Cassinis Nahinfrarotansicht der Titanseen. (NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/University of Idaho) Titan , der ohnehin schon ziemlich seltsame Saturnmond, ist jetzt noch ein bisschen seltsamer. Astronomen haben in seiner Atmosphäre Cyclopropenyliden (C3H2) entdeckt – ein äußerst seltenes Molekül auf Kohlenstoffbasis, das so reaktiv ist, dass es auf der Erde nur unter Laborbedingungen existieren kann.
Tatsächlich ist es so selten, dass es noch nie zuvor in einer Atmosphäre, im Sonnensystem oder anderswo entdeckt wurde. Der einzige andere Ort, an dem es stabil bleiben kann, ist die kalte Leere des interstellaren Raums. Aber es könnte ein Baustein für komplexere organische Moleküle sein, die eines Tages zum Leben führen könnten.
„Wir stellen uns Titan als ein reales Labor vor, in dem wir eine ähnliche Chemie wie auf der alten Erde beobachten können, als sich hier das Leben etablierte.“ sagte die Astrobiologin Melissa Trainer vom Goddard Space Flight Center der NASA, einer der leitenden Wissenschaftler, der die Untersuchung durchführen wollte der Mond in der kommenden Dragonfly-Mission, die 2027 startet.
„Wir werden nach größeren Molekülen als C3H2 suchen, aber wir müssen wissen, was in der Atmosphäre passiert, um die chemischen Reaktionen zu verstehen, die dazu führen, dass komplexe organische Moleküle entstehen und an die Oberfläche regnen.“
Cyclopropenyliden – das sogar NASA-Forscher Beschreibe als ein „sehr seltsames kleines Molekül“ – hält unter atmosphärischen Bedingungen nicht lange, weil es sehr schnell und einfach mit anderen Molekülen reagiert und andere Verbindungen bildet.
Sobald dies der Fall ist, handelt es sich nicht mehr um Cyclopropenyliden. Im interstellaren Raum ist jedes Gas oder jeder Staub normalerweise sehr kalt und sehr diffus, was bedeutet, dass die Verbindungen nicht viel interagieren und Cyclopropenyliden herumhängen kann.
Titan unterscheidet sich stark vom interstellaren Raum. Es ist irgendwie matschig Kohlenwasserstoffseen , Kohlenwasserstoffwolken und überwiegend Stickstoffatmosphäre , mit etwas Methan. Die Atmosphäre ist viermal dicker als die Erdatmosphäre (was auch der Fall ist). Stickstoff dominiert ). Wissenschaftler glauben, dass es unter der Oberfläche eine gibt riesiger Ozean aus Salzwasser .
Im Jahr 2016 nutzte ein Team unter der Leitung des Planetenforschers Conor Nixon vom Goddard Space Flight Center der NASA das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile, um die Mondatmosphäre auf der Suche nach organischen Molekülen zu untersuchen.
Es befand sich in der dünnen oberen Atmosphäre, hoch über der Oberfläche, wo sie eine unbekannte chemische Signatur entdeckten. Durch den Vergleich mit einer Datenbank chemischer Profile identifizierte das Team das Molekül als Cyclopropenyliden. Es ist wahrscheinlich, dass die dünne Atmosphäre in dieser Höhe zum Überleben des Moleküls beiträgt, aber warum es auf Titan und keinem anderen Planeten erscheint, ist ein Rätsel.
„Als mir klar wurde, dass ich es mit Cyclopropenyliden zu tun hatte, war mein erster Gedanke: ‚Das ist wirklich unerwartet‘.“ sagte Nixon . „Titan ist einzigartig in unserem Sonnensystem.“ Es hat sich als eine Fundgrube für neue Moleküle erwiesen.“
Cyclopropenyliden ist von besonderem Interesse, da es sich um ein sogenanntes Ringmolekül handelt; Seine drei Kohlenstoffatome sind in einem Ring (naja, einem Dreieck, aber das Prinzip ist dasselbe) miteinander verbunden. Obwohl Cyclopropenyliden selbst keine biologische Rolle spielt, basieren die Nukleobasen von DNA und RNA auf solchen Molekülringen.
„Ihre zyklische Natur eröffnet diesen zusätzlichen Zweig der Chemie, der es Ihnen ermöglicht, diese biologisch wichtigen Moleküle aufzubauen.“ sagte der Astrobiologe Alexander Thelen des Goddard Space Flight Center der NASA.
Je kleiner das Molekül, desto mehr Potenzial hat es – Reaktionen mit kleineren Molekülen mit weniger Bindungen laufen voraussichtlich schneller ab als Reaktionen mit größeren, komplizierteren Molekülen. Das bedeutet, dass Reaktionen, an denen kleinere Moleküle beteiligt sind, rein zahlenmäßig voraussichtlich zu einem vielfältigeren Ergebnisspektrum führen werden.
Früher galt Benzol (C6H6) als das kleinste Kohlenwasserstoffringmolekül, das in jeder Atmosphäre (einschließlich der Titanatmosphäre) vorkommt. Cyclopropenyliden hat es zu bieten.
Titan ist bereits ein Hort organischer chemischer Aktivität. Stickstoff und Methan zerfallen im Sonnenlicht, eine Kaskade chemischer Reaktionen auslösen . Ob diese Reaktionen zum Leben führen könnten, ist eine Frage, die Wissenschaftler unbedingt beantworten wollen.
„Wir versuchen herauszufinden, ob Titan bewohnbar ist“ sagte die Geologin Rosaly Lopes des Jet Propulsion Laboratory der NASA. „Wir wollen also wissen, welche Verbindungen aus der Atmosphäre an die Oberfläche gelangen und ob dieses Material dann durch die Eiskruste in den Ozean darunter gelangen kann, weil wir glauben, dass im Ozean die bewohnbaren Bedingungen herrschen.“
Herauszufinden, welche Verbindungen in der Atmosphäre vorhanden sind, ist ein sehr wichtiger Schritt in diesem Forschungsprozess. Cyclopropenyliden mag klein und seltsam sein, aber dieses äußerst seltene Molekül könnte ein Schlüsselstück im Titan-Chemie-Puzzle sein. Jetzt müssen wir nur noch herausfinden, wie es passt.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astronomische Journal .