12.3: Titã e Tritão

Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

• Explique como a espessa atmosfera de Titã torna possíveis corpos de líquido em sua superfície
• Descreva o que aprendemos ao pousar em Titã com a sonda Huygens
• Discuta as características que observamos na superfície de Triton quando a Voyager 2 sobrevoou

Agora, voltamos nossa atenção para pequenos mundos nas partes mais distantes do sistema solar. A grande lua de Saturno, Titã, acaba sendo uma prima estranha da Terra, com muitas semelhanças, apesar das temperaturas frias. As observações da Cassini sobre Titã forneceram algumas das descobertas recentes mais empolgantes da ciência planetária. A lua de Netuno, Tritão, também tem características incomuns e se assemelha a Plutão, que discutiremos na seção a seguir.

Titã, uma lua com atmosfera e lagos de hidrocarbonetos

Titã, vista pela primeira vez em 1655 pelo astrônomo holandês Christiaan Huygens, foi a primeira lua descoberta depois que Galileu viu as quatro grandes luas de Júpiter. Titã tem aproximadamente o mesmo diâmetro, massa e densidade que Calisto ou Ganímedes. Presumivelmente, ele também tem uma composição similar - cerca de meio gelo e metade rocha. No entanto, Titã é única entre as luas, com uma atmosfera densa, lagos e rios e chuvas caindo (embora não sejam compostas de água, mas de hidrocarbonetos como etano e metano, que podem permanecer líquidos nas temperaturas frias de Titã).

O sobrevoo de Titã da Voyager de 1980 determinou que a densidade da superfície de sua atmosfera é quatro vezes maior do que a da Terra. A pressão atmosférica nesta lua é de 1,6 bar, maior do que em qualquer outra lua e, notavelmente, ainda maior do que a dos planetas terrestres Marte e Terra. A composição atmosférica é principalmente nitrogênio, uma forma importante pela qual a atmosfera de Titã se assemelha à da Terra.

Também foram detectados na atmosfera de Titã monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (compostos de hidrogênio e carbono), como metano (CH ₄), etano (C ₂ H ₆) e propano (C ₃ H ₈), e compostos de nitrogênio, como cianeto de hidrogênio (HCN), cianogênio (C ₂ N ₂) e cianoacetileno (HC ₃ N). Sua presença indica uma química ativa na qual a luz solar interage com o nitrogênio atmosférico e o metano para criar uma rica mistura de moléculas orgânicas. Há também várias camadas de névoa de hidrocarbonetos e nuvens na atmosfera, conforme ilustrado na Figura\(\PageIndex{1}\).

\(\PageIndex{1}\)Estrutura da figura da atmosfera de Titã. Algumas características da atmosfera de Titã se assemelham às da atmosfera da Terra, embora seja muito mais fria do que o nosso planeta. A linha vermelha indica a temperatura da atmosfera de Titã em diferentes altitudes.

Essas descobertas da Voyager motivaram um programa de exploração muito mais ambicioso usando o orbitador Cassini Saturn da NASA e uma sonda para pousar em Titã chamada Huygens, construída pela Agência Espacial Europeia. O orbitador, que incluía várias câmeras, espectrômetros e um sistema de imagem de radar, fez dezenas de sobrevoos próximos de Titã entre 2004 e 2015, cada uma produzindo imagens de radar e infravermelho de partes da superfície (veja a Seção 11.1, Explorando os planetas externos). A sonda Huygens desceu com sucesso de paraquedas pela atmosfera, fotografando a superfície abaixo das nuvens e pousando em 14 de janeiro de 2005. Essa foi a primeira (e até agora a única) espaçonave pousando em uma lua no sistema solar externo.

Ao final de sua descida de paraquedas, a sonda Huygens, de 319 quilos, pousou com segurança, deslizou por uma curta distância e começou a enviar dados de volta à Terra, incluindo fotos e análises da atmosfera. Parecia ter pousado em uma planície plana coberta de pedras, mas tanto a superfície quanto as pedras eram compostas de gelo de água, que é tão duro quanto uma rocha à temperatura de Titã (veja a Figura\(\PageIndex{2}\)).

