Воссозданные частицы дымки Титана помогут понять, как зародилась жизнь на Земле
Согласно новому исследованию, у атмосферы нашей планеты и атмосферы Титана есть много общего. Это значит, что Титан — потенциально обитаем, от этого становится только интересней!
Титан, самый большой спутник Сатурна, между атмосферой и поверхностью которого происходят все виды органической химии. Некоторое время ученые подозревали, что изучение атмосферы Титана может дать важные ключи к разгадке ранних стадий эволюции жизни на Земле.
Благодаря новому исследованию, проведенному IBM, команде ученых удалось воссоздать атмосферные условия на Титане в лаборатории. Исследование описано в статье под названием «Визуализация органической дымки Титана в атомном масштабе».
Многое из того, что мы знаем о Титане, благодаря космическому зонду Кассини, который вращался вокруг Сатурна с 2004 по 2017 год и завершил свою миссию, погрузившись в атмосферу Сатурна.
За это время Кассини провел множество измерений атмосферы Титана, обнаружив схожесть с земной. По сути, Титан — единственный спутник в Солнечной системе, в котором есть плотная азотная атмосфера и происходят органические процессы.
Что особенно интересно, ученые считают, что примерно 2,8 миллиарда лет назад атмосфера Земли могла быть похожей. Это совпадает с мезоархейской эрой, периодом, когда фотосинтезирующие цианобактерии медленно преобразовали атмосферный углекислый газ Земли в кислород (что в конечном итоге привело к нынешнему балансу азота и кислорода).
Но получить четкое представление о поверхности Титана было проблемой из-за того, что атмосфера пронизана плотной фотохимической дымкой, рассеивающей свет. Поэтому ученые до сих пор многого не знают о процессах, управляющих атмосферой Титана, включая точную химическую структуру больших молекул, составляющих эту дымку.
«Мгла Титана состоит из наночастиц, состоящих из самых разных крупных и сложных органических молекул, содержащих углерод, водород и азот. Эти молекулы образуются в каскаде химических реакций, когда (ультрафиолетовое и космическое) излучение попадает в смесь метана, азота и других газов в атмосфере, подобной атмосфере Титана». — как пояснили соавторы исследования Лео Гросс и Натали Карраско.
На протяжении десятилетий астрохимики проводили лабораторные эксперименты с аналогичными органическими молекулами, известными как толины, которые относятся к широкому спектру органических углеродсодержащих соединений, образующихся при воздействии солнечного ультрафиолета или космических лучей.
Эти молекулы распространены во внешних частях Солнечной системы и обычно встречаются в ледяных телах, где поверхностный слой содержит метановый лед, подвергающийся воздействию радиации. На их присутствие указывают поверхности, которые имеют «румяный» вид.
Ради своего исследования группа провела эксперимент, в котором наблюдались толины на различных стадиях образования в лабораторных условиях.
«Мы залили сосуд из нержавеющей стали смесью метана и азота, а затем запустили химические реакции посредством электрического разряда, имитируя тем самым условия в атмосфере Титана. Затем мы проанализировали более 100 полученных молекул, составляющих толины Титана, получив изображения с атомным разрешением».
Разбирая молекулы разных размеров, команда получила представление о различных стадиях роста этих молекул дымки, а также о том, как выглядит их химический состав. По сути, они наблюдали ключевой компонент атмосферы Титана, когда она формировалась и накапливалась, создавая знаменитый эффект тумана.
Результаты исследования могут также пролить свет на загадочный гидрологический цикл Титана, основанный на метане. На Земле этот цикл состоит из перехода воды из газообразного состояния (водяной пар) в жидкое состояние (дождь и поверхностная вода). На Титане тот же цикл происходит с метаном, образуя углеводородные озера.
Кроме того, возможным станет выяснить, помогли ли подобные атмосферные явления появиться жизни на Земле миллиарды лет назад, ведь дымка могла действовать как щит, защищающий молекулы от разрушающего излучения.