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Während das Cassini-Raumschiff in Richtung Saturn geflogen ist, haben Chemiker auf der Erde Plastikverschmutzung wie diese durch die Atmosphäre des Saturnmondes Titan geregnet.
Wissenschaftler vermuten, dass organische Feststoffe seit Milliarden von Jahren vom Himmel des Titanen fallen und Verbindungen sein könnten, die die Voraussetzungen für den nächsten chemischen Schritt in Richtung Leben schaffen. Sie arbeiten an Laborexperimenten der Universität von Arizona zusammen, die Cassini-Wissenschaftlern helfen werden, Titandaten zu interpretieren und eine zukünftige Mission zu planen, bei der ein Labor für organische Chemie an der Oberfläche von Titan eingesetzt wird.
Chemiker in Mark A. Smiths Labor an der Universität von Arizona stellen Verbindungen her, wie sie vom Himmel des Titanen kondensieren, indem sie ein Analogon der Titanatmosphäre mit Elektronen bombardieren. Dies produziert "Tholine"? organische Polymere (Kunststoffe) in der oberen Stickstoff-Methan-Atmosphäre von Titan. Titans Tholine werden durch ultraviolettes Sonnenlicht und Elektronen erzeugt, die aus dem Saturn-Magnetfeld herausströmen.
Tholine müssen sich auflösen, um Aminosäuren zu produzieren, die die Grundbausteine des Lebens sind. Chemiker wissen jedoch, dass sich Tholine nicht in den Ethan / Methan-Seen oder Ozeanen von Titan auflösen.
Sie lösen sich jedoch leicht in Wasser oder Ammoniak. Und vor 20 Jahren durchgeführte Experimente zeigen, dass das Auflösen von Tholinen in flüssigem Wasser Aminosäuren produziert. Bei flüssigem Wasser brauen sich möglicherweise Aminosäuren in Titans Version der Ursuppe zusammen.
Sauerstoff ist das andere wesentliche Element für das Leben auf der Erde. Aber es gibt fast keinen Sauerstoff in der Titanatmosphäre.
Letztes Jahr entdeckte Caitlin Griffith vom UA Lunar and Planetary Laboratory jedoch Wassereis auf der Oberfläche von Titan. (Siehe Titan enthüllt eine von eisigem Grundgestein dominierte Oberfläche.) Der UA-Planetenwissenschaftler Jonathan Lunine und andere theoretisieren, dass ein Teil dieses Eises schmelzen und durch die Landschaft fließen könnte, wenn Vulkane auf Titan ausbrechen. Ähnliche Ströme könnten entstehen, wenn Kometen und Asteroiden auf Titan einschlagen.
Besser noch, Titans Wasser gefriert möglicherweise nicht sofort, da es wahrscheinlich mit genügend Ammoniak (Frostschutzmittel) versetzt ist, um etwa 1.000 Jahre lang flüssig zu bleiben, stellten Smith und Lunine in einem Forschungsbericht fest, der in der letzten November-Ausgabe von "Astrobiology" veröffentlicht wurde.
Obwohl Titan extrem kalt ist - etwa 94 Grad Kelvin (minus 180 Grad Celsius oder minus 300 Grad Fahrenheit) -, kann Wasser kurzzeitig über die Oberfläche fließen und Sauerstoff und ein Medium für die Chemie liefern.
Um besser zu verstehen, wie all dies zusammenarbeiten könnte, erzeugt Smiths Gruppe im Labor Tholine, analysiert ihre spektroskopischen Eigenschaften und versucht, ihre Chemie zu verstehen.
"Wir versuchen herauszufinden, wie die Verbindungen mit geschmolzenem Wasser auf der Oberfläche von Titan reagieren, welche Verbindungen sie herstellen und wonach wir wirklich suchen sollten", erklärte Smith. „Wir suchen nicht nur nach atmosphärischem Kunststoff, der auf der Oberfläche sitzt, sondern nach dem Ergebnis des Zeit- und Energieeinsatzes über Milliarden von Jahren.
"Wir möchten wissen, welche Arten von Molekülen sich entwickelt haben und ob sie sich auf Wegen entwickelt haben, die Einblicke in die Entwicklung biologischer Moleküle auf der Urerde geben könnten." er sagte.
