Resim kredisi: ESA
Hayatı bildiğimiz gibi barındırmak en az üç unsur gerektirir: su, enerji ve atmosfer. Mars ve hem Jüpiter hem de Satürn çevresindeki uydular arasında, bu üç unsurdan birinin veya ikisinin kanıtı var, ancak tam bir set varsa daha az biliniyor. Sadece Satürn'ün uydusu Titan, Dünya'nın baskısı altında olan bir atmosfere sahiptir ve Marslıdan çok daha kalındır (Dünya'nın deniz seviyesi basıncının% 1'i).
Titan’ın hidrokarbon pusunun simülasyonları hakkında en ilginç nokta, bu dumanlı bileşenin, yaşamın yapı taşlarının temellerini oluşturabilen tholins (Yunanca kelime, çamurlu) adlı moleküller içermesidir. Örneğin, kara yaşamının yapı taşlarından biri olan amino asitler, bu kırmızı-kahverengi duman benzeri parçacıklar suya yerleştirildiğinde oluşur. Carl Sagan'ın belirttiği gibi, Titan kimyası açısından erken karasal atmosfere geniş bir paralel olarak kabul edilebilir ve bu şekilde kesinlikle yaşamın kökenleri ile ilgilidir.
Bu yaz, NASA’nın 1997’de başlatılan Cassini uzay aracı, dört yıl boyunca Satürn ve uydularının etrafında yörüngeye girmesi planlanıyor. 2005'in başlarında, piggyback Huygens probunun puslu Titan atmosferine dalması ve ayın yüzeyine inmesi planlanıyor. Cassini Uzay Aracı yörüngesinde 12 enstrüman ve Huygens Probunda 6 enstrüman vardır. Huygens probu öncelikle atmosferi örneklemeye yöneliktir. Prob yüzeyde yarım saate kadar ölçüm yapmak ve görüntü kaydetmek için donatılmıştır. Ancak probun bacakları yoktur, bu yüzden Titan’ın yüzeyine oturduğunda yönü rastgele olacaktır. Ve inişi organik taşıyan bir alan tarafından olmayabilir. Cassini'nin mevcut yörüngesinde olduğu yerler sürekli güncellenir ve görev ilerledikçe görüntülenebilir.
Astrobiyoloji Dergisi, Paris Üniversitesi'nden araştırma bilimcisi Jean-Michel Bernard ile Titan'ın karmaşık kimyasının karasal test tüpünde nasıl simüle edileceği hakkında konuşma fırsatı buldu. Titan’ın çevre simülasyonları, ilk olarak elli yıl önce Chicago Üniversitesi araştırmacıları Harold Urey ve Stanley Miller tarafından öncülük edilen klasik prebiyotik çorba üzerine kuruludur.
Astrobiyoloji Dergisi (AM): Titan'ın atmosferik kimyasına olan ilginizi ilk ne uyardı?
Jean-Michel Bernard (JB): İki basit molekül (azot ve metan) nasıl çok karmaşık bir kimya oluşturur? Kimya biyokimyaya dönüşüyor mu? Dünyadaki aşırı koşullarda yaşamın son keşifleri (Güney Kutbu'ndaki -40 ° C'deki bakteriler ve hidrotermal kaynakların çevresindeki +110 ° C'den fazla archaea), yaşamın diğer dünyalarda ve diğer ülkelerde mevcut olabileceğini varsayar. koşullar.
Titan astrobiyolojik bir ilgiye sahiptir, çünkü yoğun bir atmosfere sahip güneş sistemindeki tek uydudur. Titan’ın atmosferi azot ve metandan oluşur. Güneş ve Satürn'ün ortamından gelen enerjik parçacıklar hidrokarbon ve nitril oluşumu gibi karmaşık kimyaya izin verir. Parçacıklar ayrıca uydu etrafında kalıcı bir pus, metan yağmurları, rüzgarlar, mevsimler oluşturur. Son zamanlarda Titan'ın yüzeyinde hidrokarbon gölleri tespit edilmiş gibi görünüyor. Bence bu keşif, eğer Cassini-Huygens misyonu tarafından onaylanırsa, büyük ilgi görecektir.
