Vaizdo kreditas: ESA
Gyvenimui, kaip mes jį žinome, reikia bent trijų elementų: vandens, energijos ir atmosferos. Tarp Marso ir mėnulių aplink Jupiterį ir Saturną yra vienas ar du iš šių trijų elementų, tačiau mažiau žinoma, jei yra visas komplektas. Tik Saturno mėnulio Titano atmosfera yra panaši į Žemės slėgį ir yra daug storesnė nei Marso (1% Žemės jūros lygio slėgio).
Įdomiausias dalykas, susijęs su Titano angliavandenilių miglos modeliavimu, yra tas, kad šiame nerūpestingame komponente yra molekulių, vadinamų tolinais (iš graikų kalbos žodžio dumblas), kurie gali sudaryti pagrindus gyvenimo blokams. Pavyzdžiui, amino rūgštys, viena iš sausumos gyvybės elementų, susidaro, kai šios raudonai rudos, panašios į smogą, dalelės dedamos į vandenį. Kaip pažymėjo Carlas Saganas, Titanas gali būti laikomas plačiąja lygiagrečia ankstyvajai sausumos atmosferai, atsižvelgiant į jo chemiją, ir tokiu būdu jis tikrai yra susijęs su gyvenimo ištakomis.
Šią vasarą NASA erdvėlaivis „Cassini“, paleistas 1997 m., Ketina ketverius metus skristi į orbitą aplink Saturną ir jo mėnulius. 2005 m. Pradžioje planuojama, kad „Huygens“ zondas panirs į miglotą Titano atmosferą ir nusileis Mėnulio paviršiuje. „Cassini“ erdvėlaivio orbitoje yra 12 instrumentų, o „Huygens“ zonde - 6 instrumentai. Huygens zondas visų pirma yra skirtas atmosferos mėginių ėmimui. Zondas yra pritaikytas matuoti ir vaizdus fiksuoti paviršiuje iki pusvalandžio. Bet zondas neturi kojų, todėl nusileidus ant Titano paviršiaus jo orientacija bus atsitiktinė. Ir tai gali nutikti ne toje vietoje, kurioje yra organinių medžiagų. Vaizdai, kur „Cassini“ yra dabartinėje orbitoje, yra nuolat atnaujinami ir yra matomi misijos eigoje.
Žurnalas „Astrobiology“ turėjo galimybę pakalbėti su Paryžiaus universiteto mokslininku Jean-Michel Bernard apie tai, kaip imituoti sudėtingą Titano chemiją antžeminiame mėgintuvėlyje. Jo Titano aplinkos modeliavimas grindžiamas klasikine prebiotine sriuba, kurią prieš penkiasdešimt metų įkūrė Čikagos universiteto tyrėjai Haroldas Urey ir Stanley Milleris.
Astrobiologijos žurnalas (AM): Kas pirmiausia paskatino domėtis atmosferine „Titano“ chemija?
Jean-Michel Bernard (JB): Kaip dvi paprastos molekulės (azotas ir metanas) sukuria labai sudėtingą chemiją? Ar chemija tampa biochemija? Naujausi gyvybės atradimai ekstremaliomis sąlygomis Žemėje (bakterijos Pietų ašigalyje -40 ° C temperatūroje ir archaja daugiau kaip +110 ° C temperatūroje šalia hidroterminių šaltinių) leidžia manyti, kad gyvybė gali būti kituose pasauliuose ir kituose pasauliuose. sąlygos.
„Titan“ turi astrobiologinį susidomėjimą, nes tai yra vienintelis Saulės sistemos palydovas, turintis tankią atmosferą. Titano atmosferą sudaro azotas ir metanas. Iš Saulės ir Saturno aplinkos patenkančios energetinės dalelės sudaro sąlygas sudėtingai chemijai, pavyzdžiui, angliavandeniliams ir nitrilams susidaryti. Dalelės taip pat sukelia nuolatinį miglą aplink palydovą, metano liūtis, vėjai, sezonai Neseniai Titano paviršiuje buvo aptikti angliavandenilių ežerai. Manau, kad šis atradimas, jei jį patvirtins „Cassini-Huygens“ misija, sudomins.
Tai „Titaną“ pavers Žemės analogu, nes jame būtų atmosfera (dujos), ežerai (skystas), migla ir dirvožemis (kieta) - trys gyvybės atsiradimui reikalingos aplinkos.
„Titano miglos“ sudėtis nežinoma. Turimi tik optiniai duomenys ir juos sunku analizuoti dėl šios anglies turinčios medžiagos sudėtingumo. Buvo imtasi daug eksperimentų, siekiant imituoti Titano atmosferos chemiją, ypač aerozolių analogus, kuriuos Carlas Saganas pavadino „tholinais“. Panašu, kad tholinai gali būti susiję su gyvybės kilme. Iš tikrųjų hidrolizuojant šiuos „Titan“ aerozolių analogus, susidaro amino rūgštys, gyvybės pirmtakai.
ESU: Ar galite apibūdinti savo eksperimentinį modeliavimą, pratęsiantį Millerio-Urey eksperimentus tokiu būdu, kuris yra pritaikytas Titano žemai temperatūrai ir nepakartojamai chemijai?
JB: Po Millerio-Urey eksperimentų buvo atlikta daugybė tariamos prebiotinės sistemos eksperimentinių modeliavimų. Tačiau, gavus „Voyager“ duomenis, reikėjo grįžti prie šio požiūrio, kad būtų galima modeliuoti „Titan“ atmosferą. Tada keli mokslininkai atliko tokius modeliavimo eksperimentus, įvesdami azoto ir metano mišinį į tokią sistemą kaip Millerio aparatas. Tačiau problema tapo akivaizdi dėl skirtumų tarp eksperimentinių ir Titano sąlygų. Slėgis ir temperatūra neatspindėjo Titano aplinkos. Tada nusprendėme atlikti eksperimentus, kuriuose atkuriamas Titano stratosferos slėgis ir temperatūra: 2% metano azoto dujose mišinys, žemas slėgis (apie 1 mbar) ir kriogeninė sistema, kad būtų žema temperatūra. Be to, mūsų sistema yra dedama į pirštinių dėžutę, kurioje yra gryno azoto, kad būtų išvengta kietų produktų užteršimo aplinkos oru.
ESU: Kaip manote, koks yra geriausias energijos šaltinis norint sukelti Titano sintetinę chemiją: Saturno dalelių magnetosfera, saulės radiacija ar dar kažkas?
JB: Mokslininkai diskutuoja, koks energijos šaltinis geriausiai imituotų energijos šaltinius Titano atmosferoje. Ultravioletinė (UV) spinduliuotė? Kosminiai spinduliai? Elektronai ir kitos energetinės dalelės, patenkančios iš Saturno magnetosferos? Visi šie šaltiniai yra susiję, tačiau jų atsiradimas priklauso nuo aukščio: ekstremali ultravioletinė spinduliuotė ir elektronai jonosferoje, UV šviesa stratosferoje, o kosmoso spinduliai vyksta troposferoje.
Manau, turėtų būti tinkamas klausimas: koks yra eksperimento tikslas? Norint suprasti vandenilio cianido (HCN) chemiją Titano stratosferoje, tikslinga modeliuoti ultravioletiniu HCN spinduliavimu. Jei tikslas yra nustatyti galaktikos kosminių spindulių sukeltų elektrinių laukų poveikį troposferoje, geriau, kai imituojamos Titano atmosferos iškrovos vainikinės lazdele.
Tyrinėdami Titano stratosferos sąlygas, modeliavimui pasirinkome naudoti elektrinę iškrovą. Šį pasirinkimą ginčija mažuma mokslininkų, nes pagrindinis Titano stratosferos energijos šaltinis yra UV spinduliuotė. Bet mūsų rezultatai patvirtino mūsų eksperimentą. Mes aptikome visas organines rūšis, pastebėtas Titane. Prieš stebėdami, mes numatėme CH3CN (acetonitrilo) buvimą. Pirmą kartą aptikome dicianacetileną, C4N2, kambario temperatūroje nestabilią molekulę, kuri taip pat buvo aptikta Titano atmosferoje. Vidutinis infraraudonųjų spindulių kietų produktų, sukurtų mūsų eksperimente, parašas atitiko Titano stebėjimus.
ESU: Kaip jūsų rezultatai yra planuojamų Cassini-Huygens zondo atmosferos tyrimų dalis?
JB: Bendradarbiaudami su komanda iš „Observatoire Astronomique de Bordeaux“ Prancūzijoje, nustatėme aerozolių analogų dielektrines konstantas. Tai leis mums įvertinti, kaip Titano atmosfera ir paviršiaus savybės gali turėti įtakos Cassini-Huygens radaro eksperimentų atlikimui. Aerozolio savybės gali turėti įtakos Huygens zondo laivo aukščio matuokliui, tačiau norint patvirtinti šį rezultatą, reikia atlikti papildomus eksperimentus.
Prieš dvejus metus mes pristatėme dujų mišinį, N2 / CH4 / CO (98 / 1,99 / 0,01). Tikslas buvo nustatyti anglies monoksido, labiausiai deguonies turinčio junginio, poveikį Titanui. Keista, bet kaip pagrindinį deguonies prisotintą produktą aptikome oksiraną dujinėje fazėje. Ši nestabili molekulė buvo rasta tarpžvaigždinėje terpėje, tačiau teoriniai modeliai to nenustato Titano chemijai. Tačiau galbūt šios molekulės yra Titane.
Šiuo metu mes analizuojame pirmąsias molekules, radikalus, atomus ir jonus (arba „rūšis“), sukurtas mūsų eksperimentiniame reaktoriuje. Mes naudojame infraraudonųjų spindulių spektrometriją ir ultravioletinių spindulių matomą spinduliavimą, kad ištirtume sužadintąsias rūšis, tokias kaip CN, CH, NH, C2, HCN, C2H2. Toliau stebėsime koreliaciją tarp šių rūšių gausos ir kietų produktų struktūrų. Sujungę šiuos eksperimentinius rezultatus su teoriniu modeliu, sukurtu bendradarbiaujant su Porto universitetu Portugalijoje, turėsime geresnį supratimą apie chemiją, vykstančią eksperimentiniame reaktoriuje. Tai leis mums analizuoti „Cassini-Huygens“ duomenis ir „Titano“ miglą.
Mūsų komanda užsiima ir misijos mokslo lygiu, nes vienas iš misijos mokslininkų yra ir mūsų grupėje Laboratoire Inter-Universitaire des Syst? Mes Atmosph? Riques, LISA). Mūsų laboratorijos tholinai bus naudojami kaip vadovai kalibruoti keletą prietaisų, esančių Huygens zonde ir Cassini orbitoje.
Zonde ir orbitoje yra 18 instrumentų. Kalibravimo bandymai reikalingi dujų chromatografijai ir masių spektroskopijai [GC-MS]. GC-MS nustatys ir išmatuos chemines medžiagas Titano atmosferoje.
Kalibravimo bandymai taip pat reikalingi aerozolių surinkėjui ir pirolizeriui (ACP). Šis eksperimentas iš atmosferos per filtrus įtrauks aerozolio daleles, tada įkaitintus mėginius kaitins krosnyse, kad išgarintų lakias medžiagas ir suskaidytų sudėtines organines medžiagas.
Taip pat reikia kalibruoti kompozitinį infraraudonųjų spindulių spektrometrą (CIRS) - orbitos šiluminį matavimo prietaisą. Palyginti su ankstesnėmis misijomis giluminėje kosmose, spektrometras, esantis „Cassini-Huygens“ laive, yra reikšmingas patobulinimas, jo spektrinė skiriamoji geba yra dešimt kartų didesnė nei „Voyager“ erdvėlaivio spektrometras.
ESU: Ar turite šio tyrimo ateities planų?
JB: Kitas mūsų žingsnis yra Marie-Claire Gazeau sukurtas eksperimentas, vadinamas „SETUP“. Eksperimentą sudaro dvi dalys: šalta plazma, skirta azotui atskirti, ir fotocheminis reaktorius, skirtas fotodisocijuoti metanui. Tai suteiks mums geresnį visuotinį Titano būklės modeliavimą.
Originalus šaltinis: NASA žurnalas „Astrobiology“
