Dodano: 28 październik 2020r.

Tytan coraz bardziej intrygujący. Naukowcy odkryli „dziwną” cząsteczkę w jego atmosferze

W atmosferze największego z księżyców Saturna – Tytana, odkryto cyklopropenyliden (C3H2). Naukowcy twierdzą, że ta prosta cząsteczka oparta na węglu może być prekursorem bardziej złożonych związków, które mogą tworzyć życie. - To bardzo dziwna, mała cząsteczka. Raczej nie uczy się o niej w szkole czy nawet na studiach i raczej nie spotkacie jej na Ziemi – powiedział Michael Malaska z NASA Jet Propulsion Laboratory.

Tytan na tle Saturna

 

Naukowcy odkryli C3H2 za pomocą sieci radioteleskopów ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) w Chile. Cyklopropenylidenu jak dotąd nie wykryto w atmosferze żadnej innej planety czy księżyca. Molekuła ta może być budulcem bardziej złożonych cząsteczek organicznych, które biorą udział w budowie łańcuchów DNA.

Odkrycia zespołu Conora Nixona zostały opublikowane w „The Astronomical Journal”.

Tytan

Astronomowie do tej pory odkryli C3H2 tylko w obłokach gazu i pyłu, które unoszą się między układami gwiezdnymi. W zimnej pustce przestrzeni międzygwiezdnej związek ten może pozostać stabilny, dlatego znalezienie go w atmosferze Tytana było niespodzianką. Cyklopropenyliden łatwo wchodzi w reakcji z innymi cząsteczkami, a miejsca w przestrzeni kosmicznej, gdzie C3H2 był dostrzeżony, są na to zbyt zimne i puste.

Tytan jest największym księżycem Saturna i drugim pod względem wielkości księżycem w Układzie Słonecznym. Jest też jednym z najbardziej intrygujących i podobnych do Ziemi obiektów w naszym systemie planetarnym. Jest większy od Merkurego i niemal tak duży jak Mars, a jego gęsta atmosfera - cztery razy gęstsza niż ziemska - składa się głównie z azotu oraz organicznych cząsteczek opartych na węglu.

Tytan to jedyny obiekt w naszym Układzie Słonecznym, poza Ziemią, o którym wiadomo, że na jego powierzchni istnieje stabilna ciecz. Ale zamiast wody spadającej z chmur i wypełniającej jeziora i morza jak na Ziemi, na Tytanie zbiorniki wypełnia metan i etan - węglowodory, które na naszej planecie są przede wszystkim w postaci gazowej, ale w mroźnym klimacie Tytana zachowują się jak ciecz. Jak twierdzą badacze, ten chemiczny makijaż jest podobny do pierwotnej atmosfery panującej na Ziemi miliardy lat temu, co czyni z tego księżyca obiecujące miejsce w poszukiwaniu życia poza Ziemią.

Gęsta atmosfera Tytana znacznie utrudnia obserwacje powierzchni tego księżyca. Ale wydaje się pełna reakcji chemicznych. To główny powód, dla którego naukowcy są zainteresowani tym księżycem. Jest on celem nadchodzącej misji NASA - Dragonfly.

Podobieństwa do prastarej Ziemi

Zespół Nixona był w stanie zidentyfikować niewielkie ilości C3H2 na Tytanie, prawdopodobnie dlatego, że uczeni patrzyli na górne warstwy atmosfery księżyca, gdzie jest mniej innych gazów, z którymi C3H2 może oddziaływać. Naukowcy nie wiedzą jeszcze, dlaczego cyklopropenyliden pojawił się w atmosferze Tytana. - Tytan jest wyjątkowy w naszym Układzie Słonecznym. Okazało się, że jest to skarbnica nowych cząsteczek – powiedział Nixon.

Badacze spekulują, że na powierzchni Tytana mogą znajdować się cząsteczki podobne do tych, z których na Ziemi powstało życie. Atmosfera Tytana składa się głównie z azotu, podobnie jak ziemska, ale ma domieszkę metanu. Uczeni podejrzewają, że na początku swojej historii, od 3,8 do 2,5 miliarda lat temu, kiedy metan zamiast tlenu wypełniał ziemskie powietrze, warunki mogły być podobne do tych na Tytanie.

Cyklopropenyliden w atmosferze Tytana

Do tej pory cyklopropenyliden był wykrywany tylko w obłokach molekularnych gazu i pyłu, takich jak widoczny na zdjęciu Obłok Molekularny Byka, który jest gwiezdnym żłobkiem w konstelacji Byka oddalonej o ponad 400 lat świetlnych. Fot. Conor Nixon / NASA Goddard Space Flight Center.

