Meren en zeeën van vloeibaar methaan, regen uit koolwaterstofwolken, en bewijs van giftige waterstofcyanide in de atmosfeer van Titan waren slechts enkele van de ontdekkingen die de Cassini-sonde deed van de grootste maan van Saturnus.

De ruimtesonde heeft nu zijn laatste passage van Titan gemaakt terwijl hij op weg is naar zijn grote finale duik in de geringde planeet later deze week.

Nagesynchroniseerde Cassini's "tot ziens kus" door NASA, Titan is het onderwerp geweest van veel onderzoek door de sonde, met 127 flybys op zijn 13-jarige missie om het planetenstelsel te verkennen.

Een van Cassini's grootste prestaties is zijn bijdrage aan het ontwarren van de gecompliceerde chemie van Titan, ongetwijfeld een van de meer chemisch diverse objecten in ons zonnestelsel.

We weten al een tijdje dat de combinatie van ultraviolette stralen van de zon en deeltjesbombardement de voornamelijk stikstof- en methaanatmosfeer in de loop van de tijd heeft veranderd.

Deze chemie heeft een dikke, oranje smoglaag rondom het hele lichaam, voor de aankomst van Cassini de oceanen en het landschap van Titan aan het zicht onttrekken.

Titaan onderzoeken

Met Cassini's toolkit van geavanceerde meetinstrumenten - gecombineerd met atmosferische bemonstering door de Huygens-sonde tijdens zijn afdaling naar de oppervlakte in 2005 - heeft de missie een uitgebreid beeld van de chemie van Titan ontwikkeld.

Intrigerend, bovenop de honderden moleculen waarvoor chemische modellen die hier op aarde zijn ontwikkeld en Cassini-gegevens bevatten, voorspellen het bestaan ​​van nog complexer materiaal.

Van potentiële betekenis voor de biochemie, deze moleculen zijn aan observatie ontsnapt tijdens de relatief korte Cassini-missie, ofwel uit het zicht zijn ofwel aanwezig zijn op niveaus onder de detectielimieten van de apparatuur.

Zelfs als ze slechts in kleine hoeveelheden in de atmosfeer worden gevormd, is het aannemelijk dat deze levensdragende soorten zich in de loop van de geschiedenis van Titan op het oppervlak hebben opgehoopt. Dus wat zijn deze chemicaliën en hoe ontstaan ​​ze?

Cyanide sneeuw

In tegenstelling tot de aarde, zuurstofatomen zijn vrij schaars in de atmosfeer van Titan. Water is opgesloten als oppervlakte-ijs en er lijken geen overvloedige bronnen van O₂-gas te zijn.

In de plaats van zuurstof, we zien dat stikstof een belangrijkere rol speelt in de atmosferische chemie van Titan.

Hier, gemeenschappelijke producten van stikstofreacties zijn de cyanidefamilie van verbindingen, waarvan waterstofcyanide (HCN) de eenvoudigste en meest voorkomende is.

Naarmate het aantal cyanidemoleculen toeneemt bij lagere, op koudere hoogten vormen ze wolkenlagen van grote slappe polymeren (tholins) en ontluikende ijsaerosolen.

Terwijl de aerosolen naar de oppervlakte dalen, schelpen van methaan en ethaanijs vormen verdere lagen aan de buitenkant. Dit beschermt het inwendige organische materiaal bij zijn afdaling naar het oppervlak voordat het wordt verspreid in koolwaterstofmeren en zeeën.

Verrassend genoeg zijn het deze cyanideverbindingen, chemicaliën die nauw verband houden met toxiciteit en dood voor aardse levensvormen, die in feite mogelijkheden bieden voor de vorming van levensdragende biomoleculen in ruimteomgevingen.

Sommige simulaties voorspellen dat cyaniden die vastzitten in ijs en worden blootgesteld aan ruimtestraling, kunnen leiden tot de synthese van aminozuren en DNA-nucleobasestructuren - de bouwstenen van het leven op aarde.

Opgewonden door deze voorspellingen en hun implicaties voor de astrobiologie, scheikundigen haastten zich om deze reacties in het laboratorium te onderzoeken.

Synchrotron-experimenten:Titan-in-a-can

Onze bijdragen aan de astrochemie waren gericht op het simuleren van de atmosfeer van Titan en zijn cyanidewaas.

Met een gespecialiseerde gascel geïnstalleerd bij het Australische Synchrotron, we zijn in staat om de koude temperaturen die verband houden met de wolkenlagen van Titan na te bootsen.

Door cyaniden (de vriendelijkere variant) in onze cel te injecteren, kunnen we de grootte bepalen, structuur en dichtheid van Titan-aerosolen naarmate ze in de loop van de tijd groeien; sonderen met infrarood licht van de faciliteit.

Deze resultaten hebben ons een lijst met handtekeningen opgeleverd waarvoor we cyanide-aerosolen kunnen lokaliseren met behulp van infraroodastronomie.

De volgende stap zal zijn om deze aerosolen te zaaien met organische soorten om te bepalen of ze kunnen worden geïdentificeerd in buitenaardse atmosferen.

Misschien zullen deze signalen fungeren als een baken voor toekomstige verkenningen die zijn ontworpen om te zoeken naar complex organisch materiaal op meer afgelegen locaties in de ruimte - mogelijk zelfs op de exoplaneten van de 'reuzenaarde' in verre sterrenstelsels.

Leven buiten de aarde

De ruimte biedt ons een uniek perspectief om de pagina's van de chemie om te slaan. Tussen de planeten, manen en sterren - en de niet helemaal leegte ertussen - kunnen we de eerste reacties bestuderen waarvan men denkt dat ze hier op aarde met chemie zijn begonnen.

Met behulp van steeds gevoeligere telescopen en geavanceerde ruimtevaartuigen, we hebben chemische kwekerijen ontdekt - zakken met gas en ijs die worden uitgeoefend op harde ruimtestraling - in ons zonnestelsel en daarbuiten.

Zo koud, ijzige objecten als Titan, de manen van Jupiter, Trans-Neptuniaanse objecten (zoals Pluto en andere kleine lichamen in de Kuipergordel en daarbuiten), evenals microscopisch kleine interstellaire stofdeeltjes, ze genereren allemaal organische moleculen van een hogere orde uit eenvoudige chemische ingrediënten.

Zo ver we weten, het gebrek aan warmte en vloeibaar water verhindert het bestaan ​​van leven op deze werelden.

Echter, we kunnen zoeken naar aanwijzingen over de oorsprong van het leven op een primitieve aarde. Werden levensdragende chemicaliën geleverd via komeetinslag, of in eigen huis gemaakt in de buurt van de vroege oceaankusten of diepzeevulkanen? Het observeren van de chemie van verre objecten zou op een dag de antwoorden kunnen bieden.

Deze uitstapjes naar onze chemische geschiedenis zijn mogelijk gemaakt door de belangrijke stappen die we hebben genomen in onze verkenning van de ruimte, waaronder:als lichtend voorbeeld, het doorslaande succes van Cassini's verkenning van Titan.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.