Kreditna slika: ESA
Potrebna su najmanje tri elementa za život u životu kakav znamo: voda, energija i atmosfera. Među Marsom i mjesecima oko Jupitera i Saturna postoje dokazi o jednom ili dva od ova tri elementa, ali manje je poznato je li kompletan skup dostupan. Samo Saturnov mjesec, Titan, ima atmosferu koja je usporediva sa zemljinim tlakom i puno je gušća od marsovske (1% tlaka Zemljine razine).
Najzanimljivija točka simulacija Titanove ugljikovodične izmaglice jest da ta zamrljana komponenta sadrži molekule nazvane tolin (od grčke riječi blatno) koji mogu činiti temelje građevnih blokova života. Na primjer, aminokiseline, jedan od građevnih blokova zemaljskog života, nastaju kada se te crveno-smeđe čestice slične smogu stave u vodu. Kao što je Carl Sagan istaknuo, Titan se može smatrati širokom paralelom rane zemaljske atmosfere s obzirom na njegovu kemiju i na taj je način svakako važan za porijeklo života.
Ovog ljeta NASA-in svemirski brod Cassini, lansiran 1997. godine, trebao bi izaći u orbitu oko Saturna i njegovih luna za četiri godine. Početkom 2005. godine planirano je da se sonda Huygens svinja uranja u mutnu atmosferu Titana i sleti na mjesečevu površinu. Na orbiti planeta Cassini svemirsko je 12 instrumenata i 6 instrumenata na sondi Huygens. Sonda Huygens usmjerena je ponajprije prema uzorkovanju atmosfere. Sonda je opremljena za mjerenje i snimanje slika do pola sata na površini. Ali sonda nema noge, pa kad se spusti na Titanovu površinu, njena orijentacija će biti slučajna. A njegovo slijetanje možda nije na mjestu s organima. Slike mjesta gdje se Cassini nalazi u svojoj trenutnoj orbiti neprestano se ažuriraju i dostupne su za pregled dok misija napreduje.
Časopis Astrobiology imao je priliku razgovarati sa znanstvenikom istraživanja Jean-Michel Bernard sa Sveučilišta u Parizu o tome kako simulirati Titanovu složenu kemiju u zemaljskoj epruveti. Njegove simulacije Titanovog okoliša grade se na klasičnoj prebiotičkoj juhi koju su prvi put pionirali pedeset godina istraživači Sveučilišta u Chicagu Harold Urey i Stanley Miller.
Astrobiology Magazine (AM): Što je prvo potaknulo vaše zanimanje za atmosfersku kemiju Titana?
Jean-Michel Bernard (JB): Kako dvije jednostavne molekule (dušik i metan) stvaraju vrlo složenu kemiju? Postaje li kemija biokemija? Nedavna otkrića života u ekstremnim uvjetima na Zemlji (bakterije na Južnom polu na -40 ° C i arheje na više od +110 ° C u blizini hidrotermalnih izvora) omogućavaju pretpostaviti da bi život mogao biti prisutan i na drugim svjetovima i drugim Uvjeti.
Titan ima astrobiološki interes jer je jedini satelit u Sunčevom sustavu s gustom atmosferom. Atitanska atmosfera je sačinjena od dušika i metana. Energetske čestice koje dolaze iz Sunca i Saturnova okoliša omogućavaju složenu kemiju, poput stvaranja ugljikovodika i nitrila. Čestice također stvaraju trajnu izmaglicu oko satelita, kiše metana, vjetrove, sezone. Nedavno su izgleda da su na površini Titana otkrivena jezera ugljikovodika. Mislim da će ovo otkriće, ako ga potvrdi misija Cassini-Huygens, biti od velikog interesa.
Učinio bi Titan analogom Zemlji, budući da bi imao atmosferu (plin), jezera (tekućina), maglu i tlo (čvrsto), tri potrebna okruženja za pojavu života.
Sastav Titanove izmaglice nije poznat. Dostupni su samo optički podaci i njih je teško analizirati zbog složenosti ovog ugljičnog materijala. Provedeno je mnogo eksperimenata kako bi se oponašala kemija Titanove atmosfere, od kojih su najpoznatiji analozi aerosola nazvani "tholini" grupe Carl Sagan. Čini se da bi tholini mogli biti uključeni u nastanak života. Doista, hidroliza tih analoga Titan aerosola dovodi do stvaranja aminokiselina, prekursora života.
AM: Možete li opisati svoju eksperimentalnu simulaciju za produljenje pokusa Miller-Urey na način koji je prilagođen niskim temperaturama i jedinstvenoj kemiji Titana?
JB: Od eksperimenata Miller-Urey provedene su mnoge eksperimentalne simulacije pretpostavljenog prebiotičkog sustava. Ali nakon dohvaćanja podataka Voyagera, činilo se da je potrebno vratiti se tom pristupu da bi simulirao Titanovu atmosferu. Zatim je nekoliko znanstvenika izvelo takve simulacijske eksperimente uvodeći smjesu dušik-metan u sustav poput Millerovog aparata. No, problem je postao očigledan zbog razlike između eksperimentalnih i Titanovih uvjeta. Tlak i temperatura nisu bili reprezentativni za Titanovo okruženje. Tada smo odlučili provesti eksperimente koji reproduciraju tlak i temperaturu Titanove stratosfere: mješavinu plina od 2% metana u dušiku, niski tlak (oko 1 mbar) i kriogeni sustav da bi imali nisku temperaturu. Nadalje, naš sustav je smješten u kutijama za rukavice koje sadrže čisti dušik kako bi se izbjeglo onečišćenje krutih proizvoda iz okolnog zraka.
