Använda Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ett team av forskare har identifierat en mystisk molekyl i Titans atmosfär. Det heter cyklopropenyliden (C3H2), en enkel kolbaserad förening som aldrig har setts i en atmosfär tidigare. Enligt lagets studie publicerad i The Astronomical Journal , kan denna molekyl vara en föregångare till mer komplexa föreningar som kan indikera möjligt liv på Titan.
Liknande, Dr Catherine Neish från University of Western Ontario's Institutet för jord- och rymdutforskning (Western Space) och hennes kollegor i European Space Agency (ESA) fann att Titan har andra kemikalier som kan vara ingredienser för exotiska livsformer . I deras studie, som dök upp i Astronomi & Astrofysik ,de presenterar Cassini-uppdragsdata som avslöjade sammansättningen av nedslagskratrar på Titans yta.
Det internationella team som ansvarade för upptäckten av cyklopropenyliden bestod av forskare från NASA Solar System Exploration Division (SSED), Universities Space Research Association (USRA), Institutet för astronomi och astrofysik i Taipei och flera universitet. De leddes av Conor Nixon och Dr Alexander Thelen , en planetforskare och postdoktor vid NASA Goddard Space Flight Center (respektive).
Denna färgbild av Titan, tagen av rymdfarkosten Cassini, visar månens tjocka, disiga atmosfär. Kredit: NASA
Teamet använde ALMA-observatoriet för att studera Titan 2016. Medan de sållade igenom ljussignaturerna som ALMA samlat in, märkte de spektra som indikerade ett konstigt kemiskt fingeravtryck. Efter att ha sökt igenom en databas med alla kända molekylära ljussignaturer identifierade Nixon det som cyklopropenyliden (C3H2). Sa Nixon i en NASA pressmeddelande :
'När jag insåg att jag tittade på cyklopropenyliden var min första tanke,' Ja, det här är verkligen oväntat. Titan är unik i vårt solsystem. Det har visat sig vara en skattkammare av nya molekyler.'
Tidigare har forskare upptäckt C3H2i olika fickor i hela galaxen, men bara i moln av gas och damm i det interstellära mediet (ISM). I dessa regioner är förhållandena för kalla och diffusa för att underlätta kemiska reaktioner. I vilken annan miljö som helst, reagerar cyklopropenyliden lätt med andra molekyler för att bilda olika kemiska föreningar.
Nixon och hans kollegor kunde dock detektera små mängder cyklopropenyliden runt Titan eftersom de undersökte de övre lagren av månens atmosfär, där det finns färre andra gaser för C3H2att interagera med. Varför detta är möjligt för Saturnus största måne och inga andra kroppar i solsystemet förblir ett mysterium. Men vad det visar kan vara ännu mer betydelsefullt.
Fram till nu har upptäckter av cyklopropenyliden varit begränsade till fickor av gas och damm i det interstellära rymden. Medverkande: Conor Nixon/NASA:s Goddard Space Flight Center
Även om C3H2 inte är förknippat med moderna biologiska reaktioner här på jorden, är det ett exempel på vad som kallas 'closed-loop-molekyler', som är viktiga eftersom de bildar ryggradsringarna för nukleobaserna av DNA och RNA - två föreningar som är själva byggstenarna i livet som vi känner det.
Michael Malaska , som en gång arbetade inom läkemedelsindustrin, bestämde sig för att byta karriär och blev en JPL-planetforskare så att han kunde studera objekt som Titan. Som han förklarade, hitta molekyler som C3H2är avgörande för att kunna se helheten av Titan:
'Det är en väldigt konstig liten molekyl, så det kommer inte att vara den sorten du lär dig om i gymnasiekemi eller ens grundkemi. Här nere på jorden kommer det inte att vara något du kommer att stöta på... Varje liten bit och del du kan upptäcka kan hjälpa dig att lägga det enorma pusslet med allt som händer där.'
