Cientistas da Universidade de Tecnologia Chalmers da Suécia e da NASA fizeram uma descoberta surpreendente que desafia um dos princípios fundamentais da química, ao mesmo tempo que fornece novos insights sobre a misteriosa lua de Saturno, Titã. No ambiente extremamente frio de Titã, materiais que normalmente não se misturam conseguem se combinar. A descoberta expande a nossa compreensão de como a química pode ter funcionado antes do surgimento da vida na Terra.
A maior lua de Saturno há muito que fascina os investigadores porque a sua evolução pode revelar os primeiros processos químicos que outrora moldaram o nosso planeta. Acredita-se que a superfície fria e a atmosfera densa de Titã, rica em nitrogênio e metano, sejam semelhantes às condições que existiam na jovem Terra há bilhões de anos. Ao explorar Titã, os cientistas esperam descobrir novas pistas sobre as origens da própria vida.
Martin Rahm, professor associado do Departamento de Química e Engenharia Química da Chalmers University of Technology, passou vários anos estudando a composição química de Titã. Ele e os seus colegas acreditam agora que a sua mais recente descoberta – que certas substâncias polares e não polares* podem combinar-se no frio extremo – poderá orientar pesquisas futuras sobre a superfície e a atmosfera lunares.
“Estas são descobertas muito emocionantes que podem ajudar-nos a compreender algo numa escala muito grande, como uma lua tão grande como Mercúrio”, disse ele.
Novos insights sobre os blocos de construção da vida em ambientes extremos
O estudo foi publicado em Anais da Academia Nacional de Ciênciasrevelou que o metano, o etano e o cianeto de hidrogénio – compostos abundantes na superfície de Titã e na sua atmosfera – podem interagir de formas antes consideradas impossíveis. O facto de o cianeto de hidrogénio ser uma molécula altamente polar que pode formar cristais com substâncias não polares, como o metano e o etano, é digno de nota porque estes tipos de moléculas normalmente permanecem separados, tal como o petróleo e a água.
“A descoberta de interações inesperadas entre essas substâncias pode ter implicações na forma como entendemos a geologia de Titã e sua estranha paisagem de lagos, oceanos e dunas. Além disso, o cianeto de hidrogênio pode ter desempenhado um papel importante na criação abiótica de vários dos blocos de construção da vida, como os aminoácidos usados para construir proteínas e as nucleobases necessárias para o código genético. Nosso trabalho, portanto, também contribui para a compreensão da química que precedeu a vida e como ela funcionou em ambientes extremos e inóspitos”, disse Martin Lamm, que liderou o estudo.
Uma pergunta sem resposta levou à colaboração da NASA
A investigação de Chalmers começou com uma questão simples mas não resolvida sobre Titã: o que acontece ao cianeto de hidrogénio depois de se formar na atmosfera lunar? Ele se acumula densamente na superfície ou reage de alguma forma com o ambiente ao seu redor? Para investigar, cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, na Califórnia, conduziram experimentos misturando cianeto de hidrogênio com metano e etano a temperaturas extremamente baixas de cerca de 90 Kelvin (cerca de -180 graus Celsius). Nessas temperaturas, o cianeto de hidrogênio se transforma em cristais, enquanto o metano e o etano permanecem líquidos.
Quando a equipe analisou a mistura usando espectroscopia a laser, que examina materiais e moléculas em nível atômico, descobriu que, embora as moléculas permanecessem intactas, algo incomum estava acontecendo. Para descobrir, contactaram a equipa de Ram na Chalmers University of Technology, conhecida pela sua profunda experiência na química do cianeto de hidrogénio.
“Isto levou a uma emocionante colaboração teórica e experimental entre Chalmers e a NASA. A questão que nos fizemos foi um pouco maluca: estas medições podem ser explicadas pela estrutura cristalina do metano ou do etano misturado com cianeto de hidrogénio? Isto contradiz a regra química de que ‘semelhante dissolve semelhante’, o que basicamente significa que é impossível combinar estas substâncias polares e não polares,” diz Martin Lamm.
