forma di pioggia.  Anche se la superficie presenta tracce della passata presenza di liquidi che dovevano scorrere nelle zone equatoriali di Titano, gli idrocarburi allo stato liquido, in particolare metano ed etano, erano stati osservati finora solo nei laghi in prossimità dei poli. Mancava insomma l’evidenza delle precipitazioni a testimoniare questi solchi.

Ed eccola arrivare, per la precisione il 27 settembre 2010. In un clima confrontabile a una capricciosa giornata di aprile sulla Terra, gli strumenti di Cassini riprendono una tempesta – dalla struttura a forma di freccia – nelle regioni equatoriali di Titano. Poi, nel mese successivo, osservano una larga struttura di nubi. Nelle immagini, raccolte e analizzate a Terra dal Cassini Imaging Team, una regione di circa 500.000 Km quadrati situata al confine sud dell’arida zona collinare denominata Belet, ed altre regioni più piccole nelle vicinanze, si registra un progressivo e rapido oscuramento di quelle zone.

Per gli scienziati è la prova evidente che questo cambiamento di luminosità è dovuto alla pioggia che ha bagnato la superficie della luna. Per Jonathan I. Lunine, attualmente associato INAF e docente dell’Università di Roma Tor Vergata, coautore dell’articolo pubblicato oggi su Science che descrive la scoperta “oggi è chiaro che le piogge cadono nelle aride zone equatoriali molto più frequentemente di quanto sia stato predetto da alcuni modelli teorici, con scala temporale del secolo o del millennio”.
 

di Marco Galliani (INAF)

 

 

Scoperti cirri nuvolosi su Titano

Ogni giorno su Titano è una brutta giornata, a causa della foschia di gran lunga peggiore a quella delle più inquinate città terrestri. I suoi colori atmosferici sono vicini all'arancione a causa  della nebbia composta da piccole goccioline di idrocarburi e altri prodotti chimici assai nocivi per la salute.

Nonostante tutto, Titano è davvero una delle più rare gemme del Sistema Solare: è l'unica luna nota con un'atmosfera degna di un pianeta, ricca di fulmini, di pioggie e occasionalmente, di nuvole composte da metano o etano e idrocarburi, che sulla terra costituiscono il gas naturale.

Recentemente, sottili nubi a ciuffi composte da particelle di ghiaccio, simili ai cirri della Terra, sono state segnalati da Carrie Anderson e Robert Samuelson del NASA's Goddard Space Flight Center.

I risultati, pubblicati questa settimana sulla rivista Icarus, sono stati realizzati utilizzando lo spettrometro a infrarossi composito della sonda Cassini della NASA.

A differenza della foschia brunastra di Titano, le nuvole di ghiaccio hanno l'aspetto bianco perlato della neve appena caduta. La loro esistenza è l'ultimo indizio per la comprensione del funzionamento dell'intrigante atmosfera di Titano e del suo "ciclo", che trasporta idrocarburi e altri composti organici al suolo con le precipitazioni. Tali composti non evaporano per ricostituire l'atmosfera, ma in qualche modo la cessione non si è ancora esaurita.

"Questa è la prima volta che siamo stati in grado di ottenere informazioni su queste nuvole", dice Samuelson, uno scienziato al Goddard e co-autore della carta. "In precedenza, abbiamo avuto numerose informazioni circa i gas nell'atmosfera di Titano, ma non sappiamo molto sulle nuvole di alta quota".

Rispetto alle gonfie nuvole di metano e etano trovate in precedenza nella parte più bassa dell'atmosfera, queste nubi sono molto più sottili e più elevate nell'atmosfera . "Sono molto tenui e si dissolvono facimente", dice Anderson, autore della carta. Indizi sulla loro esistenza erano noti sin dalla missione Voyager 1 nel 1980.

Anche prima che Voyager 1 raggiungesse Titano, gli scienziati sapevano che Titano era avvolto in una spessa atmosfera che probabilmente conteneva idrocarburi. Parte di quell'atmosfera, è una nebbia così soffocante che nasconde ogni traccia della superficie.

Solo una piccola quantità di luce visibile penetra questa nebbia, pertanto gli studi si basano su strumenti che operano a lunghezze d'onda al di là di vista umana. Così Voyager apprese che l'atmosfera di Titano è composta principalmente da azoto, così come sulla Terra. A differenza dell'atmosfera terrestre, però, Titano non ha né ossigeno né acqua. Invece, contiene piccole quantità di materiali organici, compresi i membri della famiglia degli idrocarburi come il metano, l'etano e il propano.

