Fra University of Arizona
Det første eksperimentelle bevis, der viser, hvordan atmosfærisk nitrogen kan indarbejdes i organiske makromolekyler, rapporteres af et team fra University of Arizona. Fundet viser, hvilke organiske molekyler der kan findes på Titan, Saturn-månen, som forskere mener er en model for kemi af jord før-livet.
Jord og Titan er de eneste kendte organer i planetstørrelse, der har tykke, overvejende nitrogenatmosfærer, sagde Hiroshi Imanaka, der udførte forskningen, mens han var medlem af UAs afdeling for kemi og biokemi.
Hvordan komplekse organiske molekyler bliver nitrogeneret i omgivelser som den tidlige jord eller Titans atmosfære er et stort mysterium, sagde Imanaka.
”Titan er så interessant, fordi dens nitrogen-dominerede atmosfære og organisk kemi muligvis giver os en anelse om livets oprindelse på vores jord,” sagde Imanaka, nu en assisterende forskningsforsker i UAs Lunar and Planetary Laboratory. "Kvælstof er et vigtigt element i livet."
Dog vil ikke bare kvælstof gøre det. Kvælstofgas skal omdannes til en mere kemisk aktiv form for nitrogen, der kan drive reaktionerne, der danner grundlaget for biologiske systemer.
Imanaka og Mark Smith konverterede en nitrogen-metangasblanding svarende til Titans atmosfære til en samling af nitrogenholdige organiske molekyler ved at bestråle gassen med UV-stråler med høj energi. Laboratorieopsætningen var designet til at efterligne, hvordan solstråling påvirker Titans atmosfære.
Det meste af nitrogen flyttede direkte i faste forbindelser snarere end gasformigt, sagde Smith, en UA-professor og chef for kemi og biokemi. Tidligere modeller forudsagde, at nitrogenet ville flytte fra gasformige forbindelser til faste forbindelser i en længere trinvis proces.
Titan ser orange ud i farve, fordi en smog af organiske molekyler omslutter planeten. Partiklerne i smogten vil til sidst slå sig ned på overfladen og kan blive udsat for forhold, der kan skabe liv, sagde Imanaka, der også er en hovedundersøger ved SETI Institute i Mountain View, Calif.
Forskere ved imidlertid ikke, om Titans smogpartikler indeholder nitrogen. Hvis nogle af partiklerne er de samme nitrogenholdige organiske molekyler, som UA-teamet oprettede i laboratoriet, er forhold, der er befordrende for livet, mere sandsynlige, sagde Smith.
Laboratorieobservationer som disse indikerer, hvad de næste rumopgaver skal se efter, og hvilke instrumenter der skal udvikles for at hjælpe i søgningen, sagde Smith.
Imanaka og Smiths papir, "Dannelse af nitrogeniserede organiske aerosoler i den øvre Titan-atmosfære," er planlagt til offentliggørelse i den tidlige online-udgave af Proceedings of the National Academy of Sciences ugen den 28. juni. NASA leverede finansiering til forskningen.
UA-forskerne ønskede at simulere forhold i Titans tynde øvre atmosfære, fordi resultater fra Cassini-missionen indikerede "ekstrem UV" -stråling, der rammer atmosfæren, skabte komplekse organiske molekyler.
Derfor brugte Imanaka og Smith den avancerede lyskilde ved Lawrence Berkeley National Laboratory's synchroton i Berkeley, Californien til at skyde UV-lys med høj energi til en rustfri stålcylinder indeholdende nitrogen-og-metangas holdt ved meget lavt tryk.
Forskerne brugte et massespektrometer til at analysere de kemikalier, der var resultatet af strålingen.
Enkelt, selvom det lyder, er installation af eksperimentelt udstyr kompliceret. Selve UV-lyset skal passere gennem en række vakuumkamre på vej ind i gaskammeret.
Mange forskere vil bruge den avancerede lyskilde, så konkurrencen om tid på instrumentet er hård. Imanaka og Smith blev tildelt en eller to tidsvinduer om året, som hver var i otte timer om dagen i kun fem til 10 dage.
For hver tidslukke måtte Imanaka og Smith pakke alt det eksperimentelle udstyr i en varevogn, køre til Berkeley, opsætte det delikate udstyr og lancere i en intens række eksperimenter. De arbejdede undertiden mere end 48 timer lige for at få mest muligt ud af deres tid på den avancerede lyskilde. At gennemføre alle de nødvendige eksperimenter tog år.
Det var nervepirrende, sagde Imanaka: ”Hvis vi bare savner en skrue, ødelægger det vores bjælketid.”
I begyndelsen analyserede han kun gasserne fra cylinderen. Men han opdagede ingen nitrogenholdige organiske forbindelser.
Imanaka og Smith troede, at der var noget galt i den eksperimentelle opsætning, så de justerede systemet. Men stadig ingen nitrogen.
”Det var et ganske mysterium,” sagde Imanaka, papirets første forfatter. ”Hvor er nitrogenet gået?”
Endelig indsamlede de to forskere stykker af brun gunk, der samlet sig på cylindervæggen og analyserede det med hvad Imanaka kaldte "den mest sofistikerede massespektrometerteknik."
Imanaka sagde: ”Så fandt jeg endelig nitrogenet!”
Imanaka og Smith har mistanke om, at sådanne forbindelser dannes i Titans øvre atmosfære og til sidst falder til Titans overflade. Når de først er på overfladen, bidrager de til et miljø, der er befordrende for livets udvikling.
