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L’atmosfera di Titano ricreata in laboratorio

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di Luciana Ziino 

Grazie a una nuova ricerca condotta dal centro IBM di Zurigo, un gruppo di ricercatori è riuscito a ricreare le condizioni atmosferiche di Titano in un laboratorio.

Titano è la più grande tra le lune di Saturno e ospita uno degli ambienti più complessi e interessanti del Sistema Solare: presenta una superficie rocciosa coperta da catene montuose e modellata da laghi e fiumi di metano liquido, e possiede una spessa atmosfera composta in gran parte d’azoto, ma con una grande varietà di molecole complesse. Qui il ciclo idrologico della Terra è sostituito da quello del metano, che passa dall’atmosfera alla superficie cadendo come pioggia, per poi ritornare allo stato gassoso.

Tutto questo lo sappiamo grazie ai dati raccolti dalla missione Cassini-Huygens, con la sonda Cassini che dal 2004 al 2017 ha orbitato attorno a Saturno, studiando sia il grande pianeta che la struttura degli anelli insieme allo stesso Titano, e il lander Huygens che è atterrato su Titano nel 2005, trasmettendo dati preziosissimi per circa 3 ore e 40 minuti.

Quattro immagini di Titano scattate dalla sonda Huygens mentre scendeva verso la superficie. Crediti: ESA/NASA/JPL/University of Arizona.

Sebbene Titano sia un mondo diverso dalla Terra, freddo e ostile (con una temperatura che si aggira intorno a -180 gradi e un’atmosfera non certo ricca di ossigeno), ha una complessità che ricorda molto quella del nostro pianeta. Anzi, tra tutti i corpi del Sistema Solare è forse quello più somigliante alla Terra.

Secondo i ricercatori, l’attuale atmosfera di Titano potrebbe essere simile alla nebbia di sostanze organiche gassose che circondava la Terra primordiale: in particolare, la somiglianza coinciderebbe con l’era mesoarchea della Terra (tra 3.2 e 2.8 miliardi di anni fa) in cui i cianobatteri fotosintetici crearono i primi sistemi di barriera corallina e convertirono lentamente l’anidride carbonica atmosferica in ossigeno gassoso (portando infine al suo attuale equilibrio di azoto e ossigeno). Dunque, lo studio di Titano e, in particolare, della sua atmosfera potrebbe aiutare a far luce sulle fasi iniziali della vita sulla Terra.

Titano presenta una caratteristica foschia di colore arancione, dovuta a grandi molecole organiche che si formano nella sua atmosfera grazie a una cascata di reazioni chimiche innescate dalla radiazione ultravioletta del Sole. Si chiamano toline e si formano a partire da molecole organiche semplici (come metano o etano), spesso combinate con sostanze inorganiche (come l’azoto molecolare). Le toline sono comuni nel sistema solare esterno e si trovano tipicamente in corpi che hanno ghiaccio di metano in superficie, come Titano.

Titano ripreso da Voyager 2 il 22 agosto 1981. La distanza della sonda dal satellite era di circa 4500000 km. Crediti: NASA/JPL.

Per studiare l’atmosfera di Titano, gli astrochimici generalmente conducono esperimenti proprio su di esse ed è quello che ha fatto il team protagonista di questa ultima ricerca. Per imitare l’atmosfera di Titano, i ricercatori hanno innescato, attraverso una scarica elettrica, delle reazioni chimiche in una miscela di metano e azoto: il risultato è stato la formazione di più di cento molecole, le toline responsabili della foschia di Titano. Analizzando con un microscopio a forza atomica molecole di diverse dimensioni, il team ha potuto osservare le varie fasi della formazione delle toline, dimostrando l’efficacia dell’utilizzo della microscopia su scala atomica nell’indagare le strutture di molecole così complesse. Questo tipo di analisi può essere ripetuta per studiare campioni di materiali astrobiologici, inclusi i meteoriti e i campioni provenienti da corpi planetari.

Mappe globali di Titano basate sui dati acquisiti nell’infrarosso dallo strumento VIMS della sonda Cassini tra il 2004 e il 2017. Crediti: NASA/JPL-Caltech/Stéphane Le Mouélic, University of Nantes, Virginia Pasek, University of Arizona.

I risultati della ricerca potrebbero migliorare la comprensione del ciclo del metano, rivelando il ruolo giocato dalla foschia atmosferica di Titano in questo processo. Ma soprattutto potrebbero aiutare a capire se simili particelle abbiano protetto dalle radiazioni dannose le molecole di DNA sulla superficie della Terra primordiale. Se questa teoria fosse corretta, le scoperte del team non solo aiuterebbero gli scienziati a comprendere le condizioni in cui è emersa la vita qui sulla Terra, ma potrebbero anche indicare la possibile esistenza della vita su Titano.

L’atterraggio e il primo volo di Dragonfly su Titano in una illustrazione della Nasa. Crediti: NASA.

Entro la fine del decennio la NASA invierà su Titano un drone molto particolare, chiamato Dragonfly, una sorta di rover volante che permetterà di studiare la superficie e l’atmosfera del satellite, osservando in modo ravvicinato luoghi distanti anche centinaia di chilometri l’uno dall’altro. Non sappiamo se la “libellula” della NASA troverà tracce di vita su Titano, ma gli esperimenti che nel frattempo si stanno compiendo in laboratorio faciliteranno il lavoro di Dragonfly, rendendo la sua missione più efficace.