Titāna aerosola daļiņas, kas izgatavotas laboratorijā, kā redzams sadaļā Skenējošā elektronu mikroskopija. (Nathalie Carrasco/Flickr/CC BY-ND 2.0) Ārpus Zemes vispārējā zinātniskā vienprātība ir tāda, ka labākā vieta, kur meklēt pierādījumus par ārpuszemes dzīvību, ir Marss . Tomēr tā nebūt nav vienīgā vieta.
Papildus daudzajām ārpussaules planētām, kas ir apzīmētas kā 'potenciāli apdzīvojamas', mūsu Saules sistēmā ir daudz citu kandidātu.
Tie ietver daudzos ledus pavadoņus, kuriem, domājams, ir iekšējie okeāni, kuros varētu būt dzīvība.
Starp tiem ir Titāns , Saturna lielākais pavadonis, kura atmosfērā un virsmā notiek visa veida organiskā ķīmija. Zinātniekiem jau kādu laiku ir aizdomas, ka Titāna atmosfēras izpēte varētu sniegt būtiskas norādes uz Zemes dzīvības evolūcijas agrīnajiem posmiem.
Pateicoties jauns pētījums, ko vadīja tehnoloģiju gigants IBM , pētnieku komandai ir izdevies laboratorijā atjaunot atmosfēras apstākļus uz Titāna.
Viņu pētījumi ir aprakstīti rakstā ar nosaukumu ' Titāna organiskās miglas attēlveidošana atomu mērogā ”, kas nesen parādījās 12. februāra numurā The Astrophysical Journal Letters .
Pētniecības grupu vadīja Dr. Fabian Schulz un Dr. Julien Maillard, un tajā bija daudz kolēģu no IBM Research-Cīrihe , Parīzes universitāte-Saclay , Ruānas Universitāte Mont-Saint-Aignan , un Maksa Planka biedrības Frica Hābera institūts .
Mākslinieka koncepcija par ezeru uz Saturna pavadoņa Titāna. (NASA/JPL-Caltech)
Liela daļa no tā, ko mēs šodien zinām par Titānu, ir parādā Kosmosa kuģis Cassini , kas riņķoja ap Saturnu no 2004. līdz 2017. gadam un savu misiju pabeidza, iegremdējot Saturna atmosfērā.
Šajā laikā Cassini veica daudzus tiešus Titāna atmosfēras mērījumus, atklājot pārsteidzoši Zemei līdzīgu vidi. Būtībā Titāns ir vienīgais ķermenis Saules sistēmā, kurā ir blīva slāpekļa atmosfēra un notiek organiskie procesi.
Īpaši interesants ir fakts, ka zinātnieki uzskata, ka aptuveni pirms 2,8 miljardiem gadu Zemes atmosfēra varēja būt līdzīga. Tas sakrīt ar Mezoarhijas laikmets , periods, kurā fotosintētiskās cianobaktērijas izveidoja pirmās rifu sistēmas un lēnām pārveidoja Zemes atmosfēras oglekļa dioksīdu skābekļa gāzē (galu galā novedot pie tā pašreizējā slāpekļa un skābekļa līdzsvara).
Lai gan tiek uzskatīts, ka Titāna virsma satur norādes, kas varētu uzlabot mūsu izpratni par to, kā mūsu Saules sistēmā radās dzīvība, skaidra skatījuma uz šo virsmu ir bijusi problēma.
Iemesls tam ir saistīts ar Titāna atmosfēru, ko caurstrāvo blīva fotoķīmiskā dūmaka, kas izkliedē gaismu. Kā Leo Gross un Natālija Karrasko (pētījuma līdzautori) paskaidrots nesen publicētajā rakstā IBM pētniecības emuārs :
'Titāna dūmaka sastāv no nanodaļiņām, kas izgatavotas no dažādām lielām un sarežģītām organiskām molekulām, kas satur oglekli, ūdeņradi un slāpekli. Šīs molekulas veidojas ķīmisko reakciju kaskādē, kad (ultravioletais un kosmiskais) starojums saskaras ar metāna, slāpekļa un citu gāzu maisījumu tādās atmosfērās kā Titāna.
Rezultātā joprojām ir daudz, ko zinātnieki nezina par procesiem, kas virza Titāna atmosfēru, kas ietver precīzu lielo molekulu ķīmisko struktūru, kas veido šo dūmaku.
Gadu desmitiem astroķīmiķi ir veikuši laboratorijas eksperimentus ar līdzīgām organiskām molekulām, kas pazīstamas kā tholins – termins, kas atvasināts no grieķu vārda “dubļains” (vai “miglains”).
Tolīni attiecas uz dažādiem organisko oglekli saturošiem savienojumiem, kas veidojas, pakļaujoties saules UV vai kosmiskajiem stariem.
Šīs molekulas ir izplatītas ārējā Saules sistēmā un parasti atrodas ledus ķermeņos, kur virsmas slānis satur metāna ledu, kas ir pakļauts starojumam. Par to klātbūtni liecina virsmas, kurām ir sārta izskats vai sēpijas krāsas traipi.