Voyager inoltre raccolse indicazioni sulla stratosfera di Titano, il secondo strato più basso della sua atmosfera, ricco di alcuni composti organici esotici", ha detto Samuelson. "A quel tempo, era tutto quello che potevamo dire".

La parte settentrionale di Titano, dove sta avendo inizio la primavera, sembra leggermente più scura di quella meridionale, in questa immagine presa il 22 marzo 2010. Come la Terra, Titano ha quattro stagioni distinte, ognuna delle quali dura circa sette anni terrestri. Credit: NASA / JPL / Space Science Institute

Negli ultimi decenni di ricerche, l'arrivo di Cassini su Saturno e dopo l'atterraggio della sonda ESA Huygens su Titano che ha inviato le prime foto della superficie, abbiamo scoperto la presenza delle nuvole di metano ed etano. Adesso Cassini è periodicamente nell'orbita di Saturno e Titano e visita tutte le altre lune.

Sono stati individuati sotto forma di gas più di una mezza dozzina di idrocarburi, ma molti  di più, probabilmente sono presenti. I ricercatori di tutto il mondo sono alla loro ricerca, compreso Anderson e Samuelson, che utilizzano lo strumento di Cassini, CIRS.

L'individuazione delle quote in cui tali gas si trasformano in ghiacci è ardua. I ricercatori scansionano l'atmosfera, fermandosi ad ogni altitudine catalogando una grande quantità di dati.

Anderson e Samuelson hanno avviato una serie di osservazioni vicino al polo nord di Titano, cercando di separare le tracce di nuvole di ghiaccio dal aerosol. "Queste belle nuvole di ghiaccio sono otticamente sottili e sono diffuse", spiega Anderson. I ricercatori stanno cercando di raccogliere informazioni sufficienti per misurare le dimensioni delle particelle di ghiaccio."E 'stata una prova convincente", afferma Anderson. "Quello che Voyager aveva visto era reale".

Le nuvole su Titano non possono essere ottenute dall'acqua a causa del freddo estremo del pianeta. "Se Titano avesse l'acqua in superficie, sarebbe solida come una roccia", dice Michael Goddard Flasar, il Principal Investigator per CIRS.

Invece, l'elemento chiave è il metano. L'azione inizia in alto nell'atmosfera, dove alcune particelle di metano si rompono e si riformano in etano e di altri idrocarburi, o si combinamo con l'azoto per dar vita a dei composti chiamati nitrili. Qualsiasi composto di questi elementi potrebbe probabilmente formarsi sotto forma di nuvole, se si accumulasse in quantità sufficente in una zona adeguatamente fredda.

"La formazione delle nubi si verifica nelle fredde profondità della stratosfera di Titano", spiega Anderson. I ricercatori pensano che i composti vengano spostati verso il basso da un flusso costante di gas che scorre dal polo nell'emisfero più caldo al polo nell'emisfero più freddo.

Una delle più famose immagini di Titano in falsi colori dove di vede bene il sistema nuvoloso dell'alta atmosfera, ripresa nel 2007 dalla sonda Cassini. Credit: NASA

"Il fatto che le nuvole sono più presenti nella regione polare fredda è un segno promettente", spiega Flasar. "Si rafforza l'idea che le molecole che compongono queste nubi siano spinte verso il basso in questo modello di circolazione globale".

Mentre i ricercatori continuano a identificare composti nell'atmosfera di Titano, il prossimo candidato in attesa di confrma è cianuro di idrogeno, un nitrile conosciuto sulla Terra come un veleno. La squadra sta indagando per confermare la presenza degli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), che tipicamente sono presenti sulla Terra come agenti inquinanti emessi dalla combustione di combustibili fossili. Nello spazio, forma i cosiddetti IPA si formano nelle regioni in cui nascono e muoiono le stelle.

Inoltre Titano ha come per la Terra un vortice polare che può anche avere una contropartita per il nostro buco dell'ozono. "Il grado di somiglianza è intrigante date le diverse composizioni chimiche delle nubi stratosferiche" dice Flasar.

