Fra University of Arizona
Det første eksperimentelle beviset som viser hvordan atmosfærisk nitrogen kan inkorporeres i organiske makromolekyler rapporteres av et team i University of Arizona. Funnet indikerer hvilke organiske molekyler som kan bli funnet på Titan, månen til Saturn som forskerne mener er en modell for kjemien til jorda før livet.
Jorden og Titan er de eneste kjente organene i planetstørrelse som har tykke, overveiende nitrogenatmosfærer, sa Hiroshi Imanaka, som utførte forskningen mens han var medlem av UAs avdeling for kjemi og biokjemi.
Hvordan komplekse organiske molekyler blir nitrogenert i omgivelser som tidlig jord eller Titans atmosfære, er et stort mysterium, sa Imanaka.
"Titan er så interessant fordi den nitrogendominerte atmosfæren og den organiske kjemien kan gi oss en pekepinn på livets opprinnelse på vår jord," sa Imanaka, nå assistent forsker i UAs Lunar and Planetary Laboratory. "Nitrogen er et essensielt element i livet."
Imidlertid vil ikke bare noe nitrogen gjøre. Nitrogengass må konverteres til en mer kjemisk aktiv form for nitrogen som kan drive reaksjonene som danner grunnlaget for biologiske systemer.
Imanaka og Mark Smith konverterte en nitrogen-metangassblanding som ligner på Titans atmosfære til en samling av nitrogenholdige organiske molekyler ved å bestråle gassen med UV-stråler med høy energi. Laboratorieoppsettet ble designet for å etterligne hvordan solstråling påvirker Titans atmosfære.
Det meste av nitrogenet beveget seg direkte i faste forbindelser, i stedet for gassformet, sier Smith, en UA-professor og leder for kjemi og biokjemi. Tidligere modeller spådde at nitrogenet ville flytte fra gassformige forbindelser til faste forbindelser i en lengre trinnvis prosess.
Titan ser oransje ut i fargen fordi en smog av organiske molekyler omslutter planeten. Partiklene i smog vil til slutt sette seg ned til overflaten og kan bli utsatt for forhold som kan skape liv, sa Imanaka, som også er en hovedetterforsker ved SETI Institute i Mountain View, Calif.
Forskere vet imidlertid ikke om Titans smogpartikler inneholder nitrogen. Hvis noen av partiklene er de samme nitrogenholdige organiske molekylene som UA-teamet opprettet i laboratoriet, er det mer sannsynlig forhold som bidrar til livet, sa Smith.
Laboratorieobservasjoner som disse indikerer hva de neste romoppdragene skal se etter og hvilke instrumenter som bør utvikles for å hjelpe i søket, sa Smith.
Imanaka og Smiths papir, "Dannelse av nitrogenerte organiske aerosoler i den øvre atmosfæren i Titan," er planlagt for publisering i Early Online-utgaven av Proceedings of the National Academy of Sciences uken 28. juni. NASA ga finansiering til forskningen.
UA-forskerne ønsket å simulere forhold i Titans tynne øvre atmosfære fordi resultater fra Cassini-oppdraget indikerte at "ekstrem UV" -stråling som treffer atmosfæren skapte komplekse organiske molekyler.
Derfor brukte Imanaka og Smith den avanserte lyskilden på Lawrence Berkeley National Laboratory synchroton i Berkeley, California for å skyte UV-lys med høyt energi inn i en sylinder i rustfritt stål som inneholder nitrogen-og-metangass holdt ved veldig lavt trykk.
Forskerne brukte et massespektrometer for å analysere kjemikaliene som fulgte av strålingen.
Enkelt selv om det høres ut, er det komplisert å sette opp eksperimentelt utstyr. Selve UV-lyset må passere gjennom en serie vakuumkamre på vei inn i gasskammeret.
Mange forskere ønsker å bruke den avanserte lyskilden, så konkurransen om tid på instrumentet er hard. Imanaka og Smith fikk tildelt en eller to tidsluker per år, som hver var i åtte timer om dagen i bare fem til ti dager.
For hver tidsluke måtte Imanaka og Smith pakke alt eksperimentelt utstyr i en varebil, kjøre til Berkeley, sette opp det delikate utstyret og lansere i en intens serie eksperimenter. De jobbet noen ganger mer enn 48 timer rett for å få maksimalt ut av tiden sin på den avanserte lyskilden. Å gjennomføre alle nødvendige eksperimenter tok år.
Det var nervepirrende, sa Imanaka: "Hvis vi savner bare en skrue, roter det til strålingstiden vår."
I begynnelsen analyserte han bare gassene fra sylinderen. Men han oppdaget ingen nitrogenholdige organiske forbindelser.
Imanaka og Smith trodde det var noe galt i den eksperimentelle oppsettingen, så de finjusterte systemet. Men fortsatt ingen nitrogen.
"Det var et ganske mysterium," sa Imanaka, papirets første forfatter. "Hvor ble det av nitrogenet?"
Til slutt samlet de to forskerne bitene av brun søppel som samlet seg på sylinderveggen og analyserte den med det Imanaka kalte "den mest sofistikerte massespektrometerteknikken."
Imanaka sa: "Da fant jeg endelig nitrogenet!"
Imanaka og Smith mistenker at slike forbindelser dannes i Titans øvre atmosfære og til slutt faller til Titans overflate. Når de er på overflaten, bidrar de til et miljø som bidrar til utviklingen av livet.