Mark A. Smith, Professor und Leiter der Chemieabteilung der UA
"Wir haben in unseren Experimenten bisher unter anderem gelernt, dass diese Materialien grobe Gemische unglaublich komplexer Moleküle sind." Smith fügte hinzu. Carl Sagan verbrachte die letzten 10 Jahre seines Lebens damit, diese Verbindungen in Experimenten wie unserem zu untersuchen. Was wir gefunden haben, ergänzt seine Arbeit. Wir sehen die gleichen spektroskopischen Signaturen. “
Smiths Gruppe hat jedoch auch herausgefunden, dass es eine Komponente dieser Moleküle gibt, die sehr reaktiv ist und innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens leicht auf der Oberfläche von Titan unter Bildung sauerstoffhaltiger Verbindungen reagieren kann.
"Und das ist es, was wir gerade anfangen, uns zu entwirren?" Sagte Smith.
"Unsere Arbeit wird in diesem Herbst in unseren Experimenten an der Advanced Light Source des Lawrence Berkeley Lab viel interessanter", fügte er hinzu. "Wir werden ein Synchrotron verwenden, um Tholine photochemisch zu erzeugen, wobei wir sehr energetische Photonen verwenden, um dieses Titangas durch ultraviolette Vakuumstrahlung aufzubrechen."
Ultraviolette Vakuumstrahlung trifft auf Stickstoff- und Methanmoleküle in der oberen Atmosphäre von Titan und sprengt sie auseinander. Wissenschaftler wissen nicht, ob dies die gleichen Arten von Polymeren erzeugt, die aus einer elektrischen Entladung gebildet werden.
"Wenn Sie Stickstoff- und Methanmoleküle mit Licht knacken können, erhalten Sie möglicherweise Polymere, die denen ähneln, die entstehen, wenn eine elektrische Entladung sie zerbricht", sagte Smith. „Oder Sie erhalten verschiedene Polymere. Die Chemie ist ziemlich komplex und wir kennen die Antworten auf so viele der einfachsten Fragen einfach nicht. Aber das ist einer der Gründe, warum wir die Experimente in Berkeley durchführen werden.
Die Arbeit in Smiths Labor ist für Wissenschaftler der Cassini-Mission der NASA und möglicher Folgemissionen zum Saturn wichtig. Der Cassini-Orbiter wurde 1997 gestartet und soll im Dezember eine Sonde in die Titanatmosphäre starten. Diese Huygens-Sonde wird nächsten Januar an die Oberfläche von Titan schweben.
"Titans dicke orangefarbene Aerosoltrübungsschicht besteht im Grunde aus einem Bündel organischer Kunststoffe?" Polymere aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff “, sagte Smith, Leiter der Chemieabteilung von UA. "Die Partikel setzen sich schließlich auf der Oberfläche von Titan ab, wo sie das organische Ausgangsmaterial für jede organische Chemie produzieren."
Die Huygens-Sonde von Cassini wird das erste Instrument sein, das dieses Aerosol tatsächlich abtastet. Es wird Wissenschaftlern einige rudimentäre chemische Informationen zu diesem Material geben. Die Sonde sagt ihnen jedoch nicht viel über die organische Chemie an der Titanoberfläche.
Eine Folgemission zu Titan, die ein Roboterlabor für organische Chemie umfasst, wird Wissenschaftlern einen viel detaillierteren Blick auf die Oberfläche geben. Das Experiment wird von Lunine und Smith in Zusammenarbeit mit Forschern von Caltech und dem Jet Propulsion Laboratory der NASA entworfen.
Lunine leitet die Fokusgruppe des Astrobiology Institute der NASA für Titan und ist einer von drei interdisziplinären Cassini-Missionswissenschaftlern für die Huygens-Sonde.
"Wir wissen nicht wirklich, wie sich das Leben auf der Erde oder auf welchem Planeten auch immer gebildet hat." Sagte Lunine. "Es gibt keine Spuren mehr, wie es auf der Erde passiert ist, da alle organischen Moleküle der Erde inzwischen biochemisch verarbeitet wurden. Titan ist unsere beste Chance, organische Chemie in einer Planetenumgebung zu studieren, die über Milliarden von Jahren leblos geblieben ist.
Originalquelle: UA-Pressemitteilung
