Атмосфера Титана відтворена в лабораторії на Землі

Вчені вважають, що найкраще місце для пошуку доказів позаземного життя - це Марс. Однак це далеко не

єдине місце.Крім безлічі позасонячних планет, які були визначені як «потенційно населені», прямо тут, в нашій Сонячній системі, є безліч інших кандидатів. До них відносяться багато крижані супутники, які, як вважається, мають внутрішні океани, в яких може бути життя.

Багато що з того, що ми знаємо про Титані сьогодні,пов'язане з космічним кораблем «Кассіні», який обертався навколо Сатурна з 2004 по 2017 рік і завершив свою місію, занурившись в атмосферу планети. За цей час «Кассіні» провів безліч прямих вимірювань атмосфери Титана, виявивши дивно схожу на Землю середу. По суті, це єдине інше тіло в Сонячній системі, в якому є щільна азотна атмосфера і відбуваються органічні процеси.

Що особливо цікаво, так це те, що вченівважають, що приблизно 2,8 мільярда років тому атмосфера Землі могла бути схожою. Це збігається з мезоархейской ерою, періодом, коли фотосинтезуючі ціанобактерії створили перші системи рифів і повільно перетворили атмосферне вуглекислий газ Землі в газоподібний кисень (що в кінцевому підсумку призвело до нинішнього балансу азоту і кисню).

Хоча вважається, що поверхня Титану міститьпідказки, які можуть поліпшити наше розуміння того, як життя виникло в нашій Сонячній системі, отримати чітке уявлення про цю поверхні було проблемою. Причина цього пов'язана з атмосферою Титана, яка пронизана щільною фотохімічної серпанком, що розсіює світло.

«Туман Титана складається з наночастинок, що складаються знайрізноманітніших великих і складних органічних молекул, що містять вуглець, водень і азот. Ці молекули утворюються в каскаді хімічних реакцій, коли (ультрафіолетове і космічне) випромінювання потрапляє в суміш метану, азоту та інших газів. в атмосфері, подібній атмосфері Титана ».

Лео Гросс і Наталі Карраско, IBM

В результаті вчені до цих пір багато чого не знають пропроцесах, керуючих атмосферою Титана, включаючи точну хімічну структуру великих молекул, що складають цю серпанок. Протягом десятиліть астрохімік проводили лабораторні експерименти з аналогічними органічними молекулами, відомими як Толині - термін, похідний від грецького слова «мутний».

Толині відносяться до широкого спектру органічнихвуглецевмісних сполук, які утворюються при впливі сонячного ультрафіолету або космічних променів. Ці молекули поширені у зовнішній частині Сонячної системи і зазвичай зустрічаються в крижаних тілах, де поверхневий шар містить метановий лід, який зазнає впливу радіації. На їх присутність вказує рум'яна поверхню або плями кольору сепії.

Заради свого дослідження група під керівництвом Шульца і Майяра провела експеримент, в якому вони спостерігали Толині на різних стадіях освіти в лабораторних умовах.

«Ми залили посудину з нержавіючої сталі сумішшюметану та азоту, а потім ініціювали хімічні реакції за допомогою електричного розряду, імітуючи тим самим умови в атмосфері Титана. Потім ми проаналізували понад 100 отриманих молекул, складових Толині Титана, в нашій лабораторії в Цюріху, отримавши зображення приблизно десятка з них з атомним дозволом, отримані за допомогою нашого саморобного низькотемпературного атомно-силового мікроскопа ».

Лео Гросс і Наталі Карраско, IBM

Розбираючи молекули різних розмірів, командаотримала уявлення про різні стадіях росту цих молекул, а також про те, як виглядає їх хімічний склад. По суті, вони спостерігали ключовий компонент атмосфери Титана, коли вона формувалася і накопичувалася, створюючи знаменитий ефект туману.

Вчені вперше спостерігали молекулярну архітектурусинтетичних сполук, аналогічну тим, які, як вважається, викликають помаранчеву серпанок атмосфери Титана. Більш того, їх результати можуть пролити світло на загадковий гідрологічний цикл, заснований на метані. На Землі цей цикл складається з переходу води з газоподібного стану (водяна пара) в рідкий стан (дощ і поверхнева вода). На Титані той же цикл відбувається з метаном, який переходить з атмосферного метану і випадає у вигляді метанового дощу, утворюючи знамениті вуглеводневі озера.

У цьому випадку результати дослідницької групиможуть виявити роль, яку хімічна серпанок грає в метановому циклі Титана, включаючи те, чи можуть ці наночастинки плавати на його метанових озерах. Крім того, ці відкриття можуть показати, чи допомогли подібні атмосферні аерозолі з'явитися життя на Землі мільярди років тому.

Молекулярні структури відомі як хорошіпоглиначі ультрафіолетового світла. Це, в свою чергу, означає, що серпанок могла діяти як щит, який захищає молекули ДНК на ранній поверхні Землі від руйнівного випромінювання.

До 2030-х років НАСА планує відправити на Титанроботизований гвинтокрил під назвою Dragonfly, щоб дослідити його поверхню і атмосферу і шукати можливі ознаки життя. Як завжди, теоретична робота і лабораторні експерименти, проведені тим часом, дозволять вченим звузити фокус і збільшити шанси на те, що місія як тільки прибуде, знайде те, що шукає.

Читайте також:

Фізики створили аналог чорної діри і підтвердили теорію Хокінга. До чого це призведе?

Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять

Вчені виявили межа швидкості в квантовому світі