En annan sluten slinga molekyl som har upptäckts i Titans atmosfär är bensen (C6H6). Fram till nu ansågs bensen vara den minsta enheten av ringade kolvätemolekyler som kunde existera i en atmosfär – men den statusen går helt klart till cyklopropenyliden. Dessutom ger den cykliska naturen hos båda molekylerna forskare en extra gren av kemi som kan möjliggöra bildandet av DNA och RNA.
Hur som helst, den roll som dessa föreningar spelar kommer säkert att vara något som kommer Trollsländauppdrag kunde undersöka. Det här uppdraget är planerat att lanseras 2027 och består av en landardrönare som kommer att utforska Titans atmosfär och yta för att lära sig mer om dess rika prebiotiska miljö och organiska kemi. Detta uppdrag har bland annat till uppgift att svara på huruvida Titan faktiskt skulle kunna försörja liv på sin yta och i sina metansjöar.
Detta har varit en punkt av spekulationer och nyfikenhet i decennier, ända sedan Reser 1 och 2 rymdsonder flög genom Saturnussystemet 1980 respektive 1981. När Cassini-Huygens Uppdraget anlände runt Saturnus 2004, vad det observerade gjorde bara forskare intresserade. Vad dessa uppdrag fann var att trots att det var väldigt kallt så var Titan distinkt jordliknande på något sätt.
Till att börja med har den en tät atmosfär (fyra gånger så tät som jordens) som huvudsakligen består av kväve. Ingen annan planet eller måne i solsystemet kan göra det påståendet! Dessutom har den en metancykel som är väldigt lik jordens vattencykel, komplett med sjöar och floder på ytan, avdunstning, moln och nederbörd. Det finns till och med bevis för att det kan ha ett hav av saltvatten under ytan.
Men det mest intressanta av allt är de organiska processerna i arbetet, där metan och andra kolväten i Titans atmosfär interagerar med solstrålning, bryter ner och frigör en väv av organisk kemi som kan resultera i prebiotiska ytförhållanden. Detta är vad som har placerat Titan till toppen av listan över potentiella destinationer för NASA-uppdrag som letar efter tidigare och nuvarande liv i solsystemet.
Den här konstnärens koncept av en sjö vid nordpolen av Saturnus måne Titan illustrerar upphöjda fälgar och vallarliknande drag som de som ses av NASA:s rymdfarkost Cassini runt månens Winnipeg Lacus. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Som Rosaly Lopes , en senior forskare och Titan-expert vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL), sammanfattat :
'Vi försöker ta reda på om Titan är beboelig. Så vi vill veta vilka föreningar från atmosfären som kommer till ytan, och sedan om det materialet kan ta sig genom isskorpan till havet nedanför, eftersom vi tror att havet är där de beboeliga förhållandena är.'
En annan punkt av intresse, som gör Titan till ett så frestande mål för forskning, är möjligheten att de molekyler som kan sitta på Titans yta kan vara desamma som de som utgjorde byggstenarna för livet på jorden. För ungefär 3,8 miljarder till 2,5 miljarder år sedan (under Achean Eon) var jorden en mycket annorlunda plats, där atmosfären till övervägande del bestod av kväve, CO2, metan och vattenånga.
I grund och botten tros förhållandena på jorden under denna period ha varit liknande dem på Titan idag. Melissa tränare , en NASA Goddard-astrobiolog, är biträdande huvudutredare för Dragonfly-uppdraget och huvudutredaren för en nyckelinstrument den kommer att använda för att analysera sammansättningen av Titans yta. Som hon anges :
'Vi tänker på Titan som ett verkligt laboratorium där vi kan se liknande kemi som den forntida jorden när livet tog fäste här. Vi kommer att leta efter större molekyler än C3H2, men vi måste veta vad som händer i atmosfären för att förstå de kemiska reaktionerna som leder till att komplexa organiska molekyler bildas och regnar ner till ytan.'
