Afbeelding tegoed: UA
Terwijl het Cassini-ruimtevaartuig naar Saturnus vloog, hebben chemici op aarde plastic vervuiling veroorzaakt die door de atmosfeer van de maan van Saturnus, Titan, regent.
Wetenschappers vermoeden dat organische vaste stoffen al miljarden jaren uit de lucht van Titan zijn gevallen en mogelijk verbindingen zijn die het toneel vormen voor de volgende chemische stap in het leven. Ze werken samen aan laboratoriumexperimenten van de Universiteit van Arizona die Cassini-wetenschappers zullen helpen Titan-gegevens te interpreteren en een toekomstige missie te plannen die een organisch chemielaboratorium op het oppervlak van Titan zou inzetten.
Chemici in het laboratorium van Mark A. Smith aan de Universiteit van Arizona maken verbindingen zoals die condenseren uit de lucht van Titan door een analoog van de atmosfeer van Titan te bombarderen met elektronen. Dit produceert "tholins"? organische polymeren (kunststoffen) gevonden in de bovenste stikstof-methaanatmosfeer van Titan. De tholins van Titan worden gecreëerd door ultraviolet zonlicht en elektronen die uit het magnetische veld van Saturnus stromen.
Tholins moeten oplossen om aminozuren te produceren die de basisbouwstenen van het leven zijn. Maar chemici weten dat tholines niet oplossen in de ethaan / methaanmeren of oceanen van Titan.
Ze lossen echter gemakkelijk op in water of ammoniak. En experimenten van 20 jaar geleden laten zien dat het oplossen van tholines in vloeibaar water aminozuren produceert. Dus gezien vloeibaar water, kunnen er aminozuren brouwen in Titan's versie van oersoep.
Zuurstof is de andere essentiële factor voor het leven op aarde. Maar er is bijna geen zuurstof in de atmosfeer van Titan.
Vorig jaar ontdekte Caitlin Griffith, van het Lunar and Planetary Laboratory van UA, waterijs op het oppervlak van Titan. (Zie Titan onthult een oppervlak dat wordt gedomineerd door Icy Bedrock.) UA-planeetwetenschapper Jonathan Lunine en anderen theoretiseren dat wanneer vulkanen op Titan uitbarsten, een deel van dit ijs zou kunnen smelten en over het landschap zou kunnen stromen. Soortgelijke stromen zouden kunnen ontstaan wanneer kometen en asteroïden tegen Titan botsen.
Sterker nog, Titan's water bevriest mogelijk niet onmiddellijk omdat het waarschijnlijk is doorspekt met voldoende ammoniak (antivries) om ongeveer 1000 jaar vloeibaar te blijven, merkten Smith en Lunine op in een onderzoeksartikel dat in het nummer van "Astrobiology" van november vorig jaar werd gepubliceerd.
Dus hoewel Titan extreem koud is - ongeveer 94 graden Kelvin (minus 180 graden Celsius of minus 300 graden Fahrenheit) - kan water kort over het oppervlak stromen en zuurstof en een medium voor chemie leveren, concluderen ze.
Om verder te begrijpen hoe dit allemaal zou kunnen samenwerken, genereert de groep van Smith tholins in het laboratorium, analyseert hun spectroscopische eigenschappen en probeert ze hun chemie te begrijpen.
? We proberen te leren hoe de verbindingen zullen reageren met gesmolten water op het oppervlak van Titan, welke verbindingen ze zullen maken en daarom waar we echt naar op zoek moeten zijn, 'legde Smith uit. “We zijn niet alleen op zoek naar atmosferisch plastic dat aan de oppervlakte zit, maar het resultaat van tijd en energie die in miljarden jaren is ingevoerd.
"We willen weten wat voor soort moleculen zijn geëvolueerd en of ze zijn geëvolueerd langs paden die inzicht zouden kunnen geven in hoe biologische moleculen zich ontwikkelden op de oorspronkelijke aarde ,? hij zei.
