Verwendung der Atacama Large Millimeter/Submillimeter-Array (ALMA) hat ein Wissenschaftlerteam ein mysteriöses Molekül in der Atmosphäre von Titan identifiziert. Es heißt Cyclopropenyliden (C3h2), eine einfache kohlenstoffbasierte Verbindung, die noch nie zuvor in einer Atmosphäre gesehen wurde. Laut der in veröffentlichten Studie des Teams Das astronomische Journal , könnte dieses Molekül ein Vorläufer für komplexere Verbindungen sein, die auf mögliches Leben auf Titan hinweisen könnten.
Ähnlich, Dr. Catherine Neish der University of Western Ontario's Institut für Erd- und Weltraumforschung (Western Space) und ihre Kollegen von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) fanden heraus, dass Titan andere Chemikalien enthält, die die Zutaten für . sein könnten exotische Lebensformen . In ihrer Studie, die in Astronomie & Astrophysik ,Sie präsentieren Cassini-Missionsdaten, die die Zusammensetzung der Einschlagskrater auf der Titanoberfläche enthüllten.
Das internationale Team, das für die Entdeckung von Cyclopropenyliden verantwortlich war, bestand aus Forschern der NASA Abteilung Sonnensystemerkundung (SSED), der Universities Space Research Association (USRA), dem Institut für Astronomie und Astrophysik in Taipeh und mehreren Universitäten. Sie wurden geführt von Conor Nixon und Dr. Alexander Thelen , ein Planetenwissenschaftler und Postdoktorand am Goddard Space Flight Center der NASA (bzw.).
Dieses von der Raumsonde Cassini aufgenommene Echtfarbenbild von Titan zeigt die dichte, dunstige Atmosphäre des Mondes. Bildnachweis: NASA
Das Team nutzte das ALMA-Observatorium, um Titan im Jahr 2016 zu untersuchen. Beim Durchsuchen der von ALMA gesammelten Lichtsignaturen bemerkten sie Spektren, die einen seltsamen chemischen Fingerabdruck anzeigten. Nach Durchsuchen einer Datenbank aller bekannten molekularen Lichtsignaturen identifizierte Nixon es als Cyclopropenyliden (C3h2). Sagte Nixon in einer NASA Pressemitteilung :
„Als mir klar wurde, dass ich mir Cyclopropenyliden ansah, war mein erster Gedanke: ‚Nun, das ist wirklich unerwartet. Titan ist einzigartig in unserem Sonnensystem. Es hat sich als Fundgrube für neue Moleküle erwiesen.“
In der Vergangenheit haben Wissenschaftler C . entdeckt3h2in verschiedenen Taschen in der gesamten Galaxie, aber nur in Gas- und Staubwolken im interstellaren Medium (ISM). In diesen Regionen sind die Bedingungen zu kalt und zu diffus, um chemische Reaktionen zu ermöglichen. In jeder anderen Umgebung reagiert Cyclopropenyliden leicht mit anderen Molekülen, um verschiedene chemische Verbindungen zu bilden.
Nixon und seine Kollegen konnten jedoch kleine Mengen Cyclopropenyliden um Titan herum nachweisen, weil sie die oberen Schichten der Mondatmosphäre untersuchten, wo es weniger andere Gase für C . gibt3h2interagieren mit. Warum dies bei Saturns größtem Mond und keinem anderen Körper im Sonnensystem möglich ist, bleibt ein Rätsel. Aber was es bedeutet, könnte noch bedeutender sein.
Bisher waren Cyclopropenyliden-Entdeckungen auf Gas- und Staubtaschen im interstellaren Raum beschränkt. Credits: Goddard Space Flight Center von Conor Nixon/NASA
Obwohl C3H2 nicht mit modernen biologischen Reaktionen hier auf der Erde in Verbindung gebracht wird, ist es ein Beispiel für sogenannte „Closed-Loop-Moleküle“, die wichtig sind, weil sie die Rückgratringe für die Nukleobasen von DNA und RNA bilden – zwei Verbindungen das sind die Bausteine des Lebens, wie wir es kennen.
Michael Malaska , der einst in der pharmazeutischen Industrie arbeitete, entschied sich für einen Karrierewechsel und wurde Planetenwissenschaftler am JPL, um Objekte wie Titan untersuchen zu können. Wie er erklärte, findet man Moleküle wie C3h2ist wichtig, um das Gesamtbild von Titan zu sehen:
„Es ist ein sehr seltsames kleines Molekül, also wird es nicht die Art sein, die man in der Highschool-Chemie oder sogar im Chemiestudium lernt. Hier unten auf der Erde wird es nicht etwas sein, dem Sie begegnen werden … Jedes kleine Stück und jeder Teil, den Sie entdecken können, kann Ihnen helfen, das riesige Puzzle all der Dinge zusammenzusetzen, die dort vor sich gehen.“
Ein weiteres geschlossenes Molekül, das in der Atmosphäre von Titan nachgewiesen wurde, ist Benzol (C6h6). Bisher galt Benzol als die kleinste Einheit ringförmiger Kohlenwasserstoffmoleküle, die in einer Atmosphäre existieren könnte – aber dieser Status geht eindeutig an Cyclopropenyliden. Darüber hinaus bietet die zyklische Natur beider Moleküle den Forschern einen zusätzlichen Zweig der Chemie, der die Bildung von DNA und RNA ermöglichen könnte.
