Científicos de la NASA descubren una molécula “extraña” en la atmósfera de Titán.

Estas imágenes infrarrojas de Titán, la luna de Saturno, representan algunas de las vistas globales más claras de la superficie helada de la luna. Las vistas se crearon utilizando 13 años de datos adquiridos por el instrumento espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo a bordo de la nave espacial Cassini de la NASA. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Universidad de Nantes / Universidad de Arizona.

Los científicos de la NASA identificaron una molécula en la atmósfera de Titán que nunca se había detectado en ninguna otra atmósfera. De hecho, es probable que muchos químicos apenas hayan oído hablar de él o sepan cómo pronunciarlo: ciclopropenilideno o C3H2. Los científicos dicen que esta simple molécula basada en carbono puede ser un precursor de compuestos más complejos que podrían formar o alimentar una posible forma de vida en Titán.

Esta imagen fue devuelta el 14 de enero de 2005 por la sonda Huygens de la Agencia Espacial Europea durante su exitoso descenso a la superficie de Titán. Esta es la vista en color que se ha procesado para agregar datos de espectros de reflexión para dar una mejor indicación del color real de la superficie de Titán.
Créditos: NASA / JPL / ESA / University of Arizona
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Los investigadores encontraron C3H2 utilizando un observatorio de radiotelescopio en el norte de Chile conocido como Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). Descubrieron C3H2 ( Compuesto por carbono e hidrógeno) mientras examinaban un espectro único de firmas de luz recolectadas por el telescopio; estos revelaron la composición química de la atmósfera de Titán por la energía que sus moléculas emitían o absorbían.

“Cuando me di cuenta de que estaba mirando ciclopropenilideno, lo primero que pensé fue, ‘Bueno, esto es realmente inesperado'”, dijo Conor Nixon, científico planetario del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien dirigió la búsqueda de ALMA. Los hallazgos de su equipo fueron publicados el 15 de octubre en el Astronomical Journal.

Aunque los científicos han encontrado cúmulos de C3H2 en toda la galaxia, encontrarlo en la atmósfera fue una sorpresa. Esto se debe a que el ciclopropenilideno puede reaccionar fácilmente con otras moléculas con las que entra en contacto y formar diferentes compuestos. Hasta ahora, los astrónomos han encontrado C3H2 solo en nubes de gas y polvo que flotan entre sistemas estelares; en otras palabras, regiones demasiado frías y difusas para facilitar muchas reacciones químicas.

Las atmósferas densas como la de Titán son colmenas de actividad química. Esa es una de las principales razones por las que los científicos están interesados ​​en esta luna, que es el destino de la próxima misión Dragonfly de la NASA. El equipo de Nixon pudo identificar pequeñas cantidades de C3H2 en Titán probablemente porque estaban observando en las capas superiores de la atmósfera de la luna, donde hay menos de otros gases con los que el C3H2 interactúe. Los científicos aún no saben por qué aparecería ciclopropenilideno en la atmósfera de Titán y en ninguna otra atmósfera. “Titán es único en nuestro Sistema Solar”, dijo Nixon. “Ha demostrado ser un tesoro de nuevas moléculas”.

Titán, la más grande de las 62 lunas de Saturno, es un mundo intrigante que, en cierto modo, es el más similar a la Tierra que hemos encontrado. A diferencia de cualquier otra luna del Sistema Solar (hay más de 200), Titán tiene una atmósfera densa que es cuatro veces más densa que la de la Tierra, además de nubes, lluvia, lagos y ríos, e incluso un océano subterráneo de agua salada.

La atmósfera de Titán está compuesta principalmente de nitrógeno, como la de la Tierra, con un toque de metano. Cuando las moléculas de metano y nitrógeno se rompen bajo el resplandor del Sol, los átomos que los componen desencadenan una compleja red de química orgánica que ha cautivado a los científicos y ha llevado a esta luna a la cima de la lista de los objetivos más importantes en la búsqueda de la vida pasada o presente en el Sistema Solar.

“Estamos tratando de averiguar si Titán es habitable”, dijo Rosaly Lopes, científica investigadora senior y experta en Titán del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena, California. “Así que queremos saber qué compuestos de la atmósfera llegan a la superficie y luego, si ese material puede atravesar la corteza de hielo hasta el océano, porque creemos que el océano es donde están las condiciones habitables”.

Los tipos de moléculas que pueden estar asentadas en la superficie de Titán podrían ser las mismas que formaron los componentes básicos de la vida en la Tierra.