As fotos tiradas durante a descida mostraram uma variedade de características, incluindo canais de drenagem, sugerindo que Huygens havia pousado na margem de um antigo lago de hidrocarbonetos. O céu era laranja intenso e o brilho do Sol era mil vezes menor do que a luz do sol na Terra (mas ainda mais de cem vezes mais brilhante do que sob a lua cheia na Terra). A temperatura da superfície de Titã foi de 94 K (−179 °C). A espaçonave mais quente aqueceu o suficiente do gelo onde pousou para que seus instrumentos medissem o gás hidrocarboneto liberado. As medições na superfície continuaram por mais de uma hora antes que a sonda sucumbisse à temperatura gelada.

Figuras\(\PageIndex{2}\) vistas da superfície de Titã. A imagem à esquerda mostra as vistas de Titã a partir da câmera de descida, em uma projeção plana, em diferentes altitudes. A imagem à direita, tirada após o pouso, mostra uma superfície coberta de pedras iluminada por uma luz solar avermelhada fraca. Os pedregulhos são compostos de água gelada.

Imagens de radar e infravermelho de Titã do orbitador Cassini gradualmente construíram uma imagem de uma superfície notavelmente ativa nesta lua, complexa e geologicamente jovem (Figura). Existem grandes lagos de metano perto das regiões polares que interagem com o metano na atmosfera, assim como os oceanos de água da Terra interagem com o vapor de água em nossa atmosfera. A presença de muitas características erosivas indica que o metano atmosférico pode se condensar e cair como chuva e, em seguida, fluir pelos vales até os grandes lagos. Assim, Titã tem um equivalente de baixa temperatura do ciclo da água na Terra, com líquido na superfície que evapora, forma nuvens e depois se condensa para cair como chuva, mas em Titã o líquido é uma combinação de metano, etano e um traço de outros hidrocarbonetos. É uma paisagem estranhamente familiar, mas totalmente estranha.

Figura\(\PageIndex{3}\) Titan's Lakes. (a) Esta imagem da Cassini de um sobrevoo de setembro de 2006 mostra os lagos líquidos em Titã. Sua composição é provavelmente uma combinação de metano e etano. (Como essa é uma imagem de radar, as cores são adicionadas artificialmente. As áreas em azul escuro são as superfícies lisas dos lagos líquidos, e o amarelo é o terreno sólido mais acidentado ao redor delas.) (b) Este mosaico da superfície de Titã da missão Cassini-Huygens mostra em detalhes uma alta área de cordilheira e muitos canais de erosão estreitos e sinuosos que parecem fazer parte de uma ampla rede de “rios” esculpidos por hidrocarbonetos fluindo.

Essas descobertas levantam a questão de saber se poderia haver vida em Titã. Os hidrocarbonetos são fundamentais para a formação das grandes moléculas de carbono que são essenciais para a vida em nosso planeta. No entanto, a temperatura em Titã é muito baixa para água líquida ou para muitos dos processos químicos que são essenciais para a vida como a conhecemos. Resta, no entanto, uma possibilidade intrigante de que Titã possa ter desenvolvido uma forma diferente de vida baseada em carbono em baixa temperatura que poderia operar com hidrocarbonetos líquidos desempenhando o papel da água. A descoberta dessa “vida como não a conhecemos” pode ser ainda mais emocionante do que encontrar vida como a nossa em Marte. Se essa vida verdadeiramente alienígena estivesse presente em Titã, sua existência expandiria muito nossa compreensão da natureza da vida e dos ambientes habitáveis.

Os cientistas da missão Cassini e os especialistas em apresentação visual do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA reuniram alguns bons filmes a partir das imagens tiradas pela Cassini e Huygens. Veja, por exemplo, a abordagem de Titã e o viaduto do distrito dos Lagos do Norte.

