Bildekreditt: UA
Mens romfartøyet Cassini har flydd mot Saturn, har kjemikere på jorden gjort plastforurensning som den som regnet gjennom atmosfæren til Saturns måne, Titan.
Forskere mistenker at organiske faste stoffer har falt fra Titans himmel i milliarder av år og kan være forbindelser som setter scenen for neste kjemiske steg mot livet. De samarbeider i laboratorieeksperimenter fra University of Arizona som vil hjelpe Cassini-forskere å tolke Titan-data og planlegge et fremtidig oppdrag som vil distribuere et organisk kjemilaboratorium til Titans overflate.
Kjemikere i Mark A. Smiths laboratorium ved University of Arizona lager forbindelser som de som kondenserer fra Titans himmel ved å bombardere en analog av Titans atmosfære med elektroner. Dette produserer “toliner”? organiske polymerer (plast) funnet i Titans øvre nitrogen-metan-atmosfære. Titans toliner er skapt av ultrafiolett sollys og elektroner som strømmer ut fra Saturns magnetfelt.
Tholins må oppløses for å produsere aminosyrer som er de grunnleggende byggesteinene i livet. Men kjemikere vet at toliner ikke løses opp i Titans etan / metan innsjøer eller hav.
Imidlertid løses de lett opp i vann eller ammoniakk. Og eksperimenter gjort for 20 år siden viser at oppløsning av toliner i flytende vann produserer aminosyrer. Så gitt flytende vann, kan det være aminosyrer som brygges i Titans versjon av urensuppe.
Oksygen er den andre avgjørende for livet på jorden. Men det er nesten ikke oksygen i Titans atmosfære.
I fjor oppdaget imidlertid Caitlin Griffith, fra UAs Lunar and Planetetary Laboratory, vannis på Titans overflate. (Se Titan avslører en overflate dominert av Icy Bedrock.) UA-planetforsker Jonathan Lunine og andre teoretiserer at når vulkaner bryter ut på Titan, kan noe av denne isen smelte og strømme over landskapet. Lignende strømmer kan oppstå når kometer og asteroider smeller inn i Titan.
Bedre med det er at Titans vann kanskje ikke umiddelbart fryser fordi det sannsynligvis er snøret med nok ammoniakk (frostvæske) til å forbli flytende i rundt 1000 år, bemerket Smith og Lunine i et forskningsartikkel publisert i novemberutgaven av "Astrobiology."
Så selv om Titan er ekstremt kald - omtrent 94 grader kelvin (minus 180 grader celsius eller minus 300 grader Fahrenheit) - kan vann kort strømme over overflaten og gi oksygen og et medium for kjemi, konkluderer de.
For ytterligere å forstå hvordan alt dette kan fungere sammen, genererer Smiths gruppe toliner i laboratoriet, analyserer spektroskopiske egenskaper og prøver å forstå kjemien deres.
"Vi prøver å lære hvordan forbindelsene vil reagere med smeltet vann på Titans overflate, hvilke forbindelser de vil lage, og derfor hva vi egentlig burde se etter," forklarte Smith. ”Vi leter ikke bare etter atmosfærisk plast som sitter på overflaten, men resultatet av tid og energi tilførsel over milliarder av år.
"Vi vil vite hva slags molekyler som har utviklet seg, og om de har utviklet seg langs veier som kan gi innsikt i hvordan biologiske molekyler utviklet seg på jordens jord," han sa.
Mark A. Smith, professor og leder for UAs kjemiavdeling
? Noe av det vi hittil har lært i eksperimentene våre, er at disse materialene er grove blandinger av utrolig komplekse molekyler ,? Smith la til. ? Carl Sagan brukte de siste 10 årene av sitt liv på å studere disse forbindelsene i eksperimenter som våre. Det vi har funnet kompletterer arbeidet hans. Vi ser de samme spektroskopiske signaturene. ”
Men Smiths gruppe har også funnet ut at det er en komponent av disse molekylene som er veldig reaktive og lett innen rimelig tid kan reagere på overflaten av Titan for å gi oksygenholdige forbindelser.
"Og det er det vi bare begynner å løsne nå ,? Smith sa.
? Arbeidet vårt vil bli mye mer interessant i høst, i våre eksperimenter på Advanced Light Source of Lawrence Berkeley Lab, la han til. "Vi bruker en synkrotron for å lage toliner fotokjemisk, og bruker veldig energiske fotoner for å bryte opp denne Titan-gassen ved vakuum ultrafiolett stråling.?
Vakuum ultrafiolett stråling treffer nitrogen og metanmolekyler i Titans øvre atmosfære og sprenger dem fra hverandre. Forskere vet ikke om dette produserer de samme typene polymerer som er dannet fra en elektrisk utladning.
? Når du kan sprekke nitrogen og metanmolekyler med lys, kan du få polymerer som ligner de som dannes når et elektrisk utslipp sprekker dem fra hverandre, sier Smith. “Eller så kan du få forskjellige polymerer. Kjemien er ganske sammensatt, og vi vet bare ikke svarene på så mange av de enkleste spørsmålene. Men det er en av grunnene til at vi vil gjennomføre forsøkene på Berkeley.?
Arbeidet som foregår i Smiths laboratorium er viktig for forskere på NASAs Cassini Mission og mulige oppfølgingsoppdrag til Saturn. Cassini-omløperen ble lansert i 1997 og skal lansere en sonde i Titans atmosfære i desember. Denne Huygens-sonden vil flyte til Titans overflate i januar neste år.
? Titans tykke oransje aerosol-uklarhet er i utgangspunktet en haug med organisk plast? polymerer av karbon, hydrogen og nitrogen, sier Smith, leder for UAs kjemiavdeling. "Partiklene legger seg til slutt på Titans overflate, der de produserer det organiske råstoffet for enhver organisk kjemi som skjer."
Cassinis Huygens-sonde vil være det første instrumentet som faktisk prøver denne aerosolen. Det vil gi forskere litt rudimentær kjemisk informasjon om dette materialet. Men sonden vil ikke fortelle dem så mye om organisk kjemi på Titans overflate.
Et oppfølgingsoppdrag til Titan som inkluderer et robotisk organisk kjemilaboratorium vil gi forskere et mye mer detaljert blikk på overflaten. Eksperimentet er designet av Lunine og Smith i samarbeid med forskere fra Caltech og NASAs Jet Propulsion Laboratory.
Lunine leder NASAs Astrobiology Institute fokusgruppe på Titan og er en av tre tverrfaglige Cassini-oppdragsforskere for Huygens-sonden.
? Vi vet egentlig ikke hvordan livet dannet seg på jorden, eller på hvilken som helst planet det dannet ,? Sa Lunine. ? Det er ingen spor igjen av hvordan det skjedde på jorden, fordi alle jordas organiske molekyler er blitt behandlet biokjemisk nå. Titan er vår beste sjanse til å studere organisk kjemi i et planetmiljø som har vært livløs i flere milliarder år.
Originalkilde: UA News Release