Auf jeden Fall wird die Rolle, die diese Verbindungen spielen, sicherlich etwas sein, das die kommenden LibelleMission untersuchen könnte. Diese Mission soll 2027 starten und besteht aus einer Drehflügler-Landerdrohne, die die Atmosphäre und Oberfläche von Titan erkunden wird, um mehr über seine reiche präbiotische Umgebung und die organische Chemie zu erfahren. Diese Mission hat unter anderem die Aufgabe zu beantworten, ob Titan tatsächlich Leben auf seiner Oberfläche und in seinen Methanseen unterstützen könnte oder nicht.
Dies ist seit Jahrzehnten ein Punkt der Spekulation und Neugier, seit der Reisen 1 und 2 Raumsonden durchflogen 1980 bzw. 1981 das Saturn-System. Wenn das Cassini-Huygens Mission um Saturn im Jahr 2004 eintraf, was sie nur beobachtete, faszinierte die Wissenschaftler nur noch mehr. Was diese Missionen ergaben, war, dass Titan, obwohl es sehr kalt war, in gewisser Weise deutlich erdähnlich war.
Zunächst einmal hat es eine dichte Atmosphäre (viermal so dicht wie die der Erde), die überwiegend aus Stickstoff besteht. Kein anderer Planet oder Mond im Sonnensystem kann das von sich behaupten! Außerdem hat es einen Methankreislauf, der dem Wasserkreislauf der Erde sehr ähnlich ist, komplett mit Seen und Flüssen an der Oberfläche, Verdunstung, Wolken und Niederschlag. Es gibt sogar Hinweise darauf, dass es einen unterirdischen Ozean aus salzigem Wasser gibt.
Aber am interessantesten sind die organischen Prozesse, bei denen Methan und andere Kohlenwasserstoffe in der Atmosphäre von Titan mit der Sonnenstrahlung interagieren, sich auflösen und ein Netz organischer Chemie freisetzen, das zu präbiotischen Oberflächenbedingungen führen könnte. Dies hat Titan an die Spitze der Liste potenzieller Ziele für NASA-Missionen gebracht, die nach vergangenem und gegenwärtigem Leben im Sonnensystem suchen.
Das Konzept dieses Künstlers eines Sees am Nordpol des Saturnmondes Titan illustriert erhöhte Ränder und wallartige Merkmale, wie sie von der NASA-Raumsonde Cassini um den Winnipeg Lacus des Mondes gesehen werden. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Wie Rosaly Lopes , ein leitender Forscher und Titan-Experte am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, zusammengefasst :
„Wir versuchen herauszufinden, ob Titan bewohnbar ist. Wir wollen also wissen, welche Verbindungen aus der Atmosphäre an die Oberfläche gelangen und dann, ob dieses Material durch die Eiskruste in den Ozean darunter gelangen kann, weil wir glauben, dass im Ozean die bewohnbaren Bedingungen herrschen.“
Ein weiterer interessanter Punkt, der Titan zu einem so interessanten Ziel für die Forschung macht, ist die Möglichkeit, dass die Moleküle, die auf der Oberfläche von Titan sitzen könnten, dieselben sein könnten, die die Bausteine des Lebens auf der Erde bildeten. Vor ungefähr 3,8 bis 2,5 Milliarden Jahren (während des Achäischen Äons) war die Erde ein ganz anderer Ort, an dem die Atmosphäre hauptsächlich aus Stickstoff, CO . bestand2, Methan und Wasserdampf.
Grundsätzlich gilt, dass die Bedingungen auf der Erde während dieser Zeit denen auf Titan heute ähnlich waren. Melissa Trainerin , ein Astrobiologe der NASA Goddard, ist der stellvertretende Hauptermittler der Dragonfly-Mission und der leitende Ermittler von a Schlüsselinstrument es wird verwendet, um die Zusammensetzung von Titans Oberfläche zu analysieren. Als sie angegeben :
„Wir stellen uns Titan als ein reales Labor vor, in dem wir eine ähnliche Chemie wie auf der alten Erde sehen können, als das Leben hier Einzug hielt. Wir suchen nach größeren Molekülen als C3h2, aber wir müssen wissen, was in der Atmosphäre passiert, um die chemischen Reaktionen zu verstehen, die dazu führen, dass sich komplexe organische Moleküle bilden und an die Oberfläche regnen.“
Künstlerische Darstellung der Dragonfly-Mission auf der Oberfläche von Titan. Bildnachweis: JHUAPL
In ähnlicher Weise fanden auch Assistenzprofessorin Catherine Neish und ihre Kollegen von der ESA bei der Untersuchung der Oberfläche von Titan etwas sehr Interessantes. Normalerweise begraben atmosphärische Prozesse das Oberflächeneis des Titans unter einer dicken Schicht organischen Materials, insbesondere um den trockenen Äquator des Mondes. Dieses Material verhält sich genau wie Sand und führt zu Sandstürme und Ausbildung wenn starker Wind auftritt.