Mark A. Smith, professor en hoofd van de afdeling chemie van UA
? Sommige van wat we tot nu toe hebben geleerd in onze experimenten is dat deze materialen grove mengsels zijn van ongelooflijk complexe moleculen ,? Voegde Smith toe. Carl Sagan heeft de laatste 10 jaar van zijn leven deze verbindingen bestudeerd in experimenten zoals de onze. Wat we hebben gevonden, vormt een aanvulling op zijn werk. We zien dezelfde spectroscopische handtekeningen. '
Maar de groep van Smith heeft ook ontdekt dat er een component van deze moleculen is die zeer reactief is en gemakkelijk, binnen een redelijk tijdsbestek, zou kunnen reageren op het oppervlak van Titan om zuurstofrijke verbindingen op te leveren.
'En dat beginnen we nu pas te ontrafelen ,? Zei Smith.
'Ons werk zal dit najaar veel interessanter worden, in onze experimenten bij de Advanced Light Source van het Lawrence Berkeley Lab,' voegde hij eraan toe. 'We gebruiken een synchrotron om fotochemisch tholines te maken, en gebruiken zeer energetische fotonen om dit Titan-gas te breken door middel van vacuüm-ultraviolette straling.'
Vacuüm ultraviolette straling raakt stikstof- en methaanmoleculen in de bovenste atmosfeer van Titan en blaast ze uit elkaar. Wetenschappers weten niet of dit dezelfde soorten polymeren produceert die worden gevormd uit een elektrische ontlading.
? Als je stikstof en methaanmoleculen met licht kunt kraken, krijg je mogelijk polymeren die lijken op de polymeren die worden gevormd wanneer ze door een elektrische ontlading worden gekraakt, "zei Smith. 'Of misschien krijg je verschillende polymeren. De chemie is vrij complex en we weten gewoon niet de antwoorden op zoveel van de eenvoudigste vragen. Maar dat is een van de redenen waarom we de experimenten in Berkeley zullen uitvoeren.?
Het werk in Smiths lab is belangrijk voor wetenschappers van NASA's Cassini Mission en mogelijke vervolgmissies naar Saturnus. De Cassini-orbiter werd gelanceerd in 1997 en zal in december een sonde lanceren in de atmosfeer van Titan. Deze Huygens-sonde zal in januari naar het oppervlak van Titan drijven.
? Titan? S dikke oranje aerosol waaslaag is eigenlijk een stel organische kunststoffen? polymeren van koolstof, waterstof en stikstof ", aldus Smith, hoofd van de chemieafdeling van UA. "De deeltjes bezinken uiteindelijk op het oppervlak van Titan, waar ze de organische grondstof produceren voor alle organische chemie."
Cassini's Huygens-sonde zal het eerste instrument zijn dat deze aerosol daadwerkelijk bemonstert. Het geeft wetenschappers wat rudimentaire chemische informatie over dit materiaal. Maar de sonde vertelt ze niet veel over organische chemie aan het oppervlak van Titan.
Een vervolgmissie naar Titan met een robotisch laboratorium voor organische chemie zal wetenschappers een veel gedetailleerdere blik op de oppervlakte geven. Het experiment wordt ontworpen door Lunine en Smith in samenwerking met onderzoekers van Caltech en het Jet Propulsion Laboratory van NASA.
Lunine leidt NASA's focusgroep Astrobiology Institute op Titan en is een van de drie interdisciplinaire Cassini-missiewetenschappers voor de Huygens-sonde.
? We weten niet echt hoe het leven op aarde is ontstaan, of op welke planeet het ook is gevormd? Zei Lunine. ? Er zijn geen sporen meer van hoe het op aarde is gebeurd, omdat alle organische moleculen van de aarde inmiddels biochemisch zijn verwerkt. Titan is onze beste kans om organische chemie te bestuderen in een planetaire omgeving die miljarden jaren lang levenloos is gebleven.?
Oorspronkelijke bron: UA News Release
