Titan, De grootste maan van Saturnus, is een natuurlijk laboratorium om de oorsprong van het leven te bestuderen. zoals de aarde, Titan heeft een dichte atmosfeer en seizoensgebonden weercycli, maar de chemische en mineralogische samenstelling zijn significant verschillend. Nutsvoorzieningen, aardgebonden onderzoekers hebben de omstandigheden van de maan nagebootst in kleine glazen cilinders, onthullende fundamentele eigenschappen van twee organische moleculen waarvan wordt aangenomen dat ze als mineralen op Titan bestaan.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de najaarsbijeenkomst van de American Chemical Society (ACS).

"Eenvoudige organische moleculen die op aarde vloeibaar zijn, zijn typisch vaste ijzige minerale kristallen op Titan vanwege de extreem lage temperaturen, tot -290 F, " zegt Tomče Runčevski, doctoraat, hoofdonderzoeker van het project. "We ontdekten dat twee van de moleculen die waarschijnlijk overvloedig aanwezig zijn op Titan - acetonitril (ACN) en propionitril (PCN) - voornamelijk voorkomen in één kristallijne vorm die zeer polaire nano-oppervlakken creëert, die zouden kunnen dienen als sjablonen voor de zelfassemblage van andere moleculen van prebiotisch belang."

Het meeste van wat we nu weten over deze ijzige wereld is te danken aan de Cassini-Huygens-missie van 1997-2017 naar Saturnus en zijn manen. Vanuit die missie wetenschappers weten dat Titan een boeiende plek is om te bestuderen hoe het leven tot stand kwam. zoals de aarde, Titan heeft een dichte atmosfeer, maar het bestaat voornamelijk uit stikstof, met een vleugje methaan. Het is het enige bekende lichaam in de ruimte, anders dan de aarde, waar duidelijk bewijs van stabiele plassen oppervlaktevloeistof is gevonden. Gevoed door de energie van de zon, Het magnetisch veld en de kosmische straling van Saturnus, zowel stikstof als methaan reageren op Titan om organische moleculen van verschillende groottes en complexiteiten te produceren. Aangenomen wordt dat ACN en PCN aanwezig zijn in de karakteristieke gele waas van de maan als aerosolen, en ze regenen neer op het oppervlak, bezinken als vaste brokken mineralen.

De eigenschappen van deze moleculen op aarde zijn bekend, maar hun kenmerken onder Titan-achtige omstandigheden zijn tot nu toe niet bestudeerd. "In het labortorium, we hebben de omstandigheden op Titan nagebootst in kleine glazen cilinders, " zegt Runčevski. "Normaal gesproken, wij introduceren water, die bevriest tot ijs als we de temperatuur verlagen om de Titan-atmosfeer te simuleren. We overtreffen dat met ethaan, die een vloeistof wordt, het nabootsen van de koolwaterstofmeren die Cassini-Huygens vond." Stikstof wordt toegevoegd aan de cilinder, en ACN en PCN worden geïntroduceerd om de atmosferische regenval te simuleren. De onderzoekers verhogen en verlagen vervolgens de temperaturen iets om de temperatuurschommelingen op het oppervlak van de maan na te bootsen.

De gevormde kristallen werden geanalyseerd met behulp van synchrotron- en neutronendiffractie-instrumentatie, spectroscopische experimenten en calorimetrische metingen. Het werk, ondersteund door berekeningen en simulaties, betrokken Runčevski's team van de Southern Methodist University, evenals wetenschappers van het Argonne National Laboratory, het Nationaal Instituut voor Standaarden en Technologie, en de Universiteit van New York.

"Ons onderzoek heeft veel onthuld over de structuren van planetair ijs dat voorheen onbekend was, " zegt Runčevski. "Bijvoorbeeld, we ontdekten dat één kristallijne vorm van PCN niet uniform langs zijn drie dimensies uitzet. Titan gaat door temperatuurschommelingen, en als de thermische uitzetting van de kristallen niet in alle richtingen uniform is, het kan het oppervlak van de maan doen barsten." Dergelijke gedetailleerde kennis van deze mineralen zou het team kunnen helpen beter te begrijpen hoe het oppervlak van Titan eruitziet.

Runčevski bereidt nu kristallen van ACN voor, PCN, en ACN- en PCN-mengsels om gedetailleerde spectra te verkrijgen. "Wetenschappers zullen dan deze bekende spectra kunnen vergelijken met de spectrale bibliotheek verzameld door Cassini-Huygens en niet-geïdentificeerde banden kunnen toewijzen, " zegt hij. De studies zullen helpen de minerale samenstelling op Titan te bevestigen en zullen waarschijnlijk inzichten verschaffen voor onderzoekers die werken aan een aanstaande NASA-missie naar Titan, lancering in 2027.