Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De maan van Saturnus is een proeftuin om het methaanmolecuul beter te begrijpen

Artistieke opvatting van het oppervlak van Titan. Deze maan van Saturnus is een van de werelden in het zonnestelsel die het meest op de aarde lijkt, ondanks dat de temperatuur daar -179° Celsius bereikt. Het is de enige plaats in het zonnestelsel met meren, maar dit zijn koolwaterstofmeren. Deze moleculen die uitsluitend uit koolstof en waterstof bestaan, gedragen zich als water op aarde en nemen deel aan een methaancyclus met regen, riviervorming en verdamping. Credit:NASA/JPL/Space Science Institute

Titan is de op een na grootste maan in het zonnestelsel en de enige met een dichte atmosfeer. Bovenin deze atmosfeer, rijk aan stikstof en methaan, produceert de straling van de zon een grote diversiteit aan organische moleculen, waarvan we sommige ook op aarde aantreffen als bestanddelen van de basiseenheid van het leven, de cel.



Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Rafael Silva van het Instituut voor Astrofysica en Ruimtewetenschappen en master van de Faculteit Wetenschappen van de Universiteit van Lissabon (Ciências ULisboa), analyseerde het zonlicht dat werd gereflecteerd door de atmosfeer van Titan en identificeerde voor het eerst bijna honderd handtekeningen dat het methaanmolecuul (CH4 ) schrijft zich in de zichtbare band van het elektromagnetische spectrum in, sporen die essentieel zijn om het in andere atmosferen te vinden.

Bovendien vond het team mogelijk bewijs voor de aanwezigheid van het trikoolstofmolecuul (C3 ), een molecuul dat zou kunnen deelnemen aan de keten van chemische reacties die complexe moleculen van Titan genereren. Indien bevestigd, zal dit de eerste detectie zijn van het trikoolstofmolecuul op een planetair lichaam.

‘De atmosfeer van Titan werkt als een chemische reactor ter grootte van een planeet, die veel complexe, op koolstof gebaseerde moleculen produceert’, zegt Rafael Silva. ‘Van alle atmosferen die we in het zonnestelsel kennen, lijkt de atmosfeer van Titan het meest op die van Titan. waarvan we denken dat ze op de vroege aarde bestonden."

Methaan, op aarde een gas, geeft informatie over geologische processen en mogelijk ook over biologische processen. Het is een molecuul dat niet lang overleeft in de atmosfeer van de aarde of Titan, omdat het snel en onomkeerbaar wordt vernietigd door zonnestraling. Om deze reden moet methaan op Titan worden aangevuld door geologische processen, zoals het vrijkomen van ondergronds gas.

De atmosfeer van de grootste maan van Saturnus verbergt zijn oppervlak onder een mondiale laag dikke, ondoorzichtige mist. Ze bestaan ​​uit organische moleculen en koolwaterstoffen, ‘zo groot dat ze deeltjes vormen, zoals de luchtvervuiling in sommige steden op aarde, en die zich op het oppervlak afzetten’, zegt Rafael Silva, en voegt eraan toe:‘Er zouden zelfs nog interessantere chemie daar.” Credit:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Dit werk bracht nieuwe informatie over de chemie van methaan zelf. De 97 nieuwe lijnen van zijn spectrale absorptie in golflengten van zichtbaar licht – in de oranje, gele en groene kleurgebieden – werden geïdentificeerd in lijnenbanden die eerder geassocieerd waren met absorptie door methaan, maar nooit geïndividualiseerd. Voor het eerst zijn de golflengte en intensiteit van elk van deze lijnen bekend.

‘Zelfs in spectra met hoge resolutie zijn methaanabsorptielijnen niet sterk genoeg met de hoeveelheid gas die we in een laboratorium op aarde kunnen hebben. Maar op Titan hebben we een hele atmosfeer, en het pad dat licht door de atmosfeer aflegt kan heel anders zijn. Dit maakt de verschillende banden en lijnen, die in laboratoria op aarde een zwak signaal hebben, heel duidelijk zichtbaar op Titan", zegt Rafael Silva.

