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“Titán y Encélado, otra luna helada de Saturno, están conectadas químicamente por el flujo de material a través del sistema de Saturno”, dice Cooper.

En un artículo, Cooper y sus colegas proporcionan una explicación para las fuerzas que podrían generar los geíseres de Encélado que expulsan vapor de agua al espacio. En el otro, publicado en el mismo número, Sittler y sus colegas describen un proceso único en el cual el oxígeno circula en la atmósfera superior de Titán puede ser transportado hasta la superficie sin contaminación química, siendo encapsulado en jaulas de carbono conocidas como fullerenos.

El trabajo recurre a estudios anteriores de Sittler y otros que modelan la dinámica de cómo las partículas, incluyendo las moléculas de agua, viajan desde Encélado a Titán. En Encélado el proceso de flujo se inicia en lo que llaman el modelo “Old Faithful”, por el géiser Old Faithful del Parque Nacional de Yellowstone. En este modelo, la presión del gas se acumula lentamente dentro de Encélado, y luego se libera ocasionalmente en erupciones de géiser.

Al contrario que en los géiseres terrestres, o incluso en las fuerzas similares a los géiseres de Ío, la luna de Júpiter, el modelo propuesto por Cooper demuestra que la radiación de partículas cargadas que cae desde la magnetosfera de Saturno puede crear las fuerzas requeridas bajo la superficie para eyectar los chorros de gas.

Las partículas energéticas que llueven desde la magnetosfera de Saturno – en Encélado, mayormente electrones procedentes de los cinturones de radiación de Saturno – pueden romper las moléculas de la superficie. Este proceso es conocido como radiólisis. Como en el proceso llamado fotólisis, en el cual la luz del Sol rompe moléculas de la atmósfera, la radiación energética procedente de las partículas cargadas que impactan en una superficie helada, como la de Encélado, pueden provocar daños a las moléculas del hielo. Estas moléculas dañadas pueden quedar enterradas cada vez a mayor profundidad por las perpetuas fuerzas que regeneran la superficie helada. Los meteoritos que impactan constantemente en la superficie y extienden materiales también podrían estar enterrando moléculas.

Cuando los granos de hielo químicamente alterados entran en contacto bajo la superficie con contaminantes helados tales como amoniaco, metano y otros hidrocarburos, pueden producir gases volátiles que estallan hacia el exterior. Tales gases pueden crear las columnas del tamaño vistas por Cassini. Cooper y sus colegas llaman a tal mecanismo volátil del hielo “criovulcanismo”.

Lo que es único en el modelo “Old Faithful” es que “es un modelo de criovulcanismo que está basado no sólo en el agua líquida, sino que también requiere la producción de gases procedentes de la química radiolítica observada en Encélado”, dice Sittler.

Las columnas que emanan de la región polar sur de Encélado constan de agua, amoniaco y otros componentes. Los científicos han sabido desde la década de 1980 que la magnetosfera de Saturno estaba inexplicablemente repleta de partículas neutras. En las décadas siguientes, particularmente desde el descubrimiento de las columnas que salen disparadas del polo sur de Encélado, el trabajo ha demostrado cómo parte de las moléculas de agua que escapan de Encélado se dividen en partículas neutras y cargadas que son transportadas a través de la magnetosfera de Saturno.

El nuevo modelo de Sittler indica que estas moléculas rotas de agua entran en la atmósfera de Titán, y allí pueden ser capturadas por fullerenos ? caparazones huecos en forma de balón de fútbol hechos de átomos de carbono. Aunque las moléculas pesadas que ha detectado Cassini en la atmósfera superior de Titán pueden ser otras moléculas, Sittler sugiere que probablemente son fullerenos.

En el modelo de Sittler, los fullerenos se condensan entonces en conjuntos más grandes que pueden unirse a hidrocarburos aromáticos policíclicos ? compuestos químicos que también se encuentran en el petróleo terrestre, carbón y depósitos de alquitrán, y como subproductos de la quema de combustibles fósiles. Los cúmulos de fullerenos forman un aerosol incluso mayor que viaja a la superficie de Titán.

Este proceso protege el oxígeno atrapado en la atmósfera de Titán, el cual está saturado con átomos de hidrógeno y compuestos que son capaces de romper otras moléculas. De otra forma, el oxígeno se combinaría con el metano de la atmósfera de Titán y formaría monóxido de carbono o dióxido de carbono. Hasta ahora, los científicos no han sido capaces de explicar cómo encaja el oxígeno en la descripción de la dinámica y la química de Saturno y sus lunas.

Cuando los aerosoles ricos en oxígeno caen a la superficie de Titán, son bombardeados por productos de las interacciones de los rayos cósmicos galácticos con la atmósfera de Titán. Los rayos cósmicos bombardean los fullerenos llenos de oxígeno para producir materiales orgánicos más complejos, tales como aminoácidos, en los fullerenos cargados con oxígeno y ricos en carbono. Los aminoácidos se consideran importantes para la química pre-biológica.

Los científicos han sido capaces de acoplar los nuevos modelos que describen la generación de columnas de Encélado y captura de iones de oxígeno en fullerenos cerca de la cima de la atmósfera de Titán con las teorías existentes sobre el transporte de oxígeno a través de la magnetosfera. Uniendo esto, Sittler y Cooper sugieren una ruta química que permite al oxígeno introducirse en la química de superficie de Titán.

“El trabajo de Cooper y Sittler nos ayuda a comprender más sobre las potenciales interacciones químicas entre las lunas de Saturno”, dice Linda Spilker, científico del proyecto Cassini en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California.

“El sistema de Saturno es un lugar muy dinámico, con las columnas de Encélado creando el anillo E y cargando la magnetosfera con agua que interactúa con Titán y el resto de lunas”, comenta Spilker.