Credit de imagine: ESA
Este nevoie de cel puțin trei elemente pentru a adăposti viața așa cum o cunoaștem: apă, energie și atmosferă. Dintre Marte și lunile din jurul lui Jupiter și Saturn, există dovezi despre unul sau două dintre aceste trei elemente, dar se știe mai puțin dacă este disponibil un set complet. Numai luna lui Saturn, Titan, are o atmosferă comparabilă cu presiunea Pământului și este mult mai groasă decât cea marțiană (1% din presiunea nivelului mării).
Cel mai interesant punct despre simulările de ceață de hidrocarburi ale Titanului este că această componentă smoggy conține molecule numite tholins (din cuvântul grecesc, noroi) care pot constitui temelia blocurilor de viață. De exemplu, aminoacizii, unul dintre blocurile de viață terestre, se formează atunci când aceste particule de smog roșu-brun sunt plasate în apă. După cum a subliniat Carl Sagan, Titan poate fi privit ca o largă paralelă cu atmosfera terestră timpurie în ceea ce privește chimia sa și, în acest fel, este relevant cu siguranță la originile vieții.
În această vară, nava spațială Cassini a NASA, lansată în 1997, este programată să intre pe orbită în jurul lui Saturn și lunile sale timp de patru ani. La începutul anului 2005, sonda Huygens este programată să se plonjeze în atmosfera nebună a Titanului și să aterizeze pe suprafața lunii. Există 12 instrumente la bordul orbitorului navei spațiale Cassini și 6 instrumente la bordul sondei Huygens. Sonda Huygens este orientată în principal către prelevarea atmosferei. Sonda este echipată pentru a măsura și înregistra imagini până la o jumătate de oră pe suprafață. Dar sonda nu are picioare, așa că atunci când se așează pe suprafața lui Titan, orientarea sa va fi aleatorie. Și aterizarea acestuia nu poate fi efectuată de un organic care poartă site. Imaginile unde se află Cassini pe orbita sa actuală sunt actualizate continuu și sunt disponibile pentru vizualizare pe măsură ce misiunea progresează.
Revista Astrobiologie a avut ocazia să discute cu savantul de cercetare, Jean-Michel Bernard, de la Universitatea din Paris, despre cum să simuleze chimia complexă a lui Titan într-o epruvetă terestră. Simulările sale despre mediul Titan se bazează pe supa clasică prebiotică, pionieră pentru prima dată în urmă cu cincizeci de ani de cercetătorii de la Universitatea din Chicago, Harold Urey și Stanley Miller.
Revista Astrobiologie (AM): Ce v-a stimulat pentru prima dată interesul pentru chimia atmosferică a Titanului?
Jean-Michel Bernard (JB): Cum creează două molecule simple (azot și metan) o chimie foarte complexă? Chimia devine biochimie? Descoperirile recente ale vieții în condiții extreme pe Pământ (bacteriile de la Polul Sud la -40? C și arhaea la mai mult de +110? C în apropierea surselor hidrotermale) permit să presupunem că viața ar putea fi prezentă în alte lumi și alte condiţii.
Titan are interes astrobiologic, deoarece este singurul satelit din sistemul solar cu o atmosferă densă. Atmosfera Titanului este formată din azot și metan. Particulele energetice provenite din mediul Soarelui și Saturn permit o chimie complexă, cum ar fi formarea de hidrocarburi și nitrili. Particulele generează, de asemenea, o ceață permanentă în jurul satelitului, ploi de metan, vânturi, anotimpuri Recent, lacurile de hidrocarburi par să fi fost detectate pe suprafața Titanului. Cred că această descoperire, dacă este confirmată de misiunea Cassini-Huygens, va fi de mare interes.
Ar face din Titan un analog cu Pământul, deoarece ar avea o atmosferă (gaz), lacuri (lichid), ceață și sol (solid), cele trei medii necesare pentru apariția vieții.
Nu se cunoaște compoziția brumei lui Titan. Doar datele optice sunt disponibile și sunt dificil de analizat datorită complexității acestui material carbonos. Multe experimente au fost realizate pentru a imita chimia atmosferei lui Titan, în special analogii de aerosoli numiți „tholins” de către grupul lui Carl Sagan. Se pare că thinsii ar putea fi implicați în originea vieții. Într-adevăr, hidroliza acestor analogi de aerosoli Titan dă naștere la formarea de aminoacizi, precursorii vieții.
A.M: Puteți descrie simularea dvs. experimentală pentru extinderea experimentelor Miller-Urey într-un mod personalizat pentru temperaturile scăzute ale Titan și pentru chimia unică?
JB: De la experimentele Miller-Urey, au fost efectuate multe simulări experimentale ale presupusului sistem prebiotic. Dar după preluarea datelor Voyager, a părut necesar să revin la această abordare pentru a simula atmosfera lui Titan. Apoi, mai mulți oameni de știință au efectuat astfel de experimente de simulare prin introducerea unui amestec azot-metan într-un sistem precum aparatul Miller. Dar o problemă a devenit evidentă datorită diferenței dintre condițiile experimentale și condițiile lui Titan. Presiunea și temperatura nu erau reprezentative pentru mediul Titan. Apoi am decis să efectuăm experimente care să reproducă presiunea și temperatura stratosferei Titan: un amestec de gaz de 2% metan în azot, o presiune scăzută (aproximativ 1 mbar) și un sistem criogen pentru a avea o temperatură scăzută. Mai mult, sistemul nostru este plasat într-o cutie cu mănuși care conține azot pur pentru a evita contaminarea cu aerul ambiant a produselor solide.
A.M: Care considerați cea mai bună sursă de energie pentru declanșarea chimiei sintetice a lui Titan: magnetosfera particulelor saturniene, radiația solară sau altceva?
JB: Oamenii de știință dezbat despre ce sursă de energie ar simula cel mai bine sursele de energie din atmosfera lui Titan. Radiații ultraviolete (UV)? Raze cosmice? Electroni și alte particule energetice care provin din magnetosfera lui Saturn? Toate aceste surse sunt implicate, dar apariția lor depinde de altitudine: radiații ultraviolete extreme și electroni în ionosferă, lumină UV în stratosferă, în timp ce razele cosmice apar în troposferă.
Cred că întrebarea corespunzătoare ar trebui să fie: Care este obiectivul experimental? Dacă se înțelege chimia cianurii de hidrogen (HCN) din stratosfera Titanului, este necesară o simulare cu radiația UV a HCN. Dacă scopul este de a determina efectele câmpurilor electrice generate de razele cosmice galactice în troposferă, este de preferat o descărcare de coroană a unei atmosfere simulate de Titan.
În studierea condițiilor stratosferice ale Titanului, am ales să folosim o descărcare electrică în simularea noastră. Această alegere este contestată de o minoritate de oameni de știință, deoarece principala sursă de energie din stratosfera Titan este radiațiile UV. Dar rezultatele noastre au validat experimentul nostru. Am detectat toate speciile organice observate pe Titan. Am prezis prezența CH3CN (acetonitril) înainte de observarea sa. Am detectat pentru prima dată dicianoacetilena, C4N2, o moleculă instabilă la temperatura camerei care a fost detectată și în atmosfera lui Titan. Semnătura infraroșu mijlocie a produselor solide create în experimentul nostru a fost în conformitate cu observațiile Titan.
A.M: Cum faceți rezultatele dvs. în testarea atmosferică planificată pentru sonda Cassini-Huygens?
JB: După ce am colaborat cu o echipă de la Observatoire Astronomique de Bordeaux din Franța, am determinat constantele dielectrice ale analogilor aerosoli. Acest lucru ne va permite să estimăm modul în care atmosfera și proprietățile suprafeței Titanului ar putea afecta performanța experimentelor radar Cassini-Huygens. Altimetrul de la bordul sondei Huygens ar putea fi afectat de proprietățile aerosolului, dar trebuie efectuate experimente complementare pentru a confirma acest rezultat.
Acum doi ani, am introdus un amestec de gaze, N2 / CH4 / CO (98 / 1.99 / 0.01). Scopul a fost de a determina impactul monoxidului de carbon, cel mai abundent compus oxigenat pe Titan. În mod surprinzător, am detectat oxiran în faza gazoasă ca produs principal oxigenat. Această moleculă instabilă a fost descoperită în mediul interstelar, dar modelele teoretice nu o prevăd pentru chimia lui Titan. Poate că această moleculă este prezentă pe Titan.
În prezent, analizăm primele molecule, radicali, atomi și ioni (sau „specii”) create în reactorul nostru experimental. Folosim spectrometrie infraroșii și emisii vizibile UV pentru a studia specii excitate precum CN, CH, NH, C2, HCN, C2H2. În continuare, vom observa corelația dintre abundența acestor specii și structurile produselor solide. Cuplând aceste rezultate experimentale cu un model teoretic dezvoltat în colaborare cu Universitatea din Porto din Portugalia, vom avea o mai bună înțelegere despre chimia care apare în reactorul experimental. Acest lucru ne va permite să analizăm datele Cassini-Huygens și formarea de ceață a lui Titan.
Echipa noastră este implicată și la nivelul științei misiunii, deoarece unul dintre oamenii de știință ai misiunii se află și în grupul nostru de la Laboratoire Inter-Universitaire des Syst? Mes Atmosph? Riques, LISA). Tainele noastre de laborator vor fi folosite ca ghiduri pentru calibrarea mai multor instrumente de pe sonda Huygens și orbitorul Cassini.
Există 18 instrumente la bordul sondei și orbitorului. Testele de calibrare sunt necesare pentru cromatografia de gaze și spectroscopia de masă [GC-MS]. GC-MS va identifica și va măsura substanțele chimice în atmosfera lui Titan.
Testele de calibrare sunt, de asemenea, necesare pentru Aerosol Collector și Pyrolyser (ACP). Acest experiment va atrage particule de aerosoli din atmosferă prin filtre, apoi va încălzi probele prinse în cuptoare pentru a vaporiza volatilele și a descompune materialele organice complexe.
Spectrometrul infraroșu compus (CIRS), un instrument de măsurare termică de pe orbiter, trebuie, de asemenea, calibrat. Față de misiunile anterioare de spațiu profund, spectrometrul de la Cassini-Huygens este o îmbunătățire semnificativă, cu o rezoluție spectrală de zece ori mai mare decât spectrometrul navei spațiale Voyager.
A.M: Aveți planuri de viitor pentru această cercetare?
JB: Următorul nostru pas este un experiment dezvoltat de Marie-Claire Gazeau, numit „SETUP”. Experimentul are două părți: o plasmă rece pentru a disocia azotul și un reactor fotochimic pentru a fotodisaționa metanul. Aceasta ne va oferi o simulare globală mai bună a stării lui Titan.
Sursa originală: Revista Astrobiologie NASA