Het kennen en catalogiseren van alle kenmerken van het methaanmolecuul zal ook helpen bij het identificeren van nieuwe moleculen, vooral in atmosferen met een dergelijke complexe chemie, waar het analyseren van de spectra een uitdaging is vanwege de dichtheid van moleculaire kenmerken, zelfs met instrumenten met een hoge resolutie.

Zo vond het team tekenen van de mogelijke aanwezigheid van het trikoolstofmolecuul (C3 ) in de hoge lagen, op een hoogte van 600 kilometer. In het zonnestelsel was dit molecuul, dat zich manifesteert als een blauwachtige emissie, tot nu toe alleen bekend in het materiaal rond de kern van een komeet.

De absorptielijnen op Titan die het team associeerde met tricarbon zijn gering en hebben een lage intensiteit, ondanks dat ze zeer specifiek zijn voor dit type molecuul. Daarom zullen er in de toekomst nieuwe waarnemingen worden gedaan om deze detectie te bevestigen.

In de bovenste laag van de atmosfeer van Titan, hier zichtbaar in blauw licht, worden methaanmoleculen door zonlicht gedissocieerd en opnieuw gecombineerd tot ethaan- en acetyleenmoleculen. Verderop verbergt de oranje nevel het oppervlak volledig. Credit:NASA/JPL/Space Science Institute

‘Hoe meer we weten over de verschillende moleculen die betrokken zijn bij de chemische complexiteit van de atmosfeer van Titan, hoe beter we het soort chemische evolutie zullen begrijpen dat mogelijk de oorsprong van het leven op aarde mogelijk heeft gemaakt, of ermee in verband staat,’ zegt Rafael Silva. , en voegt eraan toe:"Er wordt aangenomen dat een deel van de organische materie die heeft bijgedragen aan de oorsprong van het leven op aarde in de atmosfeer is geproduceerd door processen die relatief vergelijkbaar zijn met de processen die we op Titan hebben waargenomen."

Momenteel is deze maan van Saturnus een unieke wereld in het zonnestelsel, die een proeftuin vormt voor het voorbereiden van toekomstige waarnemingen van de atmosfeer van planeten buiten ons planetenstelsel, de zogenaamde exoplaneten. Onder deze kunnen zich kleine, koude lichamen zoals Titan bevinden.

"De ervaring die is opgedaan met uitdagende analyses als deze zou infraroodwaarnemingen met de James Webb-ruimtetelescoop of de toekomstige Ariel-ruimtemissie van de European Space Agency (ESA) ten goede kunnen komen", zegt Pedro Machado, tweede auteur van dit nu gepubliceerde artikel.

De gegevens die voor dit werk zijn gebruikt, zijn afkomstig van waarnemingen die in juni 2018 zijn uitgevoerd met de UVES-zichtbare en ultraviolette spectrograaf met hoge resolutie, geïnstalleerd op ESO's Very Large Telescope (VLT) in Chili. Er werd ook gebruik gemaakt van gearchiveerde gegevens die in 2005 met hetzelfde instrument waren verzameld.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Planetary and Space Science .

Meer informatie: Rafael Rianço-Silva et al, Een onderzoek naar zichtbare spectra met zeer hoge resolutie van Titan:lijnkarakterisering in zichtbaar CH4 bands en de zoektocht naar C3 , Planetaire en ruimtewetenschap (2024). DOI:10.1016/j.pss.2023.105836

Aangeboden door Universiteit van Lissabon




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Welke soort apparatuur wordt gebruikt om DNA te analyseren?
  2. Cat Chromosome Information
  3. Laatste gemeenschappelijke aap-menselijke voorouder was waarschijnlijk zo groot als een gibbon
  4. Bewaken van genetische mutaties die belangrijk zijn voor panterbeheer in Florida
  5. De internationale Human Cell Atlas publiceert strategische blauwdruk, kondigt gegevens aan van de eerste miljoen cellen
  6. Studie suggereert nieuw mechanisme voor lipidetransporter
  7. Wat is listeria? Een microbioloog legt de bacterie uit achter recente dodelijke uitbraken van voedselvergiftiging
  8. Iran verhuist om laatste mascotte Aziatische cheeta's te redden
  9. De Coloradowolf die vorige maand dood werd aangetroffen, is waarschijnlijk gedood door een bergleeuw, zeggen federale functionarissen

Wetenschap