La grande prova per gli scienziati arriverà nel 2017, quando agiungerà l'estate e il nord e al sud si immergeranno nell'inverno. "Ci aspettiamo di trovare un rovesciamento completo della circolazione del gas", dice Anderson. "Il gas dovrebbe iniziare un flusso da nord a sud. E questo dovrebbe significare che la maggior parte delle nubi di ghiaccio d'alta quota si sposterà a sud".

"Altri cambiamenti importanti sono in serbo per Titano tra cui la scomparsa dei forti venti attorno al polo nord, tra cui il destino del vortice polare", dice Flasar.

Adattamento e traduzione a cura di Arthur McPaul

Fonte

Vita su Titano: la NASA smorza l'entusiasmo

Dietro front della NASA sull'entusiasmo circa la possibile prova indiretta dell'esistenza di vita su Titano. Naturale prudenza o velato insabbiamento?

Sulla luna di Saturno, Titano, le recenti affermazioni sull'eccessivo assorbimento di acetilene hanno scatenato la speculazione che ci potrebbe essere vita aliena. Le nuove misurazioni, riportate all'inizio di questa settimana, sono in effetti molto intriganti.

Prese da sole, tuttavia, esse non costituiscono una prova dell'esistenza degli extraterrestri. Esaminamo per capire quello che in realtà ci vorrà per risolvere la questione della vita su Titano. La superficie di Titano è un ambiente freddo con temperature fino a -178 ° C, troppo basse quindi per sostenere l'acqua allo stato liquido.
Ma la vita potrebbe essere stata in grado di trovare comunque un'alternativa.

Nel 2005, i ricercatori avevano suggerito che gli organismi possano sopravvivere in questo ambiente inospitale respirando idrogeno e mangiando molecole organiche quali l'acetilene e l'etano.

Ora la sonda Cassini ha trovato prove del fatto che c'è meno acetilene su Titano di quanto ci si aspettava, e che i livelli di idrogeno sono attivamente indotti a svuotarsi in superficie, aumentando la possibilità che forme di vita esotiche stiano consumando queste sostanze.
Questa teoria è coerente con l'esistenza di una forma di vita capace di esistere sulla sua superficie ghiacciata.
Questo è dunque la prova che c'è vita sulla picccola Luna di Saturno?
In alternativa, cos'altro potrebbe essere stato la causa dell'inaspettata attività chimica?

La probabile spiegazione è che il modello utilizzato per stimare il flusso di idrogeno su Titano da parte di Cassini non simula accuratamente le condizioni chimiche presenti, ha detto Chris McKay del NASA Ames Research Center di Moffett Field, in California, uno dei ricercatori che studia la possibilità di vita su Titano.
Questo potrebbe significare che il modello ha sopravvalutato le quantità di idrogeno capaci di raggiungere la superficie di Titano, facendo sembrare che qualcosa consuma l'idrogeno quando invece non accade.
Un'altra alternativa è quella che le misurazioni di Cassini sono più incerti di quanto pensiamo.
Ma se altri modelli suggerissero che davvero l'idrogeno stesse scomparendo?
Questo ancora non rappresenterebbe ancora la prova della presenza di vita.

C'è anche la possibilità, dice McKay, che l'idrogeno venga consumato attraverso un processo di non-biologico, come una reazione con l'acetilene per dar vita al metano.
Sembra improbabile, in quanto i catalizzatori come il rame e il ferro, che sono necessari per questa reazione, non si pensa che possano essere presenti sui corpi ghiacciati come Titano e non sarebbero comunque molto efficace in condizioni estreme di freddo.
Ma è certamente una possibilità.

Finora, un solo modello è stato utilizzato per stimare il flusso di idrogeno su Titano e una volta che altri ne verranno utilizzati e a noi giungeranno più dati da Cassini, avremo un'idea più chiara sul perchè l'idrogeno si è in realtà quasi esaurito in superficie.

Se ciò accade davvero, gli esperimenti che simulano le condizioni di Titano sulla Terra saranno poi in grado di indicare se i catalizzatori che aiutano l'idrogeno e l'acetilene a reagire l'un l'altro potrebbero funzionare su Titano.
Sarebbe una prova valida quindi per l'esistenza della vita?
No, in quanto sarebbero necessarie molte altre missioni sulla superficie di Titano per trovare prove inequivocabili della sua presenza.
Uno dei primi passi potrebbe essere quello di inviare un lander robotico dotato di uno spettrometro di massa, che potrebbe cercare molecole organiche complesse, come l'ATP e la clorofilla, che potrebbero fornire ulteriori prove.

