Em um novo relatório sobre Science Advances, Mark Elowitz e uma equipe de cientistas em ciências físicas, física óptica, ciência planetária e pesquisa de radiação nos EUA, Reino Unido, Índia e Taiwan, apresentaram a primeira análise de espectros de refletância ultravioleta distante de regiões nos hemisférios anteriores e posteriores de Rhea – conforme coletado pelo espectrógrafo de imagem ultravioleta Cassini durante sobrevôos direcionados.
Neste trabalho, eles objetivaram especificamente explicar a característica de absorção ampla não identificada centrada perto de 184 nanômetros do espectro resultante. Usando medições de laboratório da espectroscopia de UV de um conjunto de moléculas, Elowitz et al. encontraram um bom ajuste para os espectros de Rhea com monohidrato de hidrazina e várias moléculas contendo cloro. Eles mostraram que o monohidrato de hidrazina é o candidato mais plausível para explicar a característica de absorção em 184 nm. A hidrazina também era um propelente nos propulsores da Cassini, no entanto, neste caso, os propulsores não foram usados durante voos de satélite gelados e, portanto, o sinal foi assumido para não aumentar do combustível da nave espacial. Os cientistas então detalharam como o monohidrato de hidrazina pode ser produzido quimicamente em superfícies geladas.
A Lua de Saturno Rhea
O conhecimento da geologia e da topografia da superfície da segunda maior lua de Saturno, Rhea, avançou bastante por vários voos durante a missão Cassini-Huygens. A superfície de Rhea tem muitas crateras com características geomorfológicas para indicar atividade endogênica, como grandes crateras de impacto na direção norte-sul. A temperatura da superfície de Rhea pode mudar de cerca de 40 a 100 K, com alto albedo geométrico visível. O albedo, ou seja, a quantidade de luz refletida de um objeto celeste, era consistente com uma superfície composta de água gelada, normalmente suportada pela medição das características de absorção de infravermelho (IR). Em geral, Rhea orbita Saturno a uma distância aproximada de 8,75 raios de Saturno com uma velocidade de 8,5 Km / s, onde seu hemisfério de viagem é irradiado por plasma viajando a aproximadamente 57 Km / s. Os grãos do anel E de Saturno poderiam bombardear e revestir grande parte da superfície de Rhea, e tais bombardeios de diferentes fontes poderiam causar mudanças químicas na superfície irradiada para sintetizar uma rica superfície química. No entanto, a composição da superfície de Rhea atualmente permanece amplamente desconhecida. Neste trabalho, Elowitz et al. usaram quatro observações de Rhea com espectrógrafo de imagem ultravioleta / ultravioleta distante (UVIS / FUV) da Cassini. Para reduzir o ruído nos dados, os pesquisadores aplicaram um filtro de suavização. Eles notaram que o espectro é dominado por características de absorção de água-gelo, como observado em satélites gelados anteriores. Eles exploraram explicações para amplos espectros de absorção em toda a faixa de comprimento de onda de aproximadamente 179 a 189 nm no espectro UVIS de Rhea.
Examinando a química da superfície de Rhea
Os cientistas mediram os espectros de laboratório de várias espécies moleculares e suas misturas para derivar restrições ópticas. Rhea e Dione são geralmente conhecidos por compartilharem uma geomorfologia semelhante com base no Imaging Science Subsystem (ISS) de alta resolução da Cassini. Ambos os satélites gelados de tamanho médio consistiam em uma exosfera de oxigênio / dióxido de carbono com propriedades fotométricas e composicionais semelhantes. Tanto Rhea quanto Dione exibiram hemisférios líderes mais brilhantes com muito pouco escurecimento dos membros em ângulos de fase baixos. A equipe creditou os hemisférios mais brilhantes à deposição de água gelada pura do anel E de Saturno, onde Rhea e Dione mostraram propriedades fotométricas semelhantes ao lado de relações de cor laranja / violeta para implicar a similaridade de suas superfícies. Eles obtiveram os espectros do modelo resultante de monohidrato de hidrazina (N2H4.H2O) e triclorometano (CHCl3) abaixo de uma camada de água gelada usando medições de absorvância em laboratório e a teoria de Hapke. Depois de examinar os espectros modelados, Elowitz et al. mostraram a presença de monohidrato de hidrazina ou moléculas de clorometano para explicar a fraca e ampla absorção observada entre as regiões de 179 e 189 nm. Os resultados não mostraram variações significativas na força da banda em observações ou locais em Rhea.
