Dari Universiti Arizona
Bukti eksperimen pertama yang menunjukkan bagaimana nitrogen atmosfera dapat dimasukkan ke dalam makromolekul organik dilaporkan oleh pasukan University of Arizona. Penemuan menunjukkan molekul organik apa yang mungkin dijumpai di Titan, bulan Saturnus yang menurut para saintis adalah model untuk kimia Bumi sebelum hidup.
Bumi dan Titan adalah satu-satunya badan berukuran planet yang diketahui yang mempunyai atmosfera nitrogen yang tebal dan utuh, kata Hiroshi Imanaka, yang melakukan penyelidikan ketika menjadi anggota jabatan kimia dan biokimia UA.
Bagaimana molekul organik yang kompleks menjadi nitrogenasi dalam tetapan seperti Bumi awal atau atmosfer Titan adalah misteri besar, kata Imanaka.
"Titan sangat menarik kerana atmosfera yang didominasi nitrogen dan kimia organiknya mungkin memberi kita petunjuk tentang asal usul kehidupan di Bumi kita," kata Imanaka, yang kini menjadi penolong saintis penyelidikan di Makmal Lunar dan Planet UA. "Nitrogen adalah elemen penting dalam kehidupan."
Walau bagaimanapun, bukan hanya nitrogen yang akan berlaku. Gas nitrogen mesti ditukar menjadi bentuk nitrogen yang lebih aktif secara kimia yang dapat mendorong reaksi yang menjadi asas sistem biologi.
Imanaka dan Mark Smith mengubah campuran gas nitrogen-metana yang serupa dengan atmosfer Titan menjadi koleksi molekul organik yang mengandungi nitrogen dengan menyinari gas dengan sinar UV tenaga tinggi. Pemasangan makmal dirancang untuk meniru bagaimana sinaran matahari mempengaruhi atmosfer Titan.
Sebilangan besar nitrogen berpindah secara langsung ke sebatian pepejal, bukannya gas, kata Smith, seorang profesor UA dan ketua kimia dan biokimia. Model sebelumnya meramalkan nitrogen akan bergerak dari sebatian gas ke pepejal dalam proses bertahap yang lebih panjang.
Titan kelihatan berwarna oren kerana kabut molekul organik menyelimuti planet ini. Zarah-zarah dalam kabut asap akhirnya akan menetap ke permukaan dan mungkin terdedah kepada keadaan yang dapat menimbulkan kehidupan, kata Imanaka, yang juga penyiasat utama di SETI Institute di Mountain View, Calif.
Walau bagaimanapun, saintis tidak tahu sama ada zarah asap Titan mengandungi nitrogen. Sekiranya sebilangan zarah adalah molekul organik yang mengandungi nitrogen yang sama yang dibuat pasukan UA di makmal, keadaan yang kondusif untuk kehidupan lebih mungkin berlaku, kata Smith.
Pemerhatian makmal seperti ini menunjukkan apa yang perlu dicari oleh misi angkasa seterusnya dan instrumen apa yang harus dikembangkan untuk membantu dalam pencarian, kata Smith.
Makalah Imanaka dan Smith, "Pembentukan aerosol organik nitrogenasi di atmosfer Titan," dijadualkan untuk diterbitkan dalam edisi awal Prosiding Akademi Sains Nasional minggu 28 Jun. NASA menyediakan dana untuk penyelidikan tersebut.
Para penyelidik UA ingin mensimulasikan keadaan di atmosfer Titan yang tipis kerana hasil dari Misi Cassini menunjukkan sinaran "UV ekstrem" yang memukul atmosfer mencipta molekul organik yang kompleks.
Oleh itu, Imanaka dan Smith menggunakan Sumber Cahaya Lanjutan di synchroton Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley di Berkeley, Calif. Untuk menembak cahaya UV tenaga tinggi ke dalam silinder keluli tahan karat yang mengandungi gas nitrogen-dan-metana yang dipegang pada tekanan yang sangat rendah.
Para penyelidik menggunakan spektrometer massa untuk menganalisis bahan kimia yang dihasilkan dari radiasi.
Sederhana walaupun kedengarannya, menyiapkan peralatan eksperimen adalah rumit. Lampu UV itu sendiri mesti melalui rangkaian ruang vakum yang menuju ke ruang gas.
Banyak penyelidik ingin menggunakan Sumber Cahaya Lanjutan, jadi persaingan untuk mendapatkan masa di instrumen itu sengit. Imanaka dan Smith diperuntukkan satu atau dua slot waktu setiap tahun, masing-masing selama lapan jam sehari hanya selama lima hingga 10 hari.
Untuk setiap slot waktu, Imanaka dan Smith harus memasukkan semua peralatan eksperimen ke dalam van, pergi ke Berkeley, menyiapkan peralatan yang halus dan melancarkan siri eksperimen yang sengit. Kadang-kadang mereka bekerja lebih dari 48 jam berturut-turut untuk memanfaatkan masa mereka di Sumber Cahaya Lanjutan. Menyelesaikan semua eksperimen yang diperlukan mengambil masa bertahun-tahun.
Itu mengejutkan, Imanaka berkata: "Jika kita hanya kehilangan satu skru, itu akan merosakkan waktu sinar kita."
Pada awalnya, dia hanya menganalisis gas dari silinder. Tetapi dia tidak mengesan sebatian organik yang mengandungi nitrogen.
Imanaka dan Smith berpendapat bahawa ada sesuatu yang salah dalam penyusunan eksperimen, jadi mereka mengubah sistem. Tetapi masih tiada nitrogen.
"Itu cukup misteri," kata Imanaka, pengarang pertama makalah itu. "Ke mana nitrogen itu pergi?"
Akhirnya, kedua-dua penyelidik mengumpulkan potongan-potongan senapang coklat yang berkumpul di dinding silinder dan menganalisisnya dengan apa yang disebut oleh Imanaka sebagai "teknik spektrometer massa yang paling canggih."
Imanaka berkata, "Kemudian saya akhirnya menemui nitrogen!"
Imanaka dan Smith mengesyaki bahawa sebatian tersebut terbentuk di atmosfer atas Titan dan akhirnya jatuh ke permukaan Titan. Sekali di permukaan, mereka menyumbang kepada persekitaran yang kondusif untuk evolusi kehidupan.
