אשראי תמונה: ESA
דרוש לפחות שלושה אלמנטים בכדי להכניס חיים כמו שאנחנו מכירים אותם: מים, אנרגיה ואווירה. בקרב מאדים והירחים סביב צדק ושבתאי יש עדויות לאחד או שניים משלושת היסודות הללו, אך פחות ידוע אם קיים מערך שלם. רק לירח של שבתאי, טיטאן, יש אטמוספרה הדומה ללחץ של כדור הארץ, והיא הרבה יותר עבה מזו של השדים (1% מהלחץ בגובה פני כדור הארץ).
הנקודה המעניינת ביותר בהדמיות של אובך הפחמימנים של טיטאן היא שהמרכיב הזועף הזה מכיל מולקולות הנקראות תולינים (מהמילה היוונית, בוצית) שיכולים ליצור את יסודות אבני הבניין של החיים. לדוגמה, חומצות אמינו, אחת מאבני הבניין של החיים היבשתיים, נוצרות כאשר החלקיקים הדומים-חום-הערפיח האלה מונחים במים. כפי שציין קרל סגן, ניתן לראות בטיטאן כמקבילה רחבה לאווירה היבשתית המוקדמת ביחס לכימיה שלה ובדרך זו, היא בהחלט רלוונטית למקורות החיים.
הקיץ, חללית קאסיני של נאס"א, שהושקה בשנת 1997, אמורה לצאת למסלול סביב שבתאי וירחו במשך ארבע שנים. בתחילת 2005 מתוכנן בדיקת הויגנס החזזית לצלול לאווירת הטיטאן הערמומית ולנחות על פני הירח. ישנם 12 מכשירים על סיפון מסלול החללית קאסיני, ושישה כלים על גבי החללית הויגנס. בדיקת הויגנס מיועדת בעיקר לדגימה של האווירה. הבדיקה מצוידת לביצוע מדידות ותיעוד תמונות של עד חצי שעה על פני השטח. אבל לגשש אין רגליים, כך שכאשר הוא יניח על פניו של טיטאן ההתמצאות שלו תהיה אקראית. ייתכן שנחיתה לא תהיה על ידי אתר הנושא אורגני. תמונות היכן שקאסיני נמצא במסלולו הנוכחי מתעדכנות ברציפות וזמינות לצפייה ככל שמתקדמות המשימה.
למגזין האסטרוביולוגיה הייתה הזדמנות לשוחח עם מדען המחקר, ז'אן-מישל ברנרד מאוניברסיטת פריז, כיצד לדמות את הכימיה המורכבת של טיטאן במבחנה יבשתית. ההדמיות שלו מהסביבה של טיטאן בונות על המרק הפרביוטי הקלאסי, שהיה חלוץ לראשונה לפני חמישים שנה על ידי חוקרי אוניברסיטת שיקגו, הרולד אורי וסטנלי מילר.
מגזין אסטרוביולוגיה (AM): מה עורר תחילה את ההתעניינות שלך בכימיה האטמוספרית של טיטאן?
ז'אן-מישל ברנרד (JB): כיצד שתי מולקולות פשוטות (חנקן ומתאן) יוצרות כימיה מורכבת מאוד? האם כימיה הופכת לביוכימיה? התגליות האחרונות על החיים בתנאים קיצוניים על פני כדור הארץ (חיידקים בקוטב הדרומי ב- -40? צלזיוס ובארכיאאה ביותר מ- +110 ° C בסביבת מקורות הידרותרמיים) מאפשרים להניח כי חיים יכולים להיות קיימים בעולמות אחרים ואחרים. תנאים.
לטיטן יש עניין אסטרוביולוגי מכיוון שהוא הלוויין היחיד במערכת השמש עם אווירה צפופה. האווירה של טיטאן עשויה חנקן ומתאן. החלקיקים האנרגטיים המגיעים מהסביבה של השמש ושטורן מאפשרים כימיה מורכבת, כמו היווצרות של פחמימנים וניטרילים. החלקיקים גם מייצרים אובך קבוע סביב הלוויין, גשמים של מתאן, רוחות, עונות לאחרונה נראה כי אגמים של פחמימנים התגלו על פני השטח של טיטאן. אני חושב שגילוי זה, אם יאושר על ידי משימת קסיני-הויגנס, יעניין מאוד.
זה יהפוך את טיטאן לאנלוגי לכדור הארץ, מכיוון שיהיה בו אטמוספרה (גז), אגמים (נוזלים), אובך ואדמה (מוצק), שלוש הסביבות הדרושות למראה החיים.
הרכב האובך של טיטאן אינו ידוע. רק נתונים אופטיים זמינים והם קשים לניתוח בגלל המורכבות של חומר פחמן זה. ניסויים רבים בוצעו כדי לחקות את הכימיה של האטמוספירה של טיטאן, ובמיוחד האנלוגים של התרסיסים שנקראו "תולינים" על ידי הקבוצה של קרל סגן. נראה שתולינים יכולים להיות מעורבים במקור החיים. אכן, הידרוליזה של אנלוגי תרסיס טיטאן אלו מולידה יצירת חומצות אמינו, מבשרי החיים.
AM: האם אתה יכול לתאר את ההדמיה הניסויית שלך להארכת הניסויים של מילר-אורי באופן המותאם אישית לטמפרטורות הנמוכות של טיטאן וכימיה ייחודית?
JB: מאז הניסויים של מילר-אורי, בוצעו הדמיות ניסיוניות רבות של מערכת פרביוטית כביכול. אך לאחר שליפת הנתונים של וויאג'ר, נראה היה שיש לחזור לגישה זו כדי לדמות את האווירה של טיטאן. ואז כמה מדענים ביצעו ניסויי סימולציה כאלה על ידי החדרת תערובת חנקן-מתאן במערכת כמו המנגנון של מילר. אך בעיה התבררה בגלל ההבדל בין תנאי הניסוי לתנאים של טיטאן. הלחץ והטמפרטורה לא היו מייצגים את הסביבה של טיטאן. ואז החלטנו לבצע ניסויים המשחזרים את הלחץ ואת הטמפרטורה בסטרטוספרה של טיטאן: תערובת גז של 2% מתאן בחנקן, לחץ נמוך (כ- 1 mbar) ומערכת קריוגנית על מנת שתהיה טמפרטורה נמוכה. יתר על כן, המערכת שלנו ממוקמת בתיבת כפפות המכילה חנקן טהור על מנת למנוע זיהום באוויר הסביבה של המוצרים המוצקים.
AM: מה אתה מחשיב כמקור האנרגיה הטוב ביותר להפעלת הכימיה הסינתטית של טיטאן: המגנטוספרה של חלקיקי שבתאי, קרינת שמש או משהו אחר?
JB: מדענים מתלבטים לגבי מקור האנרגיה המדמה בצורה הטובה ביותר את מקורות האנרגיה באטמוספירה של טיטאן. קרינת אולטרה סגולה (UV)? קרניים קוסמיות? אלקטרונים וחלקיקים אנרגטיים אחרים המגיעים מהמגנטוספרה של שבתאי? כל המקורות הללו מעורבים, אך הופעתם תלויה בגובה: קרינה אולטרה סגולה קיצונית ואלקטרונים ביונוספרה, אור UV בסטרטוספרה ואילו קרניים קוסמיות מתרחשות בטרופוספירה.
אני חושב שהשאלה המתאימה צריכה להיות: מה המטרה הניסיונית? אם להבין את הכימיה של מימן ציאניד (HCN) בסטרטוספרה של טיטאן, סימולציה עם קרינת UV של HCN מתאימה. אם המטרה היא לקבוע את ההשפעות של שדות חשמליים הנוצרים על ידי קרניים קוסמיות גלקטיות בטרופוספירה, עדיף פריקה קורונה של אטמוספירת טיטאן מדומה.
בחקר התנאים הסטרטוספיים של טיטאן בחרנו להשתמש בפריקה חשמלית בהדמיה שלנו. על מיעוט המדענים מעורער על בחירה זו מכיוון שמקור האנרגיה העיקרי בסטרטוספרה של טיטאן הוא קרינת UV. אך התוצאות שלנו אימתו את הניסוי שלנו. גילינו את כל המינים האורגניים שנצפו בטיטאן. ניבאנו את נוכחותו של CH3CN (אצטוניטריל) לפני ההתבוננות בו. גילינו לראשונה דיסינו-אצטילן, C4N2, מולקולה לא יציבה בטמפרטורת החדר שהתגלתה גם באטמוספירה של טיטאן. חתימת האינפרא אדום האמצעית של המוצרים המוצקים שנוצרו בניסוי שלנו הייתה בקנה אחד עם תצפיות של טיטאן.
AM: כיצד התוצאות שלך הן חלק מהבדיקה האטמוספרית המתוכננת לבדיקת קאסיני-הויגנס?
JB: לאחר ששיתפנו פעולה עם צוות מצפה הכוכבים Observatoire Astronomique de Bordeaux בצרפת, קבענו את הקבועים הדיאלקטריים של אנלוגי אירוסול. זה יאפשר לנו להעריך כיצד האווירה של טיטאן ותכונות השטח שלו יכולות להשפיע על הביצועים של ניסויי הרדאר Cassini-Huygens. מד הגובה שעל גובה בדיקת הויגנס יכול להיות מושפע מתכונות האירוסול, אך יש לבצע ניסויים משלימים כדי לאשר תוצאה זו.
לפני שנתיים הצגנו תערובת גז, N2 / CH4 / CO (98 / 1.99 / 0.01). המטרה הייתה לקבוע את ההשפעה של פחמן חד-חמצני, התרכובת החמוצה בשפע ביותר על טיטאן. באופן מפתיע גילינו אוקסירן בשלב הגזי כמוצר המחומצן העיקרי. מולקולה לא יציבה זו התגלתה במדיום הבין-כוכבי אך מודלים תיאורטיים אינם מנבאים אותה לכימיה של טיטאן. ובכל זאת אולי מולקולה זו קיימת על טיטאן.
נכון לעכשיו אנו מנתחים את המולקולות, הרדיקלים הראשונים, האטומים והיונים (או 'מינים') שנוצרו בתוך הכור הניסוי שלנו. אנו משתמשים בספקטרומטריה אינפרא-אדום ובפליטת UV-גלוי לחקר מינים נרגשים כמו CN, CH, NH, C2, HCN, C2H2. בשלב הבא נצפה בהתאמה בין שפע המינים הללו למבני התוצרים המוצקים. בשילוב תוצאות הניסוי הללו למודל תיאורטי שפותח בשיתוף פעולה עם אוניברסיטת פורטו בפורטוגל, תהיה לנו הבנה טובה יותר לגבי הכימיה המתרחשת בכור הניסוי. זה יאפשר לנו לנתח את נתוני קאסיני-הויגנס ואת היווצרות האובך של טיטאן.
הצוות שלנו מעורב גם ברמת מדעי המשימה, שכן אחד מדעני המשימה נמצא גם בקבוצה שלנו במעבדה הבין-אוניברסיטאית של סיסטם מס אטמוסף (LISA). תאליני המעבדה שלנו ישמשו כמדריכים לכיול של כמה מהמכשירים שבבדיקת הויגנס ובמסלול קאסיני.
ישנם 18 מכשירים על גבי הגשושית והמסלול. יש צורך בבדיקות כיול לצורך כרומטוגרפיה של גז וספקטרוסקופיית המונים [GC-MS]. ה- GC-MS יזהה וימדד כימיקלים באטמוספירה של טיטאן.
יש צורך בבדיקות כיול גם עבור אספן האווירוסול וה- Pyrolyser (ACP). ניסוי זה ימשוך חלקיקי אירוסול מהאטמוספרה דרך פילטרים, ואז יחמם את הדגימות הכלואות בתנורים כדי לאדות נדיפים ולפרק את החומרים האורגניים המורכבים.
צריך לכייל את הספקטרומטר האינפרא אדום המורכב (CIRS), מכשיר מדידה תרמי במסלול. בהשוואה למשימות חלל עמוקות קודמות, הספקטרומטר על קאסיני-הויגנס הוא שיפור משמעותי, עם רזולוציה ספקטרלית גבוהה פי עשרה מהספקטרומטר של חללית וויאג'ר.
AM: האם יש לך תכניות עתידיות למחקר זה?
JB: השלב הבא שלנו הוא ניסוי שפותח על ידי מארי-קלייר גזאו, שנקרא "SETUP". לניסוי שני חלקים: פלזמה קרה בכדי לנתק חנקן, וכור פוטוכימי בכדי לצלם את מתאן. זה ייתן לנו הדמיה גלובלית טובה יותר של מצבו של טיטאן.
המקור המקורי: מגזין האסטרוביולוגיה של NASA