Un team di ricercatori della NASA sta chiedendo il finanziamento di un veicolo spaziale, il "Titan Mare Explorer" (TiME), che in caso di approvazione, dovrebbe partire nel 2017 e sarebbe la prima sonda umana a tuffarsi in un oceano extraterrestre. Una missione più grande che comprenderebbe un pallone e un lander è stata rinviata dalla NASA lo scorso anno a favore del primo invio di due sonde per esplorare Giove e le sue lune nel 2020.

Per il momento quindi, Cassini è l'unico occhio capace di svelare i segreti di Titano e proprio in questi giorni compirá nuovi sorvoli ravvicinati sulle zone dove sono presenti immensi laghi di metano e etano liquido.

A cura di Arthur McPaul

Fonte: http://www.newscientist.com/article/dn19026-life-on-titan-maybe--but-only-a-lander-will-tell-us.html

Titano: ad un passo dalla conferma della vita?

Una recente pubblicazione su Icarus mostrerebbe la scomparsa molecole di idrogeno sulla superficie che scorrono attraverso l'atmosfera di Titano. Un altro articolo sul Journal of Geophysical Research mostra invece le mappe di idrocarburi sulla superficie di Titano scoprendo una mancanza di acetilene.

Questa mancanza di acetilene è importante perché la sostanza chimica sarebbe probabilmente la migliore fonte di energia per una vita a base di metano su Titano, ha detto Chris McKay, un astrobiologo del NASA Ames Research Center, Moffett Field, in California, che ha proposto una serie di condizioni necessarie per questo tipo di vita a base di metano su Titano nel 2005. Una interpretazione dei dati dell'acetilene è che l'idrocarburo verrebbe consumato come alimento. Ma McKay ha detto che il flusso di idrogeno è ancora più critico perché tutti i loro meccanismi proposti coinvolgono il consumo di idrogeno.

"Abbiamo suggerito il consumo di idrogeno perché è evidente il suo utilizzo dalle forme di vitasu Titano, similmente al nostro modo di consumare l'ossigeno sulla Terra", ha detto McKay. "Se questi segni si rivelano essere tracce di vita, sarebbe doppiamente emozionante perché rappresenterebbe una seconda forma di vita indipendente dalla vita a base di acqua sulla Terra".

Ad oggi, le forme di vita a base di metano sono solo ipotetiche, anche se ci sono microbi sulla Terra che prosperano grazie al metano o che lo producono scoria del loro metabolismo. Su Titano, dove le temperature sono di circa 90 Kelvin (meno 290 gradi Fahrenheit), un organismo a base di metano avrebbe necesità di usare una sostanza liquida come mezzo per i processi vitali, rinunciando tuttavia all'acqua. L'acqua si solidifica e ci sarebbe troppo freddo per il sostentamento della vita come noi la conosciamo.

L'elenco dei candidati liquidi è molto breve: il metano liquido e le molecole correlate come l'etano. Mentre l'acqua liquida è ampiamente considerata come necessaria per la vita, c'è stata una vasta speculazione nella letteratura scientifica che questo non sarebbe in realtà un requisito rigoroso.

I nuovi risultati dell'idrogeno sono coerenti con le condizioni che potrebbero produrre forma aliena di vita a base di metano, ma non rappresenta definitivamente la prova della sua esistenza, ha detto Darrell Strobel, scienziato interdisciplinare della missione Cassini ha sede presso la Johns Hopkins University a Baltimora, Maryland, e autore dell'articolo sull'idrogeno.

[Componenti principali dell'atmosfera di Titano: 90% azoto molecolare, il 6% argon, il resto metano e organici  derivati, come acido cianidrico, etano, acetilene, e CO2. credit NASA]

Strobel, che studia le atmosfere superiori di Saturno e di Titano, ha analizzato i dati dello spettrometro composito a infrarossi e lo spettrometro a ioni di massa neutra della sonda Cassini. Il documento descrive la densità di idrogeno nelle diverse parti dell'atmosfera e della superficie. I modelli precedenti avevano previsto che le molecole di idrogeno, un sottoprodotto della luce solare ultravioletta suddivisa dall'acetilene e dalle molecole di metano nell'atmosfera superiore, dovrebbero essere distribuite abbastanza equamente in tutti gli strati atmosferici.