Glücklicherweise gibt es Orte, an denen das Oberflächeneis hindurchschauen kann und Wissenschaftler es untersuchen und mehr über seine Zusammensetzung erfahren können. Die höheren Breitengrade auf Titan zum Beispiel unterliegen mehr Niederschlägen, was zu Oberflächenströmen führt, die den Sand abtragen. Darüber hinaus gibt es Einschlagskrater, die durch auf die Oberfläche auftreffende Objekte erzeugt werden und relativ frisches Eis in der Titankruste freilegen. Wie Neish erklärte:
„Es ist wild. Es gibt keinen anderen Ort wie Titan im Sonnensystem. Auf Titan gibt es mehr Sand pro Gebiet als anderswo. Und Titan hat Wetter. In dieser Hinsicht ist es der Erde nicht unähnlich. Nur die Zutaten sind alle falsch. Es hat Methanregen und Ströme, die die Oberfläche durchschneiden, und organischer Sand wird herumgewirbelt. Es ist immer noch sehr aktiv, genau wie hier auf der Erde.“
Leider ist es aufgrund der dichten Atmosphäre von Titan schwierig, einen guten Blick auf die Oberfläche zu bekommen. Aber nach Prüfung der Daten, die vonCassini'S Sichtbares und Infrarot-Mapping-Spektrometer (VIMS) konnten Neish und ihre Kollegen einen klaren Blick auf drei Einschlagskrater in der äquatorialen Region von Titan und seiner Region mittlerer Breite werfen.
Künstlerisches Konzept eines Staubsturms auf Titan. Credits: IPGP/Labex UnivEarthS/Universität Paris Diderot – C. Epitalon & S. Rodriguez
Sie fanden heraus, dass die äquatorialen Krater von Selk, Ksa, Guabonito und der Krater in Santorini Facula rein aus dunklem organischem Material zu bestehen schienen. Die Krater der mittleren Breiten von Afekan, Soi, Forseti, Menrva und Sinlap wurden mit Wassereis und organischem Material angereichert. Sie konnten auch feststellen, dass keines des beobachteten Eises Ammoniak (NH .) war3) oder gefrorenes CO2(auch bekannt als „Trockeneis“).
Dies steht im Einklang mit Modellen von Titan, die zeigen, dass es sich um eine dynamische Umgebung mit aktiven Prozessen handelt, die ihre Oberfläche formen. Die Kombination von Wasser und organischen Stoffen könnte auch bedeuten, dass am Boden von Einschlagskratern uralte Ökosysteme eingefroren sind. Im Rahmen des Wissenschafts- und Ingenieursteam Während er diese Mission beaufsichtigt, könnten Neishs Ergebnisse hier die bevorstehendenLibelleMission und wo sie nach möglichen Beweisen für Leben suchen sollte.
Es veranschaulicht auch, wie sich die Suche nach möglichem Leben außerhalb der Erde langsam über den Mars hinaus verlagert, um Orte im äußeren Sonnensystem einzubeziehen. Sagte Neish:
„Ich denke immer mehr, wir sehen eine falsche Äquivalenz zwischen Leben und Mars. Die jüngsten Erkenntnisse über die Venus und all die neuen Dinge, die wir darüber lernen, sobald sie eine Ozeanwelt sind, sind ein weiterer Wendepunkt. Schließlich sagen die Leute, dass wir uns bei unserer Suche nach Leben im Universum wirklich auf viel mehr Orte konzentrieren müssen und nicht nur auf den Mars. Und dazu gehört auch, dass die NASA die Dragonfly-Mission zu Titan schickt.“
Die nächsten Jahrzehnte versprechen eine sehr aufregende Zeit für die Weltraumforschung (und Fans davon!). Wir werden nicht nur zum Mond zurückkehren, dort eine dauerhafte Präsenz aufbauen und die ersten bemannten Missionen zum Mars schicken, sondern auch unsere Roboterforscher entsenden, um Europa, Ganymed und Titan zu untersuchen, in der Hoffnung, dort Leben zu finden.
Auf diese Weise werden wir endlich in der Lage sein, Licht ins Dunkel zu bringen, wie das Leben in unserem Sonnensystem begann und vielleicht wie und wo es im gesamten Universum existieren könnte!