Konstnärens intryck av Dragonfly-uppdraget på Titans yta. Kredit: JHUAPL
På liknande sätt fann biträdande professor Catherine Neish och hennes kollegor vid ESA något mycket intressant när de studerade Titans yta. Vanligtvis begraver atmosfäriska processer Titans ytis under ett tjockt lager av organiskt material, särskilt runt månens torra ekvatorial. Detta material beter sig precis som sand och leder till damm stormar och Träning när kraftiga vindar uppstår.
Lyckligtvis finns det platser där ytisen kan titta igenom och forskare kan studera den och lära sig mer om dess sammansättning. De högre breddgraderna på Titan, till exempel, utsätts för mer nederbörd, vilket leder till ytströmmar som eroderar bort sanden. Utöver det finns det slagkratrar skapade av föremål som träffar ytan, som exponerar relativt färsk is i Titans skorpa. Som Neish förklarade:
'Det är vilt. Det finns ingen annan plats som Titan i solsystemet. Det finns mer sand på Titan per område än någon annanstans. Och Titan har väder. Det är inte olikt jorden på det sättet. Det är bara det att ingredienserna är fel. Det har metanregn och bäckar som skär genom ytan och organisk sand blåser runt. Den är fortfarande väldigt aktiv precis som den är här på jorden.'
Tyvärr är det svårt att få en bra titt på ytan på grund av Titans täta atmosfär. Men efter att ha undersökt uppgifter som erhållits avCassini’s Synlig och infraröd kartläggningsspektrometer (VIMS), Neish och hennes kollegor kunde få en tydlig titt på tre nedslagskratrar i Titans ekvatorialregion och dess medellatitudregion.
Konstnärens koncept av en dammstorm på Titan. Kredit: IPGP/Labex UnivEarthS/University Paris Diderot – C. Epitalon & S. Rodriguez
Vad de fann var att ekvatorialkratrarna i Selk, Ksa, Guabonito och kratern i Santorini Facula verkade vara enbart sammansatta av mörkt organiskt material. Kratrarna på mitten av latituderna Afekan, Soi, Forseti, Menrva och Sinlap visade sig vara berikade med vattenis och organiskt material. De kunde också fastställa att ingen av isen de observerade var ammoniak (NH3) eller fryst CO2(aka. 'torris').
Detta överensstämmer med modeller av Titan som visar att det är en dynamisk miljö med aktiva processer som formar dess yta. Kombinationen av vatten och organiska ämnen kan också betyda att det finns uråldriga ekosystem frusna på botten av nedslagskratrar. Som en del av vetenskaps- och ingenjörsteam När man övervakar det här uppdraget kan Neishs resultat här informera om det kommandeTrollsländamission och var den ska leta efter möjliga bevis på liv.
Det illustrerar också hur sökandet efter möjligt liv bortom jorden långsamt flyttas bortom Mars för att inkludera platser i det yttre solsystemet. Sa Neish:
'Jag tror att vi mer och mer ser en falsk likvärdighet mellan liv och Mars. De senaste rönen om Venus och alla nya saker vi lär oss om att den en gång var en havsvärld är en annan spelförändring. Slutligen säger folk, i vårt sökande efter liv i universum måste vi verkligen fokusera på många fler platser, och inte bara Mars. Och det inkluderar att NASA skickar Dragonfly-uppdraget till Titan.'
De närmaste decennierna lovar att bli en mycket spännande tid för rymdutforskning (och fans därav!). Förutom att återvända till månen, etablera en uthållig närvaro där och skicka de första besättningsuppdragen till Mars, kommer vi också att skicka våra robotutforskare för att undersöka Europa, Ganymedes och Titan i hopp om att hitta liv där.
Genom att göra det kommer vi äntligen att kunna belysa hur livet började i vårt solsystem, och kanske hur och var det kunde existera i hela universum!