voorbij de aarde, de algemene wetenschappelijke consensus is dat Mars de beste plaats is om naar bewijs van buitenaards leven te zoeken. Echter, het is zeker niet de enige plek. Afgezien van de vele extrasolaire planeten die zijn aangewezen als "potentieel bewoonbare, " er zijn genoeg andere kandidaten hier in ons zonnestelsel, waaronder de vele ijzige satellieten waarvan wordt gedacht dat ze binnenoceanen hebben die leven zouden kunnen herbergen.

Onder hen is Titan, De grootste maan van Saturnus waar allerlei organische chemie plaatsvindt tussen de atmosfeer en het oppervlak. Al enige tijd, wetenschappers vermoedden dat de studie van de atmosfeer van Titan essentiële aanwijzingen zou kunnen opleveren voor de vroege stadia van de evolutie van het leven op aarde. Dankzij nieuw onderzoek onder leiding van techgigant IBM, een team van onderzoekers is erin geslaagd de atmosferische omstandigheden op Titan in een laboratorium na te bootsen.

Hun onderzoek wordt beschreven in een paper getiteld "Imaging Titan's Organic Haze at Atomic Scale, " die onlangs verscheen in het nummer van 12 februari van De astrofysische journaalbrieven . Het onderzoeksteam werd geleid door Dr. Fabian Schulz en Dr. Julien Maillard en omvatte vele collega's van IBM Research-Zürich, de universiteit van Parijs-Saclay, de Universiteit van Rouen in Mont-Saint-Aignan, en Fritz Haber Instituut van de Max Planck Society.

Veel van wat we vandaag over Titan weten, is te danken aan het Cassini-ruimtevaartuig, die van 2004 tot 2017 in een baan om Saturnus draaide en zijn missie beëindigde door in de atmosfeer van Saturnus te duiken. Gedurende deze periode, Cassini voerde veel directe metingen uit van de atmosfeer van Titan, onthullend een verrassend aardachtige omgeving. In principe, Titan is het enige andere lichaam in het zonnestelsel met een dichte stikstofatmosfeer en organische processen die plaatsvinden.

Wat vooral interessant is, is het feit dat wetenschappers geloven dat ongeveer 2,8 miljard jaar geleden, De atmosfeer van de aarde kan vergelijkbaar zijn geweest. Dit valt samen met het Mesoarcheïsche tijdperk, een periode waarin fotosynthetische cyanobacteriën de eerste rifsystemen creëerden en langzaam de atmosferische koolstofdioxide van de aarde omzet in zuurstofgas (wat uiteindelijk leidde tot de huidige balans van stikstof en zuurstof).

Hoewel wordt aangenomen dat het oppervlak van Titan aanwijzingen bevat die ons begrip kunnen verbeteren van hoe het leven in ons zonnestelsel is ontstaan, het was een probleem om dat oppervlak goed te bekijken. De reden hiervoor heeft te maken met de atmosfeer van Titan, die doordrongen is van een dichte fotochemische waas die licht verstrooit. Zoals Leo Gross en Nathalie Carrasco (co-auteurs van de studie) in een recent artikel op de IBM Research Blog hebben uitgelegd:

"Titan's haze bestaat uit nanodeeltjes gemaakt van een grote verscheidenheid aan grote en complexe organische moleculen die koolstof bevatten, waterstof en stikstof. Deze moleculen vormen zich in een cascade van chemische reacties wanneer (ultraviolette en kosmische) straling het mengsel van methaan raakt, stikstof en andere gassen in atmosferen zoals die van Titan."

Als resultaat, er is nog veel dat wetenschappers niet weten over de processen die de atmosfeer van Titan aandrijven, die de exacte chemische structuur omvat van de grote moleculen waaruit deze waas bestaat. Al decenia, astrochemici hebben laboratoriumexperimenten uitgevoerd met vergelijkbare organische moleculen die bekend staan ​​als tholins - een term die is afgeleid van het Griekse woord voor 'modderig' (of 'wazig').

Tholins verwijzen naar een grote verscheidenheid aan organische koolstofbevattende verbindingen die zich vormen bij blootstelling aan UV-zon of kosmische straling. Deze moleculen komen veel voor in het buitenste zonnestelsel en worden meestal aangetroffen in ijzige lichamen, waar de oppervlaktelaag methaanijs bevat dat aan straling wordt blootgesteld. Hun aanwezigheid wordt aangegeven door een oppervlak met een rossig uiterlijk, of alsof ze sepiakleurige vlekken hebben.

