Scienza

L'atmosfera di Titano: un grande laboratorio chimico

I dati ottenuti dalla sonda Cassini, in orbita attorno a Saturno dal 2004, hanno da poco confermato la presenza di una vasta popolazione di idrocarburi molto...

Cassini

idrocarburi

PAH

idrocarburi policiclici aromatici

aerosol

Immagine di Titano ripresa dalla sonda Cassini. (NASA/ESA/Cassini)

Di tutti i corpi del Sistema Solare, Titano ha l'atmosfera più simile a quella della Terra. Come il nostro pianeta, anche la sua atmosfera è composta in buona parte da azoto molecolare (anche se contiene soltanto piccole tracce di ossigeno e acqua). Un'altra molecola, il metano, gioca il ruolo che sulla Terra è svolto dall'acqua, con un complesso ciclo che porta alla formazione di piogge, laghi, mari e fiumi. Si specula anche sul fatto che l'atmosfera di questa gigantesca luna potrebbe somigliare molto all'atmosfera del nostro pianeta durante le sue primissime fasi evolutive, prima che la comparsa di organismi viventi arricchissero l'atmosfera terrestre di ossigeno.

In questa immagine è ben visibile la struttura dell'atmosfera di Titano in corrispondenza del polo nord di Titano. (NASA/JPL/Caltech)

Quando la radiazione ultravioletta del Sole e le particelle energetiche del vento solare e della magnetosfera di Saturno colpiscono gli strati superiori dell'atmosfera di Titano, le molecole di azoto e metano vengono dissociate portando alla formazione di ioni positivi molto massicci ed elettroni, che poi a loro volta portano ad una catena di reazioni chimiche che producono una varietà di complessi idrocarburi e di aerosol a base di carbonio, che poi tendono per cadere verso il basso.

Illustrazione della chimica degli idrocarburi nell'atmosfera di Titano. (NASA/ESA/Cassini)

Gli aerosol presenti negli strati più bassi dell'atmosfera di Titano sono stati studiati bene dalla sonda Huygens durante la sua discesa nell'atmosfera di Titano, prima dell'atterraggio sulla sua superficie. La loro origine, però, è sempre rimasta un mistero, fino ad ora. I dati alla base di questi nuovi studi sono stati raccolti dallo spettrometro VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer). Questi hanno confermato che i PAH giocano un ruolo fondamentale nella produzione dell'alone di smog presente nella parte bassa dell'atmosfera di Titano, e che le reazioni chimiche che portano alla sua formazione hanno luogo nella parte più alta dell'atmosfera del satellite. Il team di ricercatori che ha studiato le emissioni di varie molecole nell'atmosfera di Titano ha trovato qualcosa di molto peculiare nei dati che stavano analizzando. Una delle bande caratteristiche dello spettro del metano, infatti, aveva una forma leggermente anomala. Questo particolare segnale è stato osservato soltanto durante il periodo diurno, quindi si trattava chiaramente di qualcosa che aveva a che fare con l'irradiazione solare. La lunghezza d'onda centrale del segnale, intorno ai 3,28 micron, è tipica dei composti aromatici, come gli idrocarburi in cui gli atomi di carbonio formano strutture ad anello. Sono state fatte prove per capire se per caso l'emissione potrebbe essere prodotta dal benzene, cioè il composto aromatico più semplice, che consiste in un unico anello, che fu già scoperto in precedenza su Titano. Tuttavia, l'abbondanza molto bassa del benzene non bastava per spiegare l'emissione osservata. Dopo aver escluso questa possibilità, i ricercatori hanno riprodotto l'emissione osservata con PAH più complessi e sono riusciti a rilevare una corrispondenza con un misto di diversi composti che contengono una media di 34 atomi di carbonio con circa 10 anelli a composto. "I PAH sono molto efficienti nell'assorbimento della radiazione ultravioletta del Sole, ridistribuendo l'energia all'interno della molecola ed emettendola infine a lunghezze d'onda infrarosse" ha spiegato Alberto Adriani, dell'INAF, co-autore della ricerca, e membro del team dello spettrometro VIMS, progettato e realizzato in Italia. I risultati di questo studio mostrano quindi che anche su un corpo planetario gelido come Titano, dove le temperature superficiali sono di circa -180 ° C, possono formarsi molecole organiche molto complesse.

30 giugno 2013 Mario Di Martino
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