Źródło zdjęcia: UA
Podczas gdy statek kosmiczny Cassini leci w kierunku Saturna, chemicy na Ziemi wytwarzają zanieczyszczenia z tworzyw sztucznych, takie jak deszcz płonący w atmosferze księżyca Saturna, Tytana.
Naukowcy podejrzewają, że ciała stałe organiczne spadają z nieba Tytana od miliardów lat i mogą być związkami, które przygotowują grunt pod kolejny chemiczny krok w kierunku życia. Współpracują w eksperymentach laboratoryjnych na Uniwersytecie Arizony, które pomogą naukowcom Cassini zinterpretować dane dotyczące Tytana i zaplanować przyszłą misję, w ramach której laboratorium chemii organicznej zostanie rozmieszczone na powierzchni Tytana.
Chemicy w laboratorium Marka A. Smitha na University of Arizona tworzą związki takie jak kondensujące się z nieba Tytana, bombardując elektronami analog atmosfery Tytana. To wytwarza „tholiny”? polimery organiczne (tworzywa sztuczne) znajdujące się w górnej atmosferze azotu i metanu w Titanie. Tholiny Tytana powstają w świetle ultrafioletowym i elektronach wypływających z pola magnetycznego Saturna.
Tholiny muszą się rozpuścić, aby wytworzyć aminokwasy, które są podstawowymi budulcami życia. Ale chemicy wiedzą, że tholiny nie rozpuszczą się w jeziorach lub oceanach etanu / metanu Tytana.
Jednak łatwo rozpuszczają się w wodzie lub amoniaku. A eksperymenty przeprowadzone 20 lat temu pokazują, że rozpuszczenie tholin w ciekłej wodzie powoduje powstanie aminokwasów. Biorąc pod uwagę płynną wodę, w pierwotnej zupie Tytana mogą powstać aminokwasy.
Tlen jest drugim niezbędnym elementem życia na Ziemi. Ale w atmosferze Tytana prawie nie ma tlenu.
Jednak w ubiegłym roku Caitlin Griffith z UA Lunar and Planetary Laboratory odkryła lód wodny na powierzchni Tytana. (Zobacz Tytan ujawnia powierzchnię zdominowaną przez Lodowatą Bedrock). Planetolog z UA Jonathan Lunine i inni twierdzą, że kiedy wulkan wybuchnie na Tytanie, część tego lodu może stopić się i przepłynąć przez krajobraz. Podobne przepływy mogą wystąpić, gdy komety i asteroidy uderzą w Tytana.
Co więcej, woda Tytana może nie od razu zamarznąć, ponieważ prawdopodobnie zawiera wystarczającą ilość amoniaku (środka przeciw zamarzaniu), aby pozostać płynna przez około 1000 lat, zauważyli Smith i Lunine w artykule badawczym opublikowanym w listopadowym numerze „Astrobiology”.
Więc chociaż Tytan jest bardzo zimny - około 94 stopni Celsjusza (minus 180 stopni Celsjusza lub minus 300 stopni Fahrenheita) - woda może krótko przepływać przez powierzchnię, dostarczając tlen i medium dla chemii, konkludują.
Aby lepiej zrozumieć, jak to wszystko może ze sobą współpracować, grupa Smitha wytwarza w laboratorium tholiny, analizuje ich właściwości spektroskopowe i próbuje zrozumieć ich chemię.
„Próbujemy dowiedzieć się, jak związki będą reagować ze stopioną wodą na powierzchni Tytana, jakie związki będą wytwarzać, a zatem czego naprawdę powinniśmy szukać” - wyjaśnił Smith. „Szukamy nie tylko atmosferycznego plastiku siedzącego na powierzchni, ale rezultatu nakładu czasu i energii przez miliardy lat.
„Chcemy wiedzieć, jakie rodzaje cząsteczek ewoluowały i czy ewoluowały wzdłuż ścieżek, które mogą zapewnić wgląd w rozwój molekuł biologicznych na pierwotnej Ziemi? powiedział.