Strobel trovato una disparità nella densità di idrogeno che porta ad un flusso verso la superficie ad una velocità di circa 10.000 trilioni di trilioni di molecole di idrogeno al secondo. Ciò è circa lo stesso tasso con cui le molecole fuggono fuori dall'atmosfera superiore.

"È come se si disponesse di un tubo che spruzza l'idrogeno a terra", ha detto Strobel. "Non mi aspettavo questo risultato, perché l'idrogeno molecolare è chimicamente inerte nell'atmosfera, molto leggero e vivace. Si alza in cima nell'atmosfera e fugge via".

Strobel ha detto che non è probabile che l'idrogeno sia conservato in una grotta o spazio sotterraneo su Titano. La superficie di Titano è così fredda, che sarebbe necessario un catalizzatore per dare vita ad un processo chimico per convertire le molecole di idrogeno e dell'acetilene a metano, anche se complessivamente ci sarebbe un rilascio netto di energia. La barriera di energia potrebbe essere superate se ci fosse un minerale sconosciuto che agisce da catalizzatore sulla superficie.

[Polo Nord di Titano dove la sonda Cassini ha accertato recentemente la presenza di un oceano di etano liquido]

La ricerca di mappatura degli idrocarburi, guidata da Roger Clark, uno scienziato del team Cassini, esamina i dati della mappatura visiva e dello spettrometro ad infrarossi di Cassini. Gli scienziati si aspettavano che le interazioni del Sole con i prodotti chimici dell'atmosfera per la produzione di acetilene cadessero giù per rivestire la superficie di Titano. Ma Cassini non ha rilevato nessuna presenza di acetilene in superficie.

Inoltre lo spettrometro ha rilevato un'assenza di ghiaccio d'acqua sulla superficie di Titano, ma carichi di benzene e di altro materiale, che sembra essere un composto organico che gli scienziati non sono ancora stati in grado di identificare. I risultati portano gli scienziati a ritenere che i composti organici rivestano il ghiaccio d'acqua che rappresenta il fondamento di Titano con una pellicola di idrocarburi spessi almeno qualche millimetro per centimetro di spessore, ma probabilmente molto più profondi in alcuni punti. Il ghiaccio rimane coperto anche dal flusso di etano e metano liquido su tutta la superficie e riempie i laghi e i mari di più di come fa l'acqua allo stato liquido fa sulla Terra.

"La Chimica dell'atmosfera di Titano sforna composti organici che piovono sulla superficie così velocemente che i flussi di metano ed etano liquidi lavano via le sostanze organiche, rendendo il satellite di Saturno Titano un luogo dinamico per la chimica organica".

L'assenza di acetilene rilevabile sulla superficie può benissimo avere una spiegazione non biologica, ha dichiarato Mark Allen, ricercatore principale con la squadra del NASA Astrobiology Institute Titan. Allen ha affermato che una possibilità è che la luce solare o i raggi cosmici stanno trasformando l'acetilene presente in sospensione nella gelida atmosfera in molecole più complesse che cadono a terra senza di esso.

"Il conservatorismo scientifico suggerisce che una spiegazione biologica dovrebbe essere l'ultima scelta, dopo che tutte le spiegazioni non biologiche sono state vagliate", ha detto Allen. "Abbiamo un sacco di lavoro da fare per escludere possibili spiegazioni non biologiche. E 'più probabile che un processo chimico non biologico, possa spiegare questi risultati, come ad esempio, delle reazioni che coinvolgono alcuni catalizzatori minerali".

"Questi nuovi risultati sono sorprendenti e interessanti" ha affermato Linda Spilker, scienziato del progetto Cassini al JPL. "Cassini ha molti incontri ravvicinati con Titano che potrebbero aiutarci a risolvere proprio ciò che accade in superficie".

La missione Cassini-Huygens è un progetto di cooperazione della Nasa, l'Agenzia spaziale europea e l'Agenzia Spaziale Italiana. JPL, una divisione del California Institute of Technology, gestisce la missione per la NASA's Science Mission Directorate, Washington, DC L'orbiter Cassini è stato progettato, sviluppato e assemblato al JPL.

A cura di Arthur McPaul

Fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/06/100606103125.htm