Cassinis leder efter byggestenene i livet på Titan

Søer og have af flydende metan, regn fra kulbrinteskyer, og beviser på giftigt hydrogencyanid i Titans atmosfære var blot nogle af de opdagelser, Cassini-sonden gjorde af Saturns største måne.

Rumsonden har nu foretaget sin sidste passage af Titan, da den er på vej mod sit store finaledykker ind i den ringmærkede planet senere på ugen.

Døbt Cassinis "farvel kys" af NASA, Titan har været genstand for meget granskning af sonden, med 127 forbiflyvninger på sin 13-årige mission med at udforske planetsystemet.

En af Cassinis største bedrifter er dens bidrag til at løse Titans komplicerede kemi, uden tvivl et af de mere kemisk forskellige objekter i vores solsystem.

Vi har i nogen tid vidst, at kombinationen af ​​ultraviolette stråler fra Solen og partikelbombardement har ændret den primært nitrogen- og metanatmosfære over tid.

Denne kemi har opretholdt en tyk, orange smoglag, der omgiver hele kroppen, indhylle Titans oceaner og landskab fra udsigten før Cassinis ankomst.

Undersøger Titan

Med Cassinis værktøjssæt af avancerede sanseinstrumenter – kombineret med atmosfærisk prøvetagning af Huygens-sonden under dens nedstigning til overfladen i 2005 – har missionen udviklet et omfattende billede af Titans kemi.

Spændende nok, oven på de hundredvis af molekyler, der stod for, kemiske modeller udviklet her på Jorden, der inkorporerer Cassini-data, forudsiger eksistensen af ​​endnu mere komplekst materiale.

Af potentiel betydning for biokemi, disse molekyler har unddraget sig observation over den relativt korte Cassini-mission, være enten ude af syne eller til stede på niveauer under udstyrets detektionsgrænser.

Selvom de kun er dannet i små mængder i atmosfæren, er det sandsynligt, at disse livbærende arter har opbygget sig på overfladen i løbet af Titans historie. Så hvad er disse kemikalier, og hvordan bliver de til?

Cyanid sne

I modsætning til Jorden, iltatomer er ret knappe i Titans atmosfære. Vand er låst som overfladeis, og der ser ikke ud til at være rigelige kilder til O₂-gas.

I stedet for ilt, vi ser nitrogen spille en mere væsentlig rolle i Titans atmosfæriske kemi.

Her, almindelige produkter af nitrogenreaktioner er cyanidfamilien af ​​forbindelser, hvoraf hydrogencyanid (HCN) er den enkleste og mest udbredte.

Da antallet af cyanidmolekyler opbygges ved lavere, koldere højder danner de skylag af store floppy polymerer (tholiner) og spirende isaerosoler.

Når aerosoler falder til overfladen, skaller af metan og ethan-is danner yderligere lag på ydersiden. Dette beskytter det indre organiske materiale ved dets nedgang til overfladen, før det spredes i kulbrintesøer og have.

Overraskende nok er det disse cyanidforbindelser, kemikalier tæt forbundet med toksicitet og død for jordiske livsformer, som faktisk kan give mulighed for, at livsbærende biomolekyler kan dannes i rummiljøer.

Nogle simuleringer forudsiger, at cyanider fanget i is og udsat for rumstråling kan føre til syntese af aminosyrer og DNA-nukleobasestrukturer - byggestenene i livet på Jorden.

Ophidset over disse forudsigelser og deres implikationer for astrobiologi, kemikere har skyndt sig at udforske disse reaktioner i laboratoriet.

Synkrotroneksperimenter:Titan-in-a-can

Vores bidrag til astrokemi har fokuseret på at simulere Titans atmosfære og dens cyaniddis.

Med en specialiseret gascelle installeret på den australske Synchrotron, vi er i stand til at kopiere de kolde temperaturer, der er forbundet med Titans skylag.

Ved at injicere cyanider (den venligere variant) i vores celle kan vi bestemme størrelsen, struktur og tæthed af Titan-aerosoler, når de vokser over tid; sondering med infrarødt lys fra anlægget.

Disse resultater har givet os en liste over signaturer, for hvilke vi kan lokalisere cyanid aerosoler ved hjælp af infrarød astronomi.

Det næste trin vil være at så disse aerosoler med organiske arter for at afgøre, om de kan identificeres i udenjordiske atmosfærer.

Måske vil disse signaler fungere som et fyrtårn for fremtidige udforskninger designet til at søge efter komplekst organisk materiale på mere fjerntliggende steder i rummet - potentielt endda på de "gigantiske Jord" exoplaneter i fjerne stjernesystemer.

Livet væk fra jorden

Rummet giver os et unikt perspektiv til at vende kemiens sider tilbage. Blandt planeterne, måner og stjerner - og den ikke helt tomhed imellem - vi kan studere de indledende reaktioner, der menes at have startet kemien her på Jorden.

Bruger stadig mere følsomme teleskoper og avancerede rumfartøjer, vi har afsløret kemiske planteskoler - lommer af gas og is, der er udsat for hård rumstråling - i vores solsystem og videre.

Sådan koldt, iskolde objekter som Titan, Jupiters måner, Trans-neptunske objekter (såsom Pluto og andre mindre kroppe i Kuiperbæltet og videre), samt mikroskopiske interstellare støvpartikler, alle genererer højere ordens organiske molekyler fra simple kemiske ingredienser.

Så vidt vi ved, manglen på varme og flydende vand udelukker liv i disse verdener.

Imidlertid, vi kan lede efter spor om livets oprindelse på en primitiv Jord. Blev livsbærende kemikalier leveret via kometnedslag, eller lavet in-house nær de tidlige havkyster eller dybhavsvulkaner? At observere kemien i fjerne objekter kunne en dag give svarene.

Disse indtog i vores kemiske historie er blevet muliggjort af de betydelige skridt, vi har taget i vores udforskning af rummet, herunder, som et lysende eksempel, den bragende succes med Cassinis udforskning af Titan.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.