Mark A. Smith, profesor i kierownik wydziału chemicznego UA
„Czego nauczyliśmy się do tej pory w naszych eksperymentach, że te materiały są grubymi mieszaninami niewiarygodnie złożonych cząsteczek”. Smith dodał. ? Carl Sagan spędził ostatnie 10 lat swojego życia studiując te związki w eksperymentach takich jak nasz. To, co znaleźliśmy, uzupełnia jego pracę. Widzimy te same sygnatury spektroskopowe. ”
Ale grupa Smitha odkryła również, że istnieje składnik tych cząsteczek, który jest bardzo reaktywny i może łatwo, w rozsądnych ramach czasowych, zareagować na powierzchni Tytana z wytworzeniem natlenionych związków.
„I to właśnie zaczynamy teraz rozwiązywać ,? Smith powiedział.
„Nasza praca stanie się o wiele bardziej interesująca tej jesieni w naszych eksperymentach w Advanced Light Source z Lawrence Berkeley Lab”, dodał. „Będziemy używać synchrotronu do tworzenia thochemin fotochemicznie, używając bardzo energetycznych fotonów do rozbicia tego gazu Titan przez próżniowe promieniowanie ultrafioletowe.
Próżniowe promieniowanie ultrafioletowe uderza w cząsteczki azotu i metanu w górnej atmosferze Tytana i rozrywa je na części. Naukowcy nie wiedzą, czy wytwarza to te same polimery, które powstają z wyładowań elektrycznych.
„Kiedy możesz rozbić cząsteczki azotu i metanu za pomocą światła, możesz uzyskać polimery podobne do tych, które powstają, gdy wyładowanie elektryczne rozbije je”, powiedział Smith. „Lub możesz dostać różne polimery. Chemia jest dość złożona i po prostu nie znamy odpowiedzi na tak wiele najprostszych pytań. Ale to jeden z powodów, dla których przeprowadzimy eksperymenty w Berkeley.?
Prace prowadzone w laboratorium Smitha są ważne dla naukowców zajmujących się misją Cassini NASA i możliwymi misjami następczymi na Saturnie. Orbiter Cassini został wystrzelony w 1997 roku i ma wystrzelić sondę do atmosfery Tytana w grudniu. Ta sonda Huygens wypłynie na powierzchnię Tytana w styczniu.
Gruba pomarańczowa warstwa mgiełki w aerozolu Tytana to w zasadzie garść organicznych tworzyw sztucznych? polimery węgla, wodoru i azotu ”- powiedział Smith, szef działu chemicznego UA. „Cząsteczki ostatecznie osiadają na powierzchni Tytana, gdzie wytwarzają organiczny surowiec do każdej chemii organicznej.”
Sonda Huygens Cassiniego będzie pierwszym instrumentem, który faktycznie pobiera próbki tego aerozolu. Dostarczy naukowcom podstawowych informacji chemicznych na temat tego materiału. Ale sonda nie powie im wiele o chemii organicznej na powierzchni Tytana.
Dalsza misja do Titana, która obejmuje zrobotyzowane laboratorium chemii organicznej, zapewni naukowcom znacznie bardziej szczegółowe spojrzenie na powierzchnię. Eksperyment jest opracowywany przez Lunine i Smitha we współpracy z naukowcami z Caltech i NASA Jet Propulsion Laboratory.
Lunine prowadzi grupę fokusową NASA Astrobiology Institute na temat Tytana i jest jednym z trzech interdyscyplinarnych naukowców zajmujących się misjami Cassini dla sondy Huygens.
„Naprawdę nie wiemy, jak powstało życie na Ziemi lub na jakiejkolwiek planecie, którą uformowało” - powiedziała Lunine. „Nie pozostały żadne ślady tego, jak to się stało na Ziemi, ponieważ wszystkie organiczne cząsteczki Ziemi zostały do tej pory przetworzone biochemicznie. Titan to nasza najlepsza szansa na zbadanie chemii organicznej w środowisku planetarnym, które pozostawało bez życia przez miliardy lat.
Oryginalne źródło: UA News Release