Ter wille van hun studie, het team onder leiding van Schulz en Maillard voerde een experiment uit waarbij ze tholins in verschillende stadia van vorming in een laboratoriumomgeving observeerden. Zoals Gross en Carrasco uitlegden:

"We hebben een roestvrijstalen vat overstroomd met een mengsel van methaan en stikstof en vervolgens chemische reacties veroorzaakt door een elektrische ontlading, waardoor de omstandigheden in de atmosfeer van Titan worden nagebootst. Vervolgens analyseerden we meer dan 100 resulterende moleculen die Titan's tholins vormen in ons laboratorium in Zürich, het verkrijgen van atomaire resolutiebeelden van ongeveer een dozijn van hen met onze zelfgebouwde lage temperatuur atomic force microscoop."

Door moleculen van verschillende groottes op te lossen, het team kreeg een glimp te zien van de verschillende stadia waarin deze nevelmoleculen groeien, evenals hoe hun chemische samenstelling eruit ziet. In essentie, ze observeerden een sleutelcomponent in de atmosfeer van Titan terwijl deze zich vormde en zich ophoopte om het beroemde wazige effect van Titan te creëren. Zei Conor A. Nixon, een onderzoeker bij NASA's Goddard Space Flight Center (die niet was aangesloten bij de studie):"Dit artikel toont baanbrekend nieuw werk in het gebruik van microscopie op atomaire schaal om de structuren van complexe, organische moleculen met meerdere ringen. Typische analyse van in het laboratorium gegenereerde verbindingen met behulp van technieken zoals massaspectroscopie onthult de relatieve verhoudingen van de verschillende elementen, maar niet de chemische binding en structuur.

"Voor deze eerste keer hier, we zien de moleculaire architectuur van synthetische verbindingen die lijken op die waarvan wordt gedacht dat ze de oranje waas van de atmosfeer van Titan veroorzaken. Deze applicatie biedt nu een opwindend nieuw hulpmiddel voor monsteranalyse van astrobiologische materialen, inclusief meteorieten en geretourneerde monsters van planetaire lichamen."

Bovendien, hun resultaten kunnen ook licht werpen op de mysterieuze op methaan gebaseerde hydrologische cyclus van Titan. Op aarde, deze cyclus bestaat uit de overgang van water tussen een gasvormige toestand (waterdamp) en een vloeibare toestand (regen- en oppervlaktewater). Op Titaan, dezelfde cyclus vindt plaats met methaan, die overgaat van atmosferisch methaangas en valt als methaanregen om de beroemde koolwaterstofmeren van Titan te vormen.

In dit geval, de resultaten van het onderzoeksteam zouden de rol kunnen onthullen die de chemische waas speelt in de methaancyclus van Titan, inclusief of deze nanodeeltjes al dan niet op zijn methaanmeren kunnen drijven. Verder, deze bevindingen zouden kunnen onthullen of soortgelijke atmosferische aerosolen miljarden jaren geleden het leven op aarde hebben geholpen.

"De moleculaire structuren die we nu hebben afgebeeld staan ​​bekend als goede absorbers van ultraviolet licht. " beschreven Gross en Carrasco. "Dat, beurtelings, betekent dat de waas mogelijk heeft gewerkt als een schild dat DNA-moleculen op het vroege aardoppervlak beschermt tegen schadelijke straling."

Als deze theorie klopt, de bevindingen van het team zouden wetenschappers niet alleen helpen om de omstandigheden te begrijpen waaronder het leven hier op aarde is ontstaan, ze kunnen ook wijzen op het mogelijke bestaan ​​van leven op Titan. De mysterieuze aard van deze satelliet is iets waar wetenschappers zich voor het eerst bewust van werden in het begin van de jaren tachtig, toen de ruimtesondes Voyager 1 en 2 allebei door het Saturnus-systeem vlogen. Vanaf dat moment, wetenschappers hebben in elkaar geknutseld

Tegen de jaren 2030, NASA is van plan een robotvliegtuig genaamd Dragonfly naar Titan te sturen om het oppervlak en de atmosfeer te verkennen en te zoeken naar mogelijke tekenen van leven. Zoals gewoonlijk, het theoretische werk en de laboratoriumexperimenten die in de tussentijd zijn uitgevoerd, zullen wetenschappers in staat stellen de focus te verkleinen en de kans te vergroten dat de missie (als deze eenmaal is aangekomen) zal vinden waarnaar hij op zoek is.