Ultrapassando os limites da química
Pesquisadores da Chalmers University of Technology usaram simulações computacionais em grande escala para testar milhares de maneiras diferentes de organizar moléculas de estado sólido em busca de respostas. Em sua análise, eles descobriram que os hidrocarbonetos haviam penetrado na estrutura cristalina do cianeto de hidrogênio e formado novas estruturas estáveis chamadas eutéticas.
“Isto pode ocorrer a temperaturas muito baixas, como as de Titã. Os nossos cálculos não só prevêem que a mistura inesperada é estável nas condições de Titã, mas o espectro também concorda bem com as medições da NASA,” disse ele.
A descoberta desafia uma das regras mais conhecidas da química, mas Martin Lamm ainda não acha que seja hora de reescrever os livros de química.
“Acho que este é um bom exemplo de como os limites da química estão mudando e as regras geralmente aceitas nem sempre se aplicam”, disse ele.
Em 2034, a sonda espacial Dragonfly da NASA deverá chegar a Titã com o objetivo de investigar as condições da sua superfície. Até então, Martin Lamm e os seus colegas planeiam continuar a explorar a química do cianeto de hidrogénio, em parte em colaboração com a NASA.
“O cianeto de hidrogénio é encontrado em muitos locais do Universo, como em grandes nuvens de poeira, em atmosferas planetárias e em cometas. Os nossos resultados podem ajudar-nos a compreender o que acontece noutros ambientes frios do espaço. Poderemos descobrir se outras moléculas não polares também podem entrar nos cristais de cianeto de hidrogénio e, em caso afirmativo, o que isso pode significar para as reações químicas antes do aparecimento da vida,” disse ele.
Mais informações sobre o estudo
O artigo científico, “Misturas de cianeto de hidrogênio e hidrocarbonetos em Titã”, foi publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences. Seus autores são Fernando Isquierdo Ruiz, Morgan L. Cable, Robert Hoddis, Tuan H. Vu, Hilda Sandstrom, Alvaro Lobato Fernandez e Martin Lamm. Os pesquisadores vêm da Universidade de Tecnologia Chalmers, na Suécia, do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, e da Universidade Complutense de Madrid, na Espanha.
A pesquisa na Chalmers University of Technology foi financiada pelo Conselho Sueco de Pesquisa.
Mais informações sobre Titãs e Libélulas A maior lua de Saturno, Titã, é um dos mundos mais incomuns do sistema solar e pode compartilhar características com a evolução inicial da Terra. Titã está rodeada por uma espessa atmosfera composta principalmente por azoto e metano, que pode ser semelhante à atmosfera da Terra há milhares de milhões de anos, antes do surgimento da vida. A luz solar e outras radiações do espaço fazem com que essas moléculas reajam umas com as outras, razão pela qual a Lua está envolta em uma névoa de compostos orgânicos laranja quimicamente complexos (isto é, ricos em carbono). Uma das principais substâncias produzidas desta forma é o cianeto de hidrogênio.
A superfície extremamente fria de Titã abriga lagos e rios de metano e etano líquidos. Este é o único lugar conhecido no sistema solar, além da Terra, onde os líquidos formam lagos na superfície. Titã tem clima e estações. Há vento, nuvens e chuva, embora na forma de metano e não de água. As medições também sugerem que poderá haver grandes quantidades de água líquida alguns quilómetros abaixo da superfície fria e que poderá, em princípio, existir vida.
Em 2028, a NASA planeja lançar a sonda espacial Dragonfly, que deverá chegar a Titã em 2034. O objetivo é estudar produtos químicos prebióticos e procurar sinais de vida.
notas
* Em relação às substâncias polares e apolares: As substâncias polares são compostas por moléculas com distribuição de carga assimétrica (lados positivos e negativos), enquanto os materiais apolares apresentam distribuição de carga simétrica. Moléculas polares e apolares raramente se misturam porque as moléculas polares atraem-se preferencialmente através de interações eletrostáticas.
