Billedkredit: UA
Mens Cassini-rumfartøjet har flyvet mod Saturn, har kemikere på Jorden foretaget plastforurening som den, der regner gennem atmosfæren fra Saturns måne, Titan.
Forskere har mistanke om, at organiske faste stoffer er faldet fra Titans himmel i milliarder af år og kan være forbindelser, der sætter scenen for det næste kemiske skridt mod livet. De samarbejder i laboratorieeksperimenter fra University of Arizona, der vil hjælpe Cassini-forskere med at fortolke Titan-data og planlægge en fremtidig mission, der ville placere et organisk kemi-laboratorium på Titans overflade.
Kemikere i Mark A. Smiths laboratorium på University of Arizona skaber forbindelser som dem, der kondenserer fra Titans himmel ved at bombardere en analog af Titans atmosfære med elektroner. Dette producerer ”tholiner”? organiske polymerer (plast) findes i Titans øvre nitrogen-methan-atmosfære. Titans tholiner er skabt af ultraviolet sollys og elektroner, der strømmer ud fra Saturns magnetfelt.
Tholiner skal opløses for at producere aminosyrer, der er de grundlæggende byggesten i livet. Men kemikere ved, at tholiner ikke opløses i Titans ethan / methan-søer eller oceaner.
Imidlertid opløses de let i vand eller ammoniak. Og eksperimenter for 20 år siden viser, at opløsning af tholiner i flydende vand producerer aminosyrer. Så givet flydende vand kan der være aminosyrer, der brygger i Titans version af urensuppe.
Oxygen er den anden afgørende for livet på Jorden. Men der er næsten intet ilt i Titans atmosfære.
Sidste år opdagede Caitlin Griffith, UAs månens og planetariske laboratorium, imidlertid vandis på Titans overflade. (Se Titan afslører en overflade, der er domineret af Icy Bedrock.) UA-planetforsker Jonathan Lunine og andre teoretiserer, at når vulkaner bryder ud på Titan, kunne en del af denne is smelte og flyde over landskabet. Lignende strømme kan resultere, når kometer og asteroider smadrer ind i Titan.
Endnu bedre er, at Titans vand måske ikke umiddelbart fryser, fordi det sandsynligvis er snøret med tilstrækkelig ammoniak (frostvæske) til at forblive flydende i ca. 1.000 år, bemærkede Smith og Lunine i et forskningsdokument, der blev offentliggjort i november i novemberudgaven af "Astrobiologi."
Så selvom Titan er ekstremt kold - omkring 94 grader kelvin (minus 180 grader celsius eller minus 300 grader Fahrenheit) - kan vand kort strømme over overfladen og levere ilt og et medium til kemi, konkluderer de.
For yderligere at forstå, hvordan alt dette kan fungere sammen, genererer Smiths gruppe tholiner i laboratoriet, analyserer deres spektroskopiske egenskaber og forsøger at forstå deres kemi.
"Vi prøver på at lære, hvordan forbindelserne reagerer med smeltet vand på Titans overflade, hvilke forbindelser de vil fremstille, og derfor, hvad vi virkelig skal være på udkig efter," forklarede Smith. ”Vi leder ikke kun efter atmosfærisk plastik, der sidder på overfladen, men resultatet af tid og energiindsats over milliarder af år.
”Vi vil gerne vide, hvilke slags molekyler der har udviklet sig, og om de har udviklet sig langs veje, der muligvis giver indsigt i, hvordan biologiske molekyler udviklede sig på den jordlige jord ,? han sagde.
Mark A. Smith, professor og leder af UAs kemiske afdeling
"Noget af det, vi hidtil har lært i vores eksperimenter, er, at disse materialer er grove blandinger af utroligt komplekse molekyler ,? Smith tilføjet. ? Carl Sagan brugte de sidste 10 år af sit liv på at studere disse forbindelser i eksperimenter som vores. Hvad vi har fundet komplementerer hans arbejde. Vi ser de samme spektroskopiske underskrifter. ”
Men Smiths gruppe har også fundet, at der er en komponent af disse molekyler, der er meget reaktive og let inden for en rimelig tidsperiode kunne reagere på overfladen af Titan for at give oxygenerede forbindelser.
”Og det er det, vi lige er begyndt at afsløre nu ,? Sagde Smith.
? Vores arbejde vil blive meget mere interessant i efteråret i vores eksperimenter på den avancerede lyskilde i Lawrence Berkeley Lab, ”tilføjede han. ”Vi bruger en synchrotron til at oprette tholiner fotokemisk ved hjælp af meget energiske fotoner til at nedbryde denne Titan-gas ved vakuum ultraviolet stråling.?
Vakuum ultraviolet stråling rammer nitrogen- og metanmolekyler i Titans øvre atmosfære og sprænger dem fra hinanden. Forskere ved ikke, om dette producerer de samme slags polymerer, der er dannet fra en elektrisk udladning.
? Når du kan knække nitrogen- og metanmolekyler med lys, kan du muligvis få polymerer, der ligner dem, der dannes, når en elektrisk udladning krakker dem fra hinanden, ”sagde Smith. ”Eller så får du måske forskellige polymerer. Kemien er ret kompliceret, og vi ved bare ikke svarene på så mange af de enkleste spørgsmål. Men det er en af grundene til, at vi udfører eksperimenterne i Berkeley.?
Arbejdet, der foregår i Smiths laboratorium, er vigtigt for forskere på NASAs Cassini-mission og mulige opfølgningsmissioner til Saturn. Cassini orbiter blev lanceret i 1997 og skal lancere en sonde i Titans atmosfære i december. Denne Huygens-sonde flyder til Titans overflade i januar næste år.
? Titans tykke orange aerosol-uklarhedslag er dybest set en masse organisk plast? polymerer af kulstof, brint og nitrogen, ”sagde Smith, leder af UAs kemiske afdeling. ”Partiklerne sætter sig til sidst på Titans overflade, hvor de producerer det organiske råstof til enhver organisk kemi, der foregår.”
Cassinis Huygens-sonde vil være det første instrument, der faktisk prøver denne aerosol. Det vil give forskerne nogle rudimentære kemiske oplysninger om dette materiale. Men sonden fortæller dem ikke meget om organisk kemi på Titans overflade.
En opfølgningsmission til Titan, der inkluderer et robotisk laboratorium for organisk kemi, vil give forskerne et meget mere detaljeret kig på overfladen. Eksperimentet er designet af Lunine og Smith i samarbejde med forskere fra Caltech og NASAs Jet Propulsion Laboratory.
Lunine leder NASAs Astrobiology Institute-fokusgruppe på Titan og er en af tre tværfaglige Cassini-missioner til Huygens-sonden.
? Vi ved ikke rigtig, hvordan livet dannede sig på Jorden, eller på hvilken planet det dannede sig ,? Sagde Lunine. ? Der er ingen spor tilbage efter, hvordan det skete på Jorden, fordi alle jordens organiske molekyler er blevet behandlet biokemisk nu. Titan er vores bedste chance for at studere organisk kemi i et planetarisk miljø, der har været livløs over milliarder af år.?
Original kilde: UA News Release