- Myślimy o Tytanie jako o prawdziwym laboratorium, w którym możemy obserwować chemię podobną do tej na starożytnej Ziemi - powiedziała Melissa Trainer, astrobiolog z NASA Goddard. Trainer jest zaangażowana w misję Dragonfly i ma kierować dronem, który będzie badał ten księżyc z lotu ptaka.

- Będziemy poszukiwać większych cząsteczek niż C3H2, ale musimy wiedzieć, co dzieje się w atmosferze Tytana, aby zrozumieć reakcje chemiczne, które prowadzą do formowania się złożonych cząsteczek organicznych i opadania ich na powierzchnię – dodała Trainer.

"Dziwna cząsteczka"

Cząsteczki podobne do cyklopropenylidenu tworzą pierścienie szkieletowe dla DNA, złożonej struktury chemicznej, która przenosi kod genetyczny życia. - Ich cykliczna, zamknięta natura otwiera dodatkową gałąź chemii, która pozwala budować biologicznie ważne cząsteczki - powiedział Alexander Thelen, astrobiolog z NASA Goddard, współautor badań.

Thelen i Nixon używają dużych i bardzo czułych teleskopów ziemskich do poszukiwania najprostszych związanych z życiem cząsteczek, jakie mogą znaleźć w atmosferze Tytana. Benzen był uważany dotąd za najmniejszą z pierścieniowych cząsteczek węglowodorów występujących w atmosferze planetarnej. Ale teraz wydaje się, że jego miejsce zajął C3H2.

Biorąc pod uwagę, że jest to rzadkie znalezisko, naukowcy próbują dowiedzieć się więcej o cyklopropenylidenie i jego interakcjach z gazami w atmosferze Tytana. - To bardzo dziwna, mała cząsteczka. Raczej nie uczy się o niej w szkole czy nawet na studiach i raczej nie spotkacie jej na Ziemi - powiedział Michael Malaska z NASA Jet Propulsion Laborator, który wcześniej pracował w przemyśle farmaceutycznym, zanim zakochał się kosmosie.

Malaska przyznał, że znalezienie cząsteczek takich jak C3H2 w atmosferze Tytana jest naprawdę ważne. Pozwala spojrzeć na ten księżyc na nowo. - Każdy mały kawałek i część, którą możemy odkryć, może pomóc nam ułożyć ogromną łamigłówkę wszystkich tych procesów, które tam się dzieją – zaznaczył.

Misja Dragonfly

Misja Dragonfly będzie pierwszym tego rodzaju przedsięwzięciem NASA. W jej skład wejdzie Dron wielkości samochodu osobowego, który będzie znacznie bardziej mobilny niż wszelkiego rodzaju łaziki. Dzięki temu naukowcy będą mogli zbadać dziesiątki lokalizacji.

Dron zbada różne środowiska – od wydm po podłoża kraterów uderzeniowych. Jego instrumenty sprawdzą, jak daleko może postępować chemia prebiotyczna – mieszanina związków organicznych, która według niektórych teorii, także kiedyś występowała na Ziemi i dała początek życiu. Zbada również właściwości atmosferyczne i powierzchniowe księżyca oraz jego podpowierzchniowe zbiorniki oceaniczne. Dodatkowo instrumenty drona będą szukać chemicznych dowodów przeszłego lub istniejącego tam nadal życia.

W misji Dragonfly zostaną wykorzystane dane zebrane przez sondę Cassini. Informacje te pozwolą wybrać dogodne miejsce do lądowania oraz cele pierwszych badań. Dron będzie badać Tytana w krótkich lotach lub skokach o odległości około ośmiu kilometrów. Po drodze będzie pobierać próbki, które od razu podda analizie. Jednym z miejsc, które już teraz zostało wskazane przez naukowców, jest krater uderzeniowy „Selk”, gdzie dostrzeżono ślady ciekłej wody i związków organicznych - złożonych cząsteczek zawierających węgiel, połączonych z wodorem, tlenem i azotem, które razem tworzą przepis na życie.

Badacze szacują, że w ciągu całej misji, która planowana jest przynajmniej na 2,5 roku, dron pokona w powietrzu dystans ponad 175 kilometrów. To prawie dwukrotnie więcej niż dotychczas przejechały wszystkie łaziki marsjańskie.

Start misji Dragonfly zaplanowano na 2026 rok, a cel ma zostać osiągnięty w 2034 roku.

 

Źródło i fot.: NASA