Forskare tror att det bästa stället att leta efter bevis på utomjordiskt liv är Mars. Detta är dock långt ifrån
Mycket av det vi vet om Titan idagassocierad med rymdfarkosten Cassini, som kretsade kring Saturnus från 2004 till 2017 och slutförde sitt uppdrag genom att kasta sig ner i planetens atmosfär. Under denna tid gjorde Cassini många direkta mätningar av Titans atmosfär och upptäckte en överraskande jordliknande miljö. I själva verket är detta den enda andra kroppen i solsystemet där det finns en tät kväveatmosfär och organiska processer äger rum.
Vad som är särskilt intressant är att forskaretror att jordens atmosfär kan vara ungefär 2,8 miljarder år sedan. Detta sammanfaller med Mesoarchean-eran, perioden då fotosyntetiska cyanobakterier skapade de första revsystemen och långsamt omvandlade jordens atmosfäriska koldioxid till syrgas (vilket så småningom ledde till den nuvarande balansen mellan kväve och syre).
Även om ytan på Titan tros innehållaledtrådar som kan förbättra vår förståelse för hur livet har sitt ursprung i vårt solsystem, att få en tydlig bild av denna yta har varit en utmaning. Anledningen till detta har att göra med Titans atmosfär, som är full av en tät fotokemisk dis som sprider ljus.
"Titans dis är gjord av nanopartiklar,bestående av en mängd olika stora och komplexa organiska molekyler innehållande kol, väte och kväve. Dessa molekyler bildas i en kaskad av kemiska reaktioner när (ultraviolett och kosmisk) strålning träffar en blandning av metan, kväve och andra gaser. i en atmosfär som liknar Titans."
Leo Gross och Natalie Carrasco, IBM
Som ett resultat vet forskare fortfarande inte mycket omde processer som styr Titans atmosfär, inklusive den exakta kemiska strukturen hos de stora molekylerna som utgör denna dis. I årtionden har astrokemiker genomfört laboratorieexperiment med liknande organiska molekyler som kallas tholins, en term härledd från det grekiska ordet för "grumligt".
Toliner tillhör ett brett spektrum av organiskakolinnehållande föreningar som bildas när de utsätts för solstrålar eller kosmiska strålar. Dessa molekyler är vanliga i det yttre solsystemet och finns ofta i iskroppar, där ytskiktet innehåller metanis som utsätts för strålning. Deras närvaro indikeras av en rödaktig yta eller sepia-färgade fläckar.
För sin forskning genomförde ett team ledd av Schultz och Maillard ett experiment där de observerade toliner i olika stadier av bildningen under laboratorieförhållanden.
”Vi fyllde ett kärl av rostfritt stålen blandning av metan och kväve, och initierade sedan kemiska reaktioner genom en elektrisk urladdning, och simulerade därigenom förhållandena i Titans atmosfär. Vi analyserade sedan mer än 100 av de resulterande molekylerna som utgör Titans toliner i vårt laboratorium i Zürich, och erhöll atomupplösningsbilder av ungefär ett dussin av dem med hjälp av vårt hemmagjorda lågtemperatur-atomkraftsmikroskop."
Leo Gross och Natalie Carrasco, IBM
Genom att sortera molekyler av olika storlekar, teametfått insikt i dessa molekylers olika tillväxtstadier, samt hur deras kemiska sammansättning ser ut. I huvudsak observerade de en nyckelkomponent i Titans atmosfär när den bildades och ackumulerades, vilket skapade den berömda dimeffekten.
Forskare observerar molekylär arkitektur för första gångensyntetiska föreningar som liknar de som tros orsaka orange dis i Titans atmosfär. Dessutom kan deras resultat kasta ljus på en mystisk metanbaserad hydrologisk cykel. På jorden består denna cykel av övergången från vatten från ett gasformigt tillstånd (vattenånga) till ett flytande tillstånd (regn och ytvatten). På Titan sker samma cykel med metan, som överförs från atmosfäriskt metan och faller som metanregn och bildar de berömda kolvätesjöarna.
I detta fall är forskargruppens resultatkunde avslöja den roll som kemisk dis spelar i Titans metancykel, inklusive om dessa nanopartiklar kan flyta på dess metansjöar. Dessutom kunde dessa upptäckter visa om liknande atmosfäriska aerosoler hjälpte till att skapa liv på jorden för miljarder år sedan.
Molekylära strukturer är kända för att vara braabsorberare av ultraviolett ljus. Detta innebär i sin tur att diset kan fungera som en sköld och skydda DNA-molekyler på den tidiga jordytan från att skada strålning.
NASA planerar att skicka till Titan på 2030-taletett robotfarkost kallat Dragonfly för att utforska dess yta och atmosfär och leta efter möjliga tecken på liv. Som alltid kommer teoretiska arbeten och laboratorieexperiment som genomförs under tiden att göra det möjligt för forskare att begränsa sitt fokus och öka chanserna att uppdraget, när det anländer, hittar vad det letar efter.
Se även:
Fysiker har skapat en analog av ett svart hål och bekräftat Hawkings teori. Vart leder det?
Abort och vetenskap: vad kommer att hända med barnen som kommer att föda
Forskare har upptäckt hastighetsgränsen i kvantvärlden