En el principio de la historia de la Tierra, hace 3.8 a 2.500 millones de años, cuando el metano llenaba el aire de la atmósfera en lugar de oxígeno, las condiciones pudieron haber sido similares a las del actual Titán.

“Pensamos en Titán como un laboratorio de la vida real en el que podemos ver una química similar a la de la Tierra antigua cuando la vida se estaba afianzando aquí”, dijo Melissa Trainer, astrobióloga de Goddard de la NASA. Trainer es la investigadora principal adjunta de la misión Dragonfly y líder de un instrumento en el helicóptero Dragonfly que analizará la composición de la superficie de Titán.

“Buscaremos moléculas más grandes que el C3H2”, dijo Trainer, “pero necesitamos saber qué está sucediendo en la atmósfera para comprender las reacciones químicas que llevan a la formación de moléculas orgánicas complejas y la lluvia hacia la superficie”.

Dragonfly es una misión de la NASA que tiene como objetivo explorar la química y la habitabilidad de la luna más grande de Saturno, Titán.
Créditos: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA / Laboratorio de física aplicada de la Universidad Johns Hopkins.

El ciclopropenilideno es la única otra molécula “cíclica” o de circuito cerrado, además del benceno, que se ha encontrado en la atmósfera de Titán hasta ahora. Aunque no se sabe que el C3H2 se utilice en reacciones biológicas modernas, las moléculas de circuito cerrado como esta son importantes porque forman los anillos de la columna vertebral de las nucleobases del ADN, que son los complejos imprescindibles que llevan el código genético de la vida y el ARN y son fundamentales para el desarrollo y propagación de la vida. “La naturaleza cíclica de ellos abre esta rama adicional de la química que permite construir estas moléculas biológicamente importantes”, dijo Alexander Thelen, un astrobiólogo de Goddard que trabajó con Nixon para encontrar C3H2.

Científicos como Thelen y Nixon están usando telescopios terrestres grandes y altamente sensibles para buscar las moléculas de carbono más simples relacionadas con la vida que se puedan encontrar en la atmósfera de Titán. Se consideraba que el benceno era la unidad más pequeña de moléculas de hidrocarburo anilladas y complejas que se encuentran en cualquier atmósfera planetaria. Pero ahora, el C3H2, con la mitad de los átomos de carbono del benceno, parece haber ocupado su lugar.

Hasta ahora, el ciclopropenilideno se ha detectado solo en nubes moleculares de gas y polvo, como la Nube Molecular de Tauro, que es un vivero estelar en la constelación de Tauro a más de 400 años luz de distancia. Recientemente, el científico de Goddard de la NASA, Conor Nixon, junto con su equipo, encontraron esta molécula única en la atmósfera de Titán; la primera vez que se ha detectado fuera de una nube molecular. El ciclopropenilideno es la única otra molécula de circuito cerrado, además del benceno, que se ha detectado en Titán. Las moléculas de circuito cerrado son importantes porque forman los anillos de la columna vertebral de las nucleobases del ADN, la compleja estructura química que lleva el código genético de la vida, y el ARN, otro compuesto crítico para las funciones de la vida.
Créditos: Conor Nixon / Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA
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Para verificar que los investigadores realmente estaban viendo este compuesto inusual, Nixon examinó minuciosamente los trabajos de investigación publicados a partir de análisis de datos de la nave espacial Cassini de la NASA, que realizó 127 sobrevuelos cercanos a Titán entre 2004 y 2017. Quería ver si un instrumento de la nave espacial que investigó los compuestos químicos alrededor de Saturno y Titán, podría confirmar su nuevo resultado. (El instrumento, llamado espectrómetro de masas, detectó indicios de muchas moléculas misteriosas en Titán que los científicos aún están tratando de identificar). De hecho, Cassini había descubierto evidencia de una versión cargada eléctricamente de la misma molécula, C3H3 +.

Dado que es un hallazgo poco común, los científicos están tratando de aprender más sobre el ciclopropenilideno y cómo podría interactuar con los gases en la atmósfera de Titán.

“Es una pequeña molécula muy extraña, por lo que no será del tipo que las se aprenden en química en la escuela secundaria o incluso en la química de pregrado”, dijo Michael Malaska, un científico planetario del JPL que trabajó en la industria farmacéutica antes de enamorarse de Titán y cambiar carreras para estudiarlo. “Aquí abajo en la Tierra, no será algo con lo que te vas a encontrar”.

Encontrar moléculas como C3H2 es realmente importante para ver el panorama general de Titán: “Cada pequeña pieza y parte que puedas descubrir puede ayudarte a armar el enorme rompecabezas de todas las cosas que suceden allí”.