In einem Labor hergestellte Titan-Aerosolpartikel, gesehen unter dem Rasterelektronenmikroskop. (Nathalie Carrasco/Flickr/CC BY-ND 2.0) Jenseits der Erde besteht allgemeiner wissenschaftlicher Konsens darüber, dass der beste Ort für die Suche nach Beweisen für außerirdisches Leben ist Mars . Es ist jedoch keineswegs der einzige Ort.
Abgesehen von den vielen extrasolaren Planeten, die als „potenziell bewohnbar“ eingestuft wurden, gibt es hier in unserem Sonnensystem noch viele andere Kandidaten.
Dazu gehören die vielen eisigen Satelliten, von denen man annimmt, dass sie innere Ozeane haben, die Leben beherbergen könnten.
Unter ihnen ist Titan , Saturns größter Mond, auf dem zwischen seiner Atmosphäre und seiner Oberfläche alle Arten organischer Chemie stattfinden. Seit einiger Zeit vermuten Wissenschaftler, dass die Untersuchung der Titanatmosphäre wichtige Hinweise auf die frühen Stadien der Entwicklung des Lebens auf der Erde liefern könnte.
Dank an neue Forschung unter der Leitung des Technologieriesen IBM Einem Forscherteam ist es gelungen, in einem Labor die atmosphärischen Bedingungen auf Titan nachzubilden.
Ihre Forschung wird in einem Artikel mit dem Titel „ Abbildung des organischen Dunsts von Titan im atomaren Maßstab ,‘ das kürzlich in der Ausgabe vom 12. Februar erschien Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .
Das Forschungsteam wurde von Dr. Fabian Schulz und Dr. Julien Maillard geleitet und umfasste viele Kollegen aus IBM Research-Zürich , Die Universität Paris-Saclay , Die Universität Rouen in Mont-Saint-Aignan , Und Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft .
Künstlerisches Konzept eines Sees auf dem Saturnmond Titan. (NASA/JPL-Caltech)
Vieles von dem, was wir heute über Titan wissen, ist ihm zu verdanken Cassini-Raumschiff , der von 2004 bis 2017 den Saturn umkreiste und seine Mission mit einem Tauchgang in die Saturnatmosphäre beendete.
Während dieser Zeit führte Cassini viele direkte Messungen der Titanatmosphäre durch und enthüllte eine überraschend erdähnliche Umgebung. Grundsätzlich ist Titan der einzige andere Körper im Sonnensystem, der über eine dichte Stickstoffatmosphäre verfügt und organische Prozesse abläuft.
Besonders interessant ist die Tatsache, dass Wissenschaftler glauben, dass die Erdatmosphäre vor etwa 2,8 Milliarden Jahren ähnlich gewesen sein könnte. Dies deckt sich mit dem Mesoarchäisches Zeitalter , einer Zeit, in der photosynthetische Cyanobakterien die ersten Riffsysteme schufen und das atmosphärische Kohlendioxid der Erde langsam in Sauerstoffgas umwandelten (was schließlich zu ihrem aktuellen Gleichgewicht aus Stickstoff und Sauerstoff führte).
Während angenommen wird, dass die Oberfläche von Titan Hinweise enthält, die unser Verständnis darüber verbessern könnten, wie das Leben in unserem Sonnensystem entstanden ist, war es bisher ein Problem, einen klaren Blick auf diese Oberfläche zu werfen.
Der Grund dafür liegt in der Atmosphäre des Titanen, die von einem dichten photochemischen Dunst durchzogen ist, der Licht streut. Als Leo Gross Und Nathalie Carrasco (Mitautoren der Studie) erklärt in einem kürzlich veröffentlichten Artikel im IBM Forschungsblog :
„Titans Dunst besteht aus Nanopartikeln, die aus einer Vielzahl großer und komplexer organischer Moleküle bestehen, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthalten.“ „Diese Moleküle entstehen in einer Kaskade chemischer Reaktionen, wenn (ultraviolette und kosmische) Strahlung in Atmosphären wie der von Titan auf die Mischung aus Methan, Stickstoff und anderen Gasen trifft.“
Daher wissen Wissenschaftler immer noch nicht viel über die Prozesse, die die Atmosphäre des Titanen antreiben, einschließlich der genauen chemischen Struktur der großen Moleküle, aus denen dieser Dunst besteht.
Seit Jahrzehnten führen Astrochemiker Laborexperimente mit ähnlichen organischen Molekülen durch, die als Tholine bekannt sind – ein Begriff, der vom griechischen Wort für „schlammig“ (oder „trüb“) abgeleitet ist.
Unter Tholinen versteht man eine Vielzahl organischer kohlenstoffhaltiger Verbindungen, die sich bilden, wenn sie solarer UV-Strahlung oder kosmischer Strahlung ausgesetzt werden.
Diese Moleküle kommen im äußeren Sonnensystem häufig vor und kommen typischerweise in eisigen Körpern vor, deren Oberflächenschicht Methaneis enthält, das der Strahlung ausgesetzt ist. Ihr Vorhandensein wird durch Oberflächen angezeigt, die rötlich aussehen oder sepiafarbene Flecken aufweisen.
