Z University of Arizona
Pierwsze dowody eksperymentalne pokazujące, w jaki sposób azot atmosferyczny może zostać włączony do makrocząsteczek organicznych, są raportowane przez zespół z University of Arizona. Odkrycie wskazuje, jakie molekuły organiczne można znaleźć na Tytanie, księżycu Saturna, który zdaniem naukowców jest modelem chemii sprzed Ziemi.
Hiroshi Imanaka, który przeprowadził badania jako członek departamentu chemii i biochemii UA, Ziemia i Tytan są jedynymi znanymi ciałami o rozmiarach planetarnych, które mają gęste, głównie azotowe atmosfery.
Imanaka powiedziała, że to, jak złożone cząsteczki organiczne ulegają azotowaniu w warunkach takich jak wczesna Ziemia czy atmosfera Tytana, jest wielką tajemnicą.
„Tytan jest tak interesujący, ponieważ jego atmosfera zdominowana przez azot i chemia organiczna mogą dać nam wskazówkę dotyczącą pochodzenia życia na Ziemi”, powiedział Imanaka, obecnie asystent naukowca w Laboratorium Księżycowym i Planetarnym w UA. „Azot jest niezbędnym elementem życia”.
Jednak nie wystarczy żaden azot. Azot gazowy musi zostać przekształcony w bardziej aktywną chemicznie formę azotu, która może sterować reakcjami stanowiącymi podstawę układów biologicznych.
Imanaka i Mark Smith przekształcili mieszaninę gazowo-azotową podobną do atmosfery Tytana w kolekcję organicznych cząsteczek zawierających azot poprzez naświetlanie gazu wysokoenergetycznymi promieniami UV. Zestaw laboratoryjny został zaprojektowany tak, aby naśladować wpływ promieniowania słonecznego na atmosferę Tytana.
Zdaniem Smitha, profesora UA i szefa chemii i biochemii, większość azotu przenosi się bezpośrednio do związków stałych, a nie gazowych. Poprzednie modele przewidywały, że azot będzie przechodził ze związków gazowych do stałych w dłuższym procesie etapowym.
Tytan wygląda na pomarańczowy, ponieważ smog cząsteczek organicznych ogarnia planetę. Imanaka, który jest również głównym badaczem w SETI Institute w Mountain View w Kalifornii, powiedział, że cząstki w smogu ostatecznie opadną na powierzchnię i mogą być narażone na warunki, które mogłyby stworzyć życie.
Jednak naukowcy nie wiedzą, czy cząstki smogu Tytana zawierają azot. Jeśli niektóre cząstki są tymi samymi cząsteczkami organicznymi zawierającymi azot, które zespół UA stworzył w laboratorium, warunki sprzyjające życiu są bardziej prawdopodobne, powiedział Smith.
Obserwacje laboratoryjne takie jak te wskazują, czego powinny szukać kolejne misje kosmiczne i jakie instrumenty należy opracować, aby pomóc w poszukiwaniach, powiedział Smith.
Artykuł Imanaki i Smitha „Formowanie azotowanych aerozoli organicznych w górnej atmosferze Tytana” ma zostać opublikowany we wczesnym internetowym wydaniu Proceedings of National Academy of Sciences w tygodniu z 28 czerwca. NASA zapewniła fundusze na badania.
Naukowcy z UA chcieli symulować warunki w cienkiej górnej atmosferze Tytana, ponieważ wyniki misji Cassini wykazały, że promieniowanie „ekstremalne UV” uderzające w atmosferę tworzy złożone cząsteczki organiczne.
Dlatego Imanaka i Smith wykorzystali zaawansowane źródło światła w synchrotonie Lawrence Berkeley National Laboratory w Berkeley, Kalifornia, aby wystrzelić wysokoenergetyczne światło UV do cylindra ze stali nierdzewnej zawierającego gazowy azot i metan utrzymywane pod bardzo niskim ciśnieniem.
Naukowcy wykorzystali spektrometr masowy do analizy substancji chemicznych powstałych w wyniku promieniowania.
Choć to proste, ustawienie eksperymentalnego sprzętu jest skomplikowane. Samo światło UV musi przechodzić przez szereg komór próżniowych w drodze do komory gazowej.
Wielu badaczy chce korzystać z zaawansowanego źródła światła, więc rywalizacja o czas na instrumencie jest zacięta. Imanaka i Smith otrzymywali jeden lub dwa przedziały czasowe rocznie, z których każdy trwał osiem godzin dziennie tylko przez pięć do 10 dni.
Za każdym razem Imanaka i Smith musieli spakować cały eksperymentalny sprzęt do furgonetki, pojechać do Berkeley, ustawić delikatny sprzęt i rozpocząć intensywną serię eksperymentów. Czasami pracowali więcej niż 48 godzin bez przerwy, aby maksymalnie wykorzystać swój czas w Zaawansowanym Źródle Światła. Wykonanie wszystkich niezbędnych eksperymentów zajęło lata.
Imanaka powiedział: „To denerwujące nerwy”: „Jeśli przegapimy tylko jedną śrubę, zakłóca to nasz czas wiązki”.
Na początku analizował tylko gazy z butli. Ale nie wykrył żadnych związków organicznych zawierających azot.
Imanaka i Smith myśleli, że w konfiguracji eksperymentalnej było coś nie tak, więc poprawili system. Ale wciąż nie ma azotu.
„To była dość tajemnica”, powiedział Imanaka, pierwszy autor gazety. „Gdzie poszedł azot?”
Na koniec dwaj badacze zebrali fragmenty brązowej bryły, które zgromadziły się na ścianie cylindra i przeanalizowali ją za pomocą tego, co Imanaka nazwał „najbardziej zaawansowaną techniką spektrometru mas”.
Imanaka powiedział: „W końcu znalazłem azot!”
Imanaka i Smith podejrzewają, że takie związki powstają w górnej atmosferze Tytana i ostatecznie spadają na powierzchnię Tytana. Będąc na powierzchni, przyczyniają się do środowiska sprzyjającego ewolucji życia.