Pētījuma nolūkos Šulca un Maillarda vadītā komanda veica eksperimentu, kurā laboratorijas vidē novēroja tolīnus dažādās veidošanās stadijās. Kā Gross un Karrasko paskaidroja :
'Mēs appludinājām nerūsējošā tērauda trauku ar metāna un slāpekļa maisījumu un pēc tam ar elektrisko izlādi izraisījām ķīmiskas reakcijas, tādējādi atdarinot apstākļus Titāna atmosfērā. Pēc tam mūsu laboratorijā Cīrihē mēs analizējām vairāk nekā 100 iegūtās molekulas, kas veido Titāna tolīnus, iegūstot aptuveni duci no tām atomu izšķirtspējas attēlus ar mūsu mājās izveidoto zemas temperatūras atomu spēka mikroskopu.
NASA kosmosa kuģis Cassini skatās uz Saturna lielākā pavadoņa nakts pusi. (NASA/JPL-Caltech/Kosmosa zinātnes institūts)
Atrisinot dažāda lieluma molekulas, komandai tika sniegts ieskats dažādos posmos, kuros šīs miglas molekulas aug, kā arī to ķīmiskais sastāvs.
Būtībā viņi novēroja galveno sastāvdaļu Titāna atmosfērā, kad tā veidojās un uzkrājās, lai radītu Titāna slaveno dūmakaino efektu. Teica Konors A. Niksons , NASA Godāra kosmosa lidojumu centra pētnieks (kurš nebija saistīts ar pētījumu):
'Šajā rakstā ir parādīts jauns revolucionārs darbs atomu mēroga mikroskopijas izmantošanā, lai izpētītu sarežģītu, daudzu gredzenu organisko molekulu struktūras. Tipiskā laboratorijā radīto savienojumu analīze, izmantojot tādas metodes kā masu spektroskopija, atklāj dažādu elementu relatīvās proporcijas, bet ne ķīmisko saiti un struktūru.
'Pirmo reizi šeit mēs redzam sintētisko savienojumu molekulāro arhitektūru, kas ir līdzīga tiem, kas, domājams, izraisa Titāna atmosfēras oranžo dūmaku. Šī lietojumprogramma tagad nodrošina jaunu aizraujošu rīku astrobioloģisko materiālu, tostarp meteorītu un atgriezto paraugu no planētu ķermeņiem, analīzei.
Turklāt to rezultāti var arī izgaismot Titāna noslēpumaino hidroloģisko ciklu, kura pamatā ir metāns. Uz Zemes šis cikls sastāv no ūdens pārejas starp gāzveida stāvokli (ūdens tvaiki) un šķidru stāvokli (lietus un virszemes ūdens).
Uz Titāna tāds pats cikls notiek ar metānu, kas pāriet no atmosfēras metāna gāzes un nokrīt kā metāna lietus, veidojot Titāna slavenos ogļūdeņražu ezerus.
Šajā gadījumā pētnieku grupas rezultāti varētu atklāt ķīmiskās miglas lomu Titāna metāna ciklā, tostarp to, vai šīs nanodaļiņas var peldēt uz tā metāna ezeriem.
Turklāt šie atklājumi varētu atklāt, vai līdzīgi atmosfēras aerosoli palīdzēja dzīvībai parādīties uz Zemes pirms miljardiem gadu.
'Ir zināms, ka tagad attēlotās molekulārās struktūras labi absorbē ultravioleto gaismu.' aprakstīts Gross un Karrasko. 'Tas, savukārt, nozīmē, ka dūmaka varētu būt darbojusies kā vairogs, kas aizsargā DNS molekulas uz agrīnās Zemes virsmas no kaitīga starojuma.'
PAMPRE ierīce, kas atjaunoja Titāna dūmakas daļiņas. ( Natālija Karasko/Flickr/CC BY-ND 2.0 )
Ja šī teorija ir pareiza, komandas atklājumi ne tikai palīdzētu zinātniekiem izprast apstākļus, kādos šeit uz Zemes radās dzīvība, bet arī varētu norādīt uz iespējamo dzīvības pastāvēšanu uz Titāna.
Šī satelīta noslēpumaino raksturu zinātnieki pirmo reizi uzzināja 80. gadu sākumā, kad Voyager 1 un 2 kosmosa zondes abas lidoja caur Saturna sistēmu. Kopš tā laika zinātnieki ir apvienojušies.
Līdz 2030. gadiem NASA plāno nosūtīt robotizētu rotoru ar nosaukumu Spāre uz Titānu, lai izpētītu tā virsmu un atmosfēru un meklētu iespējamās dzīvības pazīmes.
Kā vienmēr, pa to laiku veiktais teorētiskais darbs un laboratorijas eksperimenti ļaus zinātniekiem sašaurināt fokusu un palielināt izredzes, ka misija (kad tā ieradīsies) atradīs to, ko tā meklē.
Šo rakstu sākotnēji publicēja Visums šodien . Izlasi oriģinālu rakstu .