Für ihre Studie führte das Team um Schulz und Maillard ein Experiment durch, bei dem sie Tholine in verschiedenen Bildungsstadien in einer Laborumgebung beobachteten. Als Gross und Carrasco erklärt :
„Wir haben ein Edelstahlgefäß mit einer Mischung aus Methan und Stickstoff geflutet und dann durch eine elektrische Entladung chemische Reaktionen ausgelöst und so die Bedingungen in der Atmosphäre von Titan nachgeahmt.“ Anschließend analysierten wir in unserem Labor in Zürich über 100 resultierende Moleküle, aus denen Titans Tholine bestehen, und erhielten mit unserem selbstgebauten Niedertemperatur-Rasterkraftmikroskop Bilder in atomarer Auflösung von etwa einem Dutzend von ihnen.“
Die NASA-Raumsonde Cassini blickt auf die Nachtseite des größten Saturnmondes. (NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)
Durch die Auflösung von Molekülen unterschiedlicher Größe erhielt das Team Einblicke in die verschiedenen Stadien, in denen diese Dunstmoleküle wachsen, und wie ihre chemische Zusammensetzung aussieht.
Im Wesentlichen beobachteten sie eine Schlüsselkomponente in der Atmosphäre von Titan, wie sie sich bildete und ansammelte, um den berühmten Dunsteffekt von Titan zu erzeugen. Sagte Conor A. Nixon , ein Forscher am Goddard Space Flight Center der NASA (der nicht an der Studie beteiligt war):
„Dieser Artikel zeigt bahnbrechende neue Arbeiten bei der Verwendung der Mikroskopie im atomaren Maßstab zur Untersuchung der Strukturen komplexer, mehrringiger organischer Moleküle.“ Die typische Analyse von im Labor hergestellten Verbindungen mithilfe von Techniken wie der Massenspektroskopie zeigt die relativen Anteile der verschiedenen Elemente, nicht jedoch die chemische Bindung und Struktur.
„Zum ersten Mal sehen wir hier die molekulare Architektur synthetischer Verbindungen, die denen ähneln, von denen angenommen wird, dass sie den orangefarbenen Dunst der Titanatmosphäre verursachen.“ „Diese Anwendung bietet nun ein aufregendes neues Werkzeug für die Probenanalyse astrobiologischer Materialien, einschließlich Meteoriten und zurückgegebener Proben von Planetenkörpern.“
Darüber hinaus könnten ihre Ergebnisse auch Aufschluss über den mysteriösen methanbasierten Wasserkreislauf von Titan geben. Auf der Erde besteht dieser Kreislauf aus dem Übergang von Wasser zwischen einem gasförmigen Zustand (Wasserdampf) und einem flüssigen Zustand (Regen und Oberflächenwasser).
Auf Titan findet der gleiche Zyklus mit Methan statt, das aus atmosphärischem Methangas übergeht und als Methanregen fällt, um die berühmten Kohlenwasserstoffseen von Titan zu bilden.
In diesem Fall könnten die Ergebnisse des Forschungsteams Aufschluss darüber geben, welche Rolle der chemische Dunst im Methankreislauf des Titanen spielt, einschließlich der Frage, ob diese Nanopartikel auf seinen Methanseen schwimmen können oder nicht.
Darüber hinaus könnten diese Ergebnisse Aufschluss darüber geben, ob ähnliche atmosphärische Aerosole vor Milliarden von Jahren zur Entstehung von Leben auf der Erde beigetragen haben.
„Die molekularen Strukturen, die wir jetzt abgebildet haben, sind bekanntermaßen gute Absorber für ultraviolettes Licht.“ beschrieben Gross und Carrasco. „Das bedeutet wiederum, dass der Dunst möglicherweise als Schutzschild gewirkt hat, der die DNA-Moleküle auf der frühen Erdoberfläche vor schädlicher Strahlung schützte.“
Das PAMPRE-Gerät, das die Dunstpartikel von Titan nachgebildet hat. ( Nathalie Carrasco/Flickr/CC BY-ND 2.0 )
Wenn diese Theorie zutrifft, würden die Ergebnisse des Teams nicht nur den Wissenschaftlern helfen, die Bedingungen zu verstehen, unter denen das Leben hier auf der Erde entstand, sondern sie könnten auch auf die mögliche Existenz von Leben auf Titan hinweisen.
Die mysteriöse Natur dieses Satelliten wurde Wissenschaftlern erstmals in den frühen 1980er Jahren bewusst, als der Voyager 1 und 2 Beide Raumsonden flogen durch das Saturnsystem. Seitdem haben Wissenschaftler das Ganze zusammengefügt.
Bis in die 2030er Jahre plant die NASA die Entsendung eines Roboterdrehflüglers namens Libelle zum Titan, um seine Oberfläche und Atmosphäre zu erkunden und nach möglichen Lebenszeichen zu suchen.
Wie immer werden die theoretischen Arbeiten und Laborexperimente, die in der Zwischenzeit durchgeführt wurden, es den Wissenschaftlern ermöglichen, den Fokus einzugrenzen und die Chancen zu erhöhen, dass die Mission (sobald sie ankommt) findet, wonach sie sucht.
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lesen Sie das Original Artikel .