A lua de Saturno, Encélado, é uma casca congelada envolvendo um oceano global e, perto de seu polo sul, fraturas na crosta estão jorrando vapor d'água e partículas de gelo no espaço como um gêiser que nunca recebeu o memorando sobre encanamento interno. Essas partículas dão aos cientistas uma maneira de estudar um oceano alienígena sem perfurar quilômetros de gelo, o que é conveniente porque ninguém tem uma broca tão longa.

Uma equipe internacional incluindo pesquisadores do Earth-Life Science Institute (ELSI) do Institute of Science Tokyo investigou agora o que acontece com essa água do oceano enquanto ela viaja de baixo da superfície e eventualmente se torna os minúsculos grãos de gelo detectados no espaço.

Entre 2004 e 2017, o Cosmic Dust Analyzer da sonda Cassini, da NASA, mediu a composição de partículas de gelo individuais no anel E de Saturno, que é continuamente abastecido com material ejetado de Encélado. Uma equipe liderada pelo Prof. Frank Postberg, da Freie Universität Berlin, examinou 961 espectros de massa de grãos ricos em sal conhecidos como partículas Tipo 3. Se os grãos fossem simplesmente pequenas amostras da mesma água do oceano, os cientistas poderiam esperar que contivessem misturas amplamente semelhantes de sais. Em vez disso, alguns eram especialmente ricos em cloreto de sódio, enquanto outros continham maiores quantidades de carbonatos, fosfatos ou cloreto de potássio. Um padrão particularmente impressionante: cloreto e carbonato raramente apareciam juntos na mesma partícula rica em sódio.

Isso levantou um enigma básico. Se todos esses grãos vieram do mesmo oceano, por que suas composições químicas diferiram tanto? É o equivalente em ciência planetária de pedir a mesma sopa no mesmo restaurante e receber temperos completamente diferentes toda vez.

Para explorar essa questão, o Professor Yasuhito Sekine e colegas do ELSI criaram gotículas de laboratório contendo os principais sais que se acredita estarem presentes no oceano de Encélado. Os pesquisadores congelaram gotículas de diferentes tamanhos sob diferentes condições de resfriamento, e então estudaram como os elementos químicos estavam distribuídos depois que as gotículas se solidificaram. Os resultados mostraram que a velocidade do congelamento desempenha um papel importante.

Em gotículas com cerca de 200 micrômetros de diâmetro, os sais se separaram em diferentes regiões quando o congelamento ocorreu relativamente devagar, a aproximadamente 10 K por minuto ou menos. Quando as gotículas congelaram mais rapidamente, seus ingredientes químicos permaneceram muito mais uniformemente misturados.

"O que nos surpreendeu foi que a diversidade vista pela Cassini poderia emergir de gotículas originadas essencialmente da mesma água do oceano", disse Sekine. "Nossos experimentos mostram que quando gotículas oceânicas relativamente grandes congelam lentamente, diferentes sais podem se separar dentro delas. Se essas gotículas congeladas forem posteriormente fragmentadas, elas podem produzir grãos de gelo muito menores, cada um com composições químicas muito diferentes."

As descobertas também podem revelar algo sobre o que acontece dentro da crosta gelada da lua. Estudos anteriores geralmente assumiam que o spray de água do mar de Encélado congela rapidamente e se move rapidamente em direção ao espaço logo após deixar o oceano. Os novos experimentos apontam para um cenário diferente: as gotículas podem inicialmente se mover muito mais lentamente através do sistema de ventilação subterrâneo, seguindo caminhos complicados através de fraturas no gelo antes de se aproximarem da superfície.

Os pesquisadores sugerem que o spray oceânico primeiro forma gotículas variando de dezenas a centenas de micrômetros de tamanho. À medida que essas gotículas se movem lentamente através de seções mais profundas das ventilações, elas gradualmente congelam, dando aos sais tempo suficiente para se separarem em diferentes regiões. Mais perto da superfície, as condições mudam. O gás começa a se mover mais rápido, e as gotículas congeladas podem colidir com as paredes de canais gelados mais estreitos em alta velocidade. Essas colisões podem quebrar as gotículas em pedaços muito menores. Cada fragmento pode vir de uma região diferente rica em sal dentro da gotícula congelada original, criando grãos com composições químicas muito diferentes. Esses fragmentos podem então escapar para o espaço e se tornar parte do anel E de Saturno.

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