As origens dos compostos de cloro em Rhea
Em seguida, a equipe explorou as possíveis fontes e sumidouros de cada espécie molecular, para entender os compostos químicos responsáveis pelos fracos espectros de absorção da região de interesse. Eles levantaram a hipótese da presença de uma fonte de tetracloreto de carbono (CCl4) em Rhea, seguido por uma nova camada de gelo de água distribuída em cima do anel E de Saturno. A técnica de espectroscopia de refletância UV era sensível apenas aos poucos micrômetros superiores, permitindo aos cientistas detectar uma camada de compostos de clorometano abaixo das deposições de gelo de água. No entanto, ainda era difícil explicar a presença de compostos de cloro por meio de vias químicas em Rhea, já que sua origem exigia a presença de uma camada oceânica interna ou liberação exogênica por micrometeoróides ou asteróides contendo cloro. Por exemplo, se os compostos existissem profundamente no interior de Rhea, eles poderiam diminuir o ponto de congelamento da água gelada para aumentar a probabilidade de uma camada aquosa. Os pesquisadores já haviam detectado sais à base de cloro, como cloreto de sódio, nas plumas de Enceladus como evidência de um oceano interno. No entanto, era improvável que compostos de cloro migrassem para a superfície de Reia através de rachaduras na casca de gelo devido à profundidade comparativamente maior de sua camada líquida. A possível fonte remanescente de cloro era via liberação exogênica por asteróides condríticos ao longo da história. O cloro condensado pode então ter sido redistribuído para outras regiões do satélite através da pulverização induzida por partículas carregadas da magnetosfera de Saturno, para explicar a ampla distribuição dos compostos de cloro amostrados.
Compreendendo a produção de monohidrato de hidrazina em Reia
Em comparação com o clorometano, a produção de monohidrato de hidrazina era mais fácil de explicar devido às reações químicas envolvendo água-gelo e amônia ou liberação da atmosfera rica em nitrogênio de Titã. Elowitz et al. considerou a possibilidade de contaminação dos dados de UVIS por um propelente de hidrazina da espaçonave Cassini, embora fosse altamente improvável, uma vez que os propulsores de hidrazina não foram usados durante voos de satélite de gelo. A equipe confirmou a assinatura específica de um recurso de 184 nm na superfície de Rhea usando as observações do espectrômetro de UV feitas pela espaçonave Cassini. Além disso, a irradiação de amônia por partículas carregadas da magnetosfera de Saturno induziu a dissociação das moléculas de amônia para formar diazeno e hidrazina. A fonte de amônia em Rhea poderia ser primordial, incorporada ao seu interior durante a formação e trazida à superfície dentro de um período de atividade endogênica, como é evidente nas imagens da Cassini ISS, embora a amônia provavelmente não sobrevivesse indefinidamente na superfície. A equipe sugere análises adicionais para entender o potencial de transferência de materiais de satélite para satélite na atmosfera de Titã para explicar a presença de monohidrato de hidrazina em Reia.
Em comparação com o clorometano, a produção de monohidrato de hidrazina era mais fácil de explicar devido às reações químicas envolvendo água-gelo e amônia ou liberação da atmosfera rica em nitrogênio de Titã. Elowitz et al. considerou a possibilidade de contaminação dos dados de UVIS por um propelente de hidrazina da espaçonave Cassini, embora fosse altamente improvável, uma vez que os propulsores de hidrazina não foram usados durante voos de satélite de gelo. A equipe confirmou a assinatura específica de um recurso de 184 nm na superfície de Rhea usando as observações do espectrômetro de UV feitas pela espaçonave Cassini. Além disso, a irradiação de amônia por partículas carregadas da magnetosfera de Saturno induziu a dissociação das moléculas de amônia para formar diazeno e hidrazina. A fonte de amônia em Rhea poderia ser primordial, incorporada ao seu interior durante a formação e trazida à superfície dentro de um período de atividade endogênica, como é evidente nas imagens da Cassini ISS, embora a amônia provavelmente não sobrevivesse indefinidamente na superfície. A equipe sugere análises adicionais para entender o potencial de transferência de materiais de satélite para satélite na atmosfera de Titã para explicar a presença de monohidrato de hidrazina em Reia.
Perspectiva
Desta forma, Mark Elowitz e seus colegas detalharam o primeiro levantamento geoquímico da superfície gelada de Rhea, a lua de Saturno, na região ultravioleta distante. Os resultados indicaram a possível presença de compostos de clorometano sob uma camada de água gelada, ou a presença de um complexo monohidratado de hidrazina. Eles assumiram que a hidrazina era o candidato predominante para as características espectrais de UV observadas em 184 nm, em comparação com compostos de clorometano. A equipe atribuiu a presença de amônia na camada superior gelada de Reia como a fonte do monohidrato de hidrazina. Os pesquisadores também pretendem explorar a possibilidade de síntese de hidrazina na atmosfera da maior lua de Saturno, Titã, e sua transferência de satélite para satélite para chegar a Reia através de períodos geológicos.
Publicado em 06/02/2021 21h03
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