Saturns måne er et forsøgssted for at få en bedre forståelse af metanmolekylet

Titan er den næststørste måne i solsystemet og den eneste med en tæt atmosfære. På toppen af ​​denne atmosfære, rig på nitrogen og metan, producerer solens stråling en stor mangfoldighed af organiske molekyler, hvoraf nogle også finder vi på Jorden som bestanddele af livets grundlæggende enhed, cellen.

Et internationalt forskerhold ledet af Rafael Silva fra Institut for Astrofysik og Rumvidenskab og master fra Det Naturvidenskabelige Fakultet ved Universitetet i Lissabon (Ciências ULisboa), analyserede sollyset reflekteret af Titans atmosfære og identificerede for første gang næsten hundrede signaturer at metanmolekylet (CH₄ ) indskriver i det synlige bånd af det elektromagnetiske spektrum spor, der er afgørende for at finde det i andre atmosfærer.

Desuden fandt holdet mulige beviser for tilstedeværelsen af ​​tricarbonmolekylet (C₃ ), et molekyle, der kunne deltage i kæden af ​​kemiske reaktioner, der genererer komplekse molekyler af Titan- Hvis det bekræftes, vil det være den første påvisning af tricarbon-molekylet på en planetarisk krop.

"Titans atmosfære fungerer som en kemisk reaktor på planetstørrelse og producerer mange komplekse kulstofbaserede molekyler," siger Rafael Silva og tilføjer:"Af alle de atmosfærer, vi kender i solsystemet, er Titans atmosfære den, der ligner den ene. vi tror eksisterede på den tidlige Jord."

Metan, som på Jorden er en gasart, giver information om geologiske processer og potentielt om biologiske processer. Det er et molekyle, der ikke overlever længe i Jordens eller Titans atmosfærer, fordi det hurtigt og irreversibelt ødelægges af solstråling. Af denne grund skal metan på Titan genopfyldes af geologiske processer, såsom frigivelse af underjordisk gas.

Dette arbejde bragte ny information om selve metans kemi. De 97 nye linjer af dets spektrale absorption i bølgelængder af synligt lys - i de orange, gule og grønne farveområder - blev identificeret i bånd af linjer, der tidligere var forbundet med absorption af metan, men aldrig individualiseret. For første gang er bølgelængden og intensiteten af ​​hver af disse linjer kendt.

"Selv i højopløsningsspektre er metanabsorptionslinjer ikke stærke nok med den mængde gas, vi kan have i et laboratorium på Jorden. Men på Titan har vi en hel atmosfære, og den vej, som lyset bevæger sig gennem atmosfæren, kan være hundreder af kilometer lange Dette gør de forskellige bånd og linjer, som har et svagt signal i laboratorier på Jorden, meget tydelige på Titan," siger Rafael Silva.

At kende og katalogisere alle signaturerne af metanmolekylet vil også hjælpe med at identificere nye molekyler, især i atmosfærer med så kompleks kemi, hvor det er en udfordring at analysere spektrene på grund af tætheden af ​​molekylære signaturer, selv med højopløsningsinstrumenter.

Sådan fandt holdet tegn på den mulige tilstedeværelse af tricarbonmolekylet (C₃ ) i de høje lag, i en højde af 600 kilometer. I solsystemet var dette molekyle, der manifesterer sig som en blålig emission, indtil nu kun kendt i materialet omkring en kometkerne.

Absorptionslinjerne på Titan, som holdet er forbundet med tricarbon, er få og af lav intensitet på trods af at de er meget specifikke for denne type molekyle, så nye observationer vil blive udført i fremtiden for at forsøge at bekræfte denne påvisning.

"Jo mere vi ved om de forskellige molekyler, der deltager i den kemiske kompleksitet af Titans atmosfære, jo bedre vil vi forstå den type kemisk evolution, der kan have tilladt eller være relateret til livets oprindelse på Jorden," siger Rafael Silva , og tilføjer:"Noget af det organiske stof, der bidrog til livets oprindelse på Jorden, menes at være blevet produceret i dens atmosfære ved processer, der relativt ligner dem, vi observerede på Titan."

I øjeblikket er denne Saturns måne en unik verden i solsystemet, idet den er en prøveplads til at forberede fremtidige observationer af atmosfæren på planeter uden for vores planetsystem, de såkaldte exoplaneter. Blandt disse kan der være små, kolde kroppe som Titan.

"Erfaringerne fra udfordrende analyser som denne kunne gavne infrarøde observationer med James Webb-rumteleskopet eller den fremtidige Ariel-rummission, fra European Space Agency (ESA)", kommenterer Pedro Machado, anden forfatter til denne nu offentliggjorte artikel.

De data, der blev brugt til dette arbejde, kom fra observationer udført i juni 2018 med UVES højopløselige synlige og ultraviolette spektrograf, installeret på ESO's Very Large Telescope (VLT), i Chile. Arkiverede data indsamlet med samme instrument i 2005 blev også brugt.

Forskningen er publiceret i tidsskriftet Planetary and Space Science .

Flere oplysninger: Rafael Rianço-Silva et al., En undersøgelse af meget høj opløsnings synlige spektre af Titan:Linjekarakterisering i synlig CH₄ bånd og søgningen efter C₃ , Planetar- og rumvidenskab (2024). DOI:10.1016/j.pss.2023.105836

Leveret af University of Lisbon