Titan'ı dünyaya analog hale getirir, çünkü yaşamın ortaya çıkması için gerekli üç ortam olan bir atmosfer (gaz), göller (sıvı), pus ve toprak (katı) olacaktır.
Titan’ın pusunun bileşimi bilinmiyor. Sadece optik veriler mevcuttur ve bu karbonlu materyalin karmaşıklığı nedeniyle analiz edilmesi zordur. Titan’ın atmosferinin kimyasını taklit etmek için birçok deney yapıldı, en önemlisi Carl Sagan’ın grubu tarafından “tholins” adı verilen aerosol analogları. Görünüşe göre tholinler yaşamın kökenine karışabilir. Gerçekten de, bu Titan aerosol analoglarının hidrolizi, yaşamın öncüleri olan amino asitlerin oluşumuna yol açar.
AM: Miller-Urey deneylerini Titan’ın düşük sıcaklıkları ve benzersiz kimyası için özelleştirilmiş bir şekilde genişletmek için deneysel simülasyonunuzu açıklayabilir misiniz?
JB: Miller-Urey deneylerinden bu yana, sözde prebiyotik sistemin birçok deneysel simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Ancak Voyager’ın verilerinin alınmasından sonra, Titan’ın atmosferini simüle etmek için bu yaklaşıma geri dönmek gerekli görünüyordu. Daha sonra birkaç bilim adamı, Miller aparatı gibi bir sisteme bir azot-metan karışımı ekleyerek bu simülasyon deneylerini gerçekleştirdi. Ancak deneysel koşullar ile Titan'ın koşulları arasındaki fark nedeniyle bir sorun ortaya çıktı. Basınç ve sıcaklık Titan’ın çevresini temsil etmiyordu. Daha sonra Titan'ın stratosferinin basıncını ve sıcaklığını yeniden üreten deneyler yapmaya karar verdik: azotta% 2 metan gaz karışımı, düşük basınç (yaklaşık 1 mbar) ve düşük sıcaklığa sahip kriyojenik bir sistem. Ayrıca sistemimiz, katı ürünlerin ortam havasıyla kontaminasyonu önlemek için saf azot içeren bir torpido gözüne yerleştirilmiştir.
AM: Titan’ın sentetik kimyasını tetiklemek için en iyi enerji kaynağını ne düşünüyorsunuz: Satürn parçacıklarının manyetosferi, güneş radyasyonu veya başka bir şey?
JB: Bilim adamları, Titan’ın atmosferindeki enerji kaynaklarını en iyi taklit edecek şeyler hakkında tartışıyorlar. Ultraviyole (UV) radyasyonu? Kozmik ışınlar? Satürn'ün manyetosferinden gelen elektronlar ve diğer enerjik parçacıklar? Tüm bu kaynaklar söz konusudur, ancak oluşumları rakama bağlıdır: aşırı ultraviyole radyasyon ve iyonosferdeki elektronlar, stratosferdeki UV ışığı, troposferde kozmik ışınlar meydana gelir.
Bence uygun soru şu olmalı: Deneysel amaç nedir? Titan'ın stratosferindeki hidrojen siyanür (HCN) kimyasını anlamak gerekiyorsa, HCN'nin UV radyasyonu ile bir simülasyon uygundur. Amaç troposferdeki galaktik kozmik ışınlar tarafından üretilen elektrik alanlarının etkilerini belirlemekse, simüle edilmiş bir Titan atmosferinin korona deşarjı tercih edilir.
Titan’ın stratosferik koşullarını incelerken, simülasyonumuzda bir elektrik deşarjı kullanmayı seçtik. Titan’ın stratosferindeki ana enerji kaynağı UV radyasyonu olduğundan, bu seçim az sayıdaki bilim insanı tarafından tartışılmaktadır. Ancak sonuçlarımız denememizi doğruladı. Titan'da gözlemlenen tüm organik türleri tespit ettik. Gözleminden önce CH3CN (asetonitril) varlığını tahmin ettik. İlk kez Titan'ın atmosferinde de tespit edilen, oda sıcaklığında dengesiz bir molekül olan disiyanoasetilen C4N2'yi tespit ettik. Deneyimizde oluşturulan katı ürünlerin orta kızılötesi imzası Titan gözlemleri ile uyumluydu.
AM: Sonuçlarınız Cassini-Huygens probu için planlanan atmosfer testinin bir parçası mı?
JB: Fransa'daki Observatoire Astronomique de Bordeaux'dan bir ekiple işbirliği yaptıktan sonra, aerosol analoglarının dielektrik sabitlerini belirledik. Bu, Titan’ın atmosferinin ve yüzey özelliklerinin Cassini-Huygens radar deneylerinin performansını nasıl etkileyebileceğini tahmin etmemizi sağlayacaktır. Huygens probundaki altimetre, aerosol özelliklerinden etkilenebilir, ancak bu sonucu doğrulamak için tamamlayıcı deneyler yapılmalıdır.
İki yıl önce N2 / CH4 / CO (98 / 1.99 / 0.01) gaz karışımı ekledik. Amaç, en bol oksijenli bileşik olan karbon monoksitin Titan üzerindeki etkisini belirlemekti. Şaşırtıcı bir şekilde, gaz halindeki oksiranı ana oksijenli ürün olarak tespit ettik. Bu kararsız molekül yıldızlararası ortamda keşfedildi, ancak teorik modeller Titan'ın kimyası için bunu öngörmüyor. Yine de belki bu molekül Titan'da bulunur.
Şu anda deneysel reaktörümüzde oluşturulan ilk molekülleri, radikalleri, atomları ve iyonları (veya "türler") analiz ediyoruz. CN, CH, NH, C2, HCN, C2H2 gibi heyecanlı türleri incelemek için kızılötesi spektrometri ve UV-görünür emisyon kullanıyoruz. Daha sonra, bu türlerin bolluğu ile katı ürünlerin yapıları arasındaki korelasyonu gözlemleyeceğiz. Bu deneysel sonuçları Portekiz'deki Porto Üniversitesi ile işbirliği içinde geliştirilen teorik bir modelle birleştirdiğimizde deneysel reaktöre giren kimya hakkında daha iyi bir anlayışa sahip olacağız. Bu, Cassini-Huygens verilerini ve Titan’ın pus oluşumunu analiz etmemizi sağlayacaktır.
Misyonun bilim adamlarından biri de Laboratoire Üniversitelerarası des Syst? Mes Atmosph? Riques, LISA) grubumuzda olduğu için ekibimiz görev bilimi düzeyinde de yer alıyor. Laboratuvar tholinlerimiz, Huygens probu ve Cassini yörüngesindeki birkaç enstrümanı kalibre etmek için kılavuz olarak kullanılacaktır.
Prob ve yörüngede 18 alet vardır. Gaz kromatografisi ve kütle spektroskopisi için kalibrasyon testleri gereklidir [GC-MS]. GC-MS, Titan’ın atmosferindeki kimyasalları tanımlayacak ve ölçecektir.
Aerosol Toplayıcı ve Pirolizör (ACP) için de kalibrasyon testleri gereklidir. Bu deney, aerosol parçacıklarını filtreler yoluyla atmosferden çekecek, daha sonra uçucuları buharlaştırmak ve karmaşık organik malzemeleri ayrıştırmak için fırınlarda sıkışmış örnekleri ısıtacaktır.
Yörüngedeki bir termal ölçüm cihazı olan Kompozit Kızılötesi Spektrometresinin (CIRS) de kalibre edilmesi gerekir. Önceki derin uzay görevleriyle karşılaştırıldığında, Cassini-Huygens'teki spektrometre, Voyager uzay aracının spektrometresinden on kat daha yüksek bir spektral çözünürlük ile önemli bir gelişmedir.
AM: Bu araştırma için gelecek planlarınız var mı?
JB: Bir sonraki adımımız Marie-Claire Gazeau tarafından geliştirilen “SETUP” adlı bir deney. Deney iki bölümden oluşur: azotun ayrıştırılması için bir soğuk plazma ve metanın ayrıştırılması için bir fotokimyasal reaktör. Bu bize Titan’ın durumunun daha iyi bir küresel simülasyonunu verecektir.
Orijinal Kaynak: NASA Astrobiyoloji Dergisi