AM: Što smatrate najboljim izvorom energije za pokretanje Titanove sintetičke kemije: magnetosfera Saturnovih čestica, sunčevo zračenje ili nešto treće?
JB: Znanstvenici raspravljaju o tome koji bi izvor energije najbolje simulirao izvore energije u Titovoj atmosferi. Ultraljubičasto (UV) zračenje? Kozmičke zrake? Elektroni i druge energetske čestice koje dolaze iz Saturnove magnetosfere? Svi su ti izvori uključeni, ali njihovo pojavljivanje ovisi o nadmorskoj visini: ekstremno ultraljubičasto zračenje i elektroni u ionosferi, UV svjetlo u stratosferi, dok se u troposferi događaju kozmičke zrake.
Mislim da bi trebalo prikladno postaviti pitanje: Koji je eksperimentalni cilj? Da bismo razumjeli kemiju vodikovog cijanida (HCN) u Titanovoj stratosferi, simulacija s UV zračenjem HCN je prikladna. Ako je cilj utvrditi učinke električnih polja generiranih galaktičkim kozmičkim zrakama u troposferi, poželjno je koronsko pražnjenje simulirane Titanove atmosfere.
Proučavajući Titanove stratosferske uvjete, odlučili smo koristiti električni pražnjenje u svojoj simulaciji. Ovaj izbor osporava manjina znanstvenika, jer je glavni izvor energije u Titanovoj stratosferi UV zračenje. Ali naši rezultati potvrdili su naš eksperiment. Otkrili smo sve organske vrste promatrane na Titanu. Predviđali smo prisutnost CH3CN (acetonitrila) prije njegovog promatranja. Prvi put smo otkrili dicianoacetilen, C4N2, nestabilnu molekulu na sobnoj temperaturi koja je također otkrivena u Titanovoj atmosferi. Srednji infracrveni potpis čvrstih proizvoda stvorenih u našem eksperimentu bio je u skladu s Titanovim opažanjima.
AM: Kako su vaši rezultati dio planiranog ispitivanja atmosfere za sondu Cassini-Huygens?
JB: Nakon suradnje s timom iz Observatoire Astronomique de Bordeaux u Francuskoj, utvrdili smo dielektrične konstante aerosolnih analoga. Ovo će nam omogućiti da procijenimo kako Titova atmosfera i površinska svojstva mogu utjecati na performanse Cassini-Huygens radarskih eksperimenata. Visinomjer na brodu Huygens sonda mogao bi utjecati na svojstva aerosola, ali moraju se provesti komplementarni eksperimenti kako bi se potvrdio ovaj rezultat.
Prije dvije godine uveli smo plinsku smjesu, N2 / CH4 / CO (98 / 1,99 / 0,01). Cilj je bio utvrditi utjecaj ugljičnog monoksida, najobilnijeg spoja s kisikom na Titan. Iznenađujuće smo detektirali oksirane u plinovitoj fazi kao glavni proizvod s kisikom. Ovaj nestabilni molekul otkriven je u međuzvjezdanom mediju, ali teorijski modeli ga ne predviđaju za Titanovu kemiju. Ipak je možda ova molekula prisutna na Titanu.
Trenutno analiziramo prve molekule, radikale, atome i ione (ili 'vrste') stvorene unutar našeg eksperimentalnog reaktora. Koristimo infracrvenu spektrometriju i UV vidljivu emisiju za proučavanje uzbuđenih vrsta poput CN, CH, NH, C2, HCN, C2H2. Zatim ćemo promatrati povezanost između obilja ovih vrsta i struktura čvrstih proizvoda. Spajajući ove eksperimentalne rezultate s teorijskim modelom razvijenim u suradnji sa Sveučilištem u Portu u Portugalu, imat ćemo bolje razumijevanje kemije koja se događa u eksperimentalnom reaktoru. Ovo će nam omogućiti analizu podataka Cassini-Huygens i formiranja izmaglice Titana.
Naš tim je također uključen u razinu misijske znanosti, budući da je jedan od znanstvenika misije također u našoj skupini na Laboratoire Inter-Universitaire des Syst? Mes Atmosph? Riques, LISA). Naši laboratorijski tolini će se koristiti kao vodiči za kalibraciju nekoliko instrumenata na Huygens sondi i Cassinijevom orbiteru.
U brodu je 18 instrumenata na sondi i orbiti. Kalibracijski testovi potrebni su za plinsku kromatografiju i masenu spektroskopiju [GC-MS]. GC-MS će prepoznati i mjeriti kemikalije u Titanovoj atmosferi.
Kalibracijske pretrage potrebne su i za skupljanje aerosola i pirolizator (ACP). Ovaj eksperiment će iz filtera iz atmosfere izvući aerosolne čestice, zatim zagrijati zarobljene uzorke u pećnicama da isparava hlapljive tvari i razgraditi složene organske materijale.
Kompozitni infracrveni spektrometar (CIRS), termički mjerni instrument na orbiti, također je potrebno kalibrirati. U usporedbi s prethodnim svemirskim misijama, spektrometar na brodu Cassini-Huygens značajno je unaprijeđen, sa spektralnom rezolucijom deset puta većom od spektrometra svemirske letjelice Voyager.
AM: Imate li buduće planove za ovo istraživanje?
JB: Naš sljedeći korak je eksperiment koji je razvila Marie-Claire Gazeau, nazvan "SETUP". Eksperiment ima dva dijela: hladnu plazmu radi disocijacije dušika i fotokemijski reaktor za fotodisociaciju metana. To će nam omogućiti bolju globalnu simulaciju Titovog stanja.
Izvorni izvor: NASA Astrobiology Magazine