Tritão e seus vulcões

A maior lua de Netuno, Tritão (não confunda o nome com Titã) tem um diâmetro de 2720 quilômetros e uma densidade de 2,1 g/cm ³, indicando que ela provavelmente é composta por cerca de 75% de rocha misturada com 25% de gelo de água. As medições indicam que a superfície de Triton tem a temperatura mais baixa de qualquer um dos mundos que nossos representantes de robôs já visitaram. Como sua refletividade é muito alta (cerca de 80%), o Tritão reflete a maior parte da energia solar que incide sobre ele, resultando em uma temperatura superficial entre 35 e 40 K.

O material da superfície do Triton é feito de água congelada, nitrogênio, metano e monóxido de carbono. O metano e o nitrogênio existem como gás na maior parte do sistema solar, mas são congelados às temperaturas de Tritão. Apenas uma pequena quantidade de vapor de nitrogênio persiste para formar uma atmosfera. Embora a pressão superficial dessa atmosfera seja de apenas 16 milionésimos de uma barra, isso é suficiente para suportar camadas finas de neblina ou nuvem.

A superfície de Tritão, como a de muitas outras luas no sistema solar externo, revela uma longa história de evolução geológica (Figura\(\PageIndex{4}\)). Embora algumas crateras de impacto tenham sido encontradas, muitas regiões foram inundadas recentemente pela versão local da “lava” (talvez misturas de água ou água-amônia). Também existem regiões misteriosas de terrenos confusos ou montanhosos.

Figura Tritão da Lua de\(\PageIndex{4}\) Netuno. Este mosaico de imagens de Triton da Voyager 2 mostra uma ampla variedade de características de superfície. A área rosada na parte inferior é a grande calota polar sul de Tritão. O pólo sul de Tritão está voltado para o Sol aqui, e o leve efeito de aquecimento está direcionando parte do material para o norte, onde está mais frio.

O sobrevoo da Voyager em Tritão ocorreu em um momento em que o pólo sul da lua estava inclinado em direção ao Sol, permitindo que essa parte da superfície desfrutasse de um período de relativo calor. (Lembre-se de que o “calor” em Tritão ainda é escandalosamente mais frio do que qualquer coisa que experimentamos na Terra.) Uma calota polar cobre grande parte do hemisfério sul de Tritão, aparentemente evaporando ao longo da borda norte. Essa calota polar pode consistir em nitrogênio congelado que foi depositado durante o inverno anterior.

Surpreendentemente, as imagens da Voyager mostraram que a evaporação da calota polar de Tritão gera gêiseres ou plumas vulcânicas de gás nitrogênio (veja a Figura\(\PageIndex{5}\)). (As fontes desse gás subiram com cerca de 10 quilômetros de altura, visíveis na fina atmosfera porque a poeira da superfície subia com elas e as coloria de escuro.) Essas plumas diferem das plumas vulcânicas de Io em sua composição e também porque derivam sua energia da luz solar aquecendo a superfície e não do calor interno.

Figura Gêiseres de\(\PageIndex{5}\) Triton. Esta visão de perto mostra alguns dos gêiseres da lua de Netuno, Tritão, com os longos trens de poeira apontando para o canto inferior direito nesta imagem.

Conceitos principais e resumo

A lua de Saturno, Titã, tem uma atmosfera mais espessa do que a da Terra. Existem lagos e rios de hidrocarbonetos líquidos e evidências de um ciclo de evaporação, condensação e retorno à superfície semelhante ao ciclo da água na Terra (mas com metano e etano líquidos). O módulo de pouso Cassini-Huygens pousou em Titã e mostrou uma cena com pedregulhos, feitos de gelo de água, congelados com mais força que rocha. A lua fria de Netuno, Tritão, tem uma atmosfera muito fina e gêiseres de gás nitrogênio.