Een belangrijk type molecuul dat helpt bij het produceren van complex organisch materiaal, is gedetecteerd in de wazige bovenste atmosfeer van Titan door een UCL-geleid team als onderdeel van de internationale Cassini-Huygens-missie.

In de studie, gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven , wetenschappers identificeerden negatief geladen moleculen die 'koolstofketen-anionen' worden genoemd in de atmosfeer van Titan, De grootste maan van Saturnus. Deze lineaire moleculen worden gezien als bouwstenen voor complexere moleculen, en heeft mogelijk als basis gediend voor de vroegste vormen van leven op aarde.

Het team zegt dat de ontdekking van de negatief geladen koolstofketenanionen verrassend is omdat ze zeer reactief zijn en niet lang in de atmosfeer van Titan zouden moeten blijven voordat ze met andere materialen worden gecombineerd. Hun ontdekking daar verandert het huidige begrip van de wazige maanatmosfeer volledig.

De detecties werden gedaan met behulp van Cassini's plasmaspectrometer, genaamd CAPS, terwijl Cassini door de bovenste atmosfeer van Titan vloog, 950-1300 km boven het oppervlak.

interessant, de gegevens laten zien dat de koolstofketens dichter bij de maan uitgeput raken, terwijl voorlopers van grotere aerosolmoleculen een snelle groei ondergaan. Dit suggereert een nauwe relatie tussen de twee, met de koolstofketens die de grotere moleculen 'zaaien' waarvan wordt gedacht dat ze naar beneden vallen, en storten op, het oppervlak.

"We hebben de eerste ondubbelzinnige identificatie gemaakt van koolstofketenanionen in een planeetachtige atmosfeer, waarvan wij geloven dat het een essentiële opstap is in de productielijn om groter te worden, en meer complexe organische moleculen, zoals de grote neveldeeltjes van de maan, " zei Ravi Desai, studie hoofdauteur en doctoraatsstudent aan de UCL.

"Dit is een bekend proces in het interstellaire medium - de grote moleculaire wolken waaruit sterren zelf ontstaan ​​- maar nu hebben we het in een heel andere omgeving gezien, wat betekent dat het een universeel proces zou kunnen zijn voor het produceren van complexe organische moleculen. De vraag is, zou het ook kunnen gebeuren in andere stikstof-methaanatmosferen zoals bij Pluto of Triton, of op exoplaneten met vergelijkbare eigenschappen?"

Titan heeft een dikke stikstof- en methaanatmosfeer met enkele van de meest complexe chemie die in het zonnestelsel wordt gezien. Er wordt zelfs gedacht dat het de atmosfeer van de vroege aarde nabootst, voor de opbouw van zuurstof. Als zodanig, Titan kan worden gezien als een laboratorium op planeetschaal dat kan worden bestudeerd om de chemische reacties te begrijpen die mogelijk tot leven op aarde hebben geleid, en dat zou kunnen gebeuren op planeten rond andere sterren.

"Het vooruitzicht van een universele weg naar de ingrediënten voor het leven heeft gevolgen voor waar we naar moeten zoeken bij het zoeken naar leven in het heelal, " zei co-auteur professor Andrew Coates, ook van UCL en mede-onderzoeker van CAPS. "Titan presenteert een lokaal voorbeeld van opwindende en exotische chemie, waar we veel van kunnen leren."

In de bovenste atmosfeer van Titan, stikstof en methaan worden blootgesteld aan energie van zonlicht en energetische deeltjes in de magnetosfeer van Saturnus. Deze energiebronnen sturen reacties aan waarbij stikstof, waterstof en koolstof, die leiden tot meer gecompliceerde prebiotische verbindingen.

Deze grote moleculen drijven naar de lagere atmosfeer, vormt een dikke waas van organische aerosolen, en worden verondersteld om uiteindelijk de oppervlakte te bereiken. Maar het proces waarbij eenvoudige moleculen in de bovenste atmosfeer worden omgezet in de complexe organische waas op lagere hoogten, is gecompliceerd en moeilijk te bepalen. Deze ontdekking voegt essentiële informatie toe die wetenschappers zal helpen het chemische proces te begrijpen.

"Deze inspirerende resultaten van Cassini tonen het belang aan van het traceren van de reis van kleine naar grote chemische soorten om te begrijpen hoe complexe organische moleculen worden geproduceerd in een vroege aardachtige atmosfeer, " voegde Dr. Nicolas Altobelli eraan toe, Cassini-projectwetenschapper van ESA. "Hoewel we het leven zelf niet hebben ontdekt, het vinden van complexe organische stoffen, niet alleen bij Titan, maar ook in kometen en in het hele interstellaire medium, we komen zeker in de buurt van het vinden van zijn voorlopers."

Cassini's 13-jarige odyssee in het Saturnus-stelsel zal binnenkort ten einde lopen, maar toekomstige missies, zoals de internationale James Webb Space Telescope en ESA's exoplaneetmissie Plato zijn uitgerust om naar dit proces te zoeken, niet alleen in ons eigen zonnestelsel, maar ook elders. Geavanceerde grondfaciliteiten zoals ALMA zouden ook vervolgobservaties van dit proces in de atmosfeer van Titan mogelijk kunnen